浅谈BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用

任帅

（中国铁路北京局集团有限公司秦皇岛工务段，河北 秦皇岛 066000）

随着我国科学技术以及声像技术的发展，各行各业都在经历一场新的技术变革。同时这场技术变革的范围波及比较广，尤其在工程项目、工程施工等方面，利用先进科学技术提高施工效率和质量已经成为现阶段工程施工管理中的常见手段。例如在铁路隧道施工中采用BIM虚拟技术，对铁路隧道施工进行模拟和3D成像，便于对施工方案和施工计划进行对比评估和优化，确保铁路隧道工程能够顺利进行。

1 BIM虚拟技术

BIM虚拟技术是基于现阶段工程行业内的最新技术而设计研发的一种数字化技术，BIM虚拟技术的出现使得建筑工程行业直接从2D平面设计进入到3D立体化设计时代。在铁路隧道工程的施工中应用BIM虚拟技术，首先，需要将施工地点即铁路隧道工程有关的建筑信息、构件信息、环境信息、专业信息等进行收集整理，其次，将前期所收集到的信息录入到BIM信息库中，并利用BIM虚拟技术构建一个与真实铁路隧道工程完全一致的建筑模型，在该模型中要包含该铁路隧道工程的全部信息。因此从某种角度来看，BIM虚拟技术是聚合铁路隧道工程内所有信息而整合完成。最后，根据建立的建筑模型对工程施工方案进行修改优化，在确保施工质量的同时加快工程进度。

2 BIM虚拟技术的应用

2.1 场地分析

随着我国交通运输行业的快速发展，铁路隧道工程的施工质量愈来愈受到人们的关注。为了提高铁路隧道工程质量，就需要利用BIM虚拟技术收集、整理并分析施工地点附近的各种信息，建立相关构件模型，从而搭建出该施工地点的铁路隧道模型。不同于传统2D技术只能展示设计结构的平面图，通过应用BIM虚拟技术能够建立与附近环境完全融合的铁路隧道工程，从而打破传统技术分析存在的主观因素过重的情况。此外，将BIM虚拟技术与其他先进技术如地理信息系统技术等进行结合使用，能够在收集大量数据信息的基础上，对附近环境以及建筑物进行快速分析和数据收集，便于建立更加全面具体的铁路隧道工程三维成像模型，在确保工程施工质量的基础上，加快工程进度和效率。

以某铁路隧道工程项目为例，根据铁路隧道复合式衬砌隧道结构设计以及相应施工方法进行施工，并以所开发的隧道作为BIM设计模型进行建模处理，依据相应空间结构关系，收集与隧道相关的参数数据组建成为相应模型。铁路隧道复合式衬砌隧道结构设计的BIM构件分为超前支护、初期支护、防水沟等六大构件，同时根据构件附近围岩的级别进行划分，共划分为六个等级，在BIM构件图内进行重新命名。在铁路隧道工程施工管理中，利用BIM虚拟技术进行建模是关键。BIM建模技术主要包括开发构件数据资源库、对构件进行重命名、对构件进行编码、确定建模精度以及确定信息粒度几个方面，其中开发建设构件数据资源库以及对构件进行重新命名比较简单，确定建模精度是指需要精确测量建模内模型的单元大小，降低模糊程度。根据铁路隧道施工管理中对于BIM虚拟技术建模精度的要求，工程人员需要依照下列要求进行施工。首先，隧道工程内的超前小导管、管棚以及砂浆锚杆的构件单元需要按照1环组件形式进行布置，同时以相邻2环梅花状的形状布置；钢筋网以及型钢钢架的构件单元按照1环组件形式进行布置。其次，喷射混凝土的构件单元需要控制在0.5～3.5m范围内，根据纵向进行开挖。仰拱以及仰拱填充相关的构件可以根据隧道的实际施工长度进行施工，一般在6～8m范围内。拱墙构件单元需要按照隧道实际施工方向进行建模，一般长度在10～12m范围内。如图1所示。

图1

2.2 方案辅助设计

BIM虚拟技术能够在视觉上达到逼真效果，这主要是根据铁路隧道施工计划以及施工环境进行设计，并且利用大型设备布置进行展示，并应用4D模拟对施工重要节点、实际施工顺序和计划进行模拟展出，从而便于不同施工方案的对比和选择。在创建BIM虚拟技术数据库时，可以将6D数据库进行关联辅助使用，从而实现数据信息的快速校准和高精确性，以实现在极短时间内快速计算工程量的功能，提高施工管理的效率和进度。由于BIM虚拟技术在数据库内相关数据粒度达到构件程度时，就能够基本上达到隧道工程项目管理所需要的数据信息，提升隧道施工管理的质量和效率。同时利用BIM虚拟技术能够模拟施工用材、进行造价管理、预测工程成本，便于施工单位进行成本控制，从而打破工程企业由于数据信息过多不能快速进行获取、分析而导致精细化施工管理难以实现的局面。在应用BIM虚拟技术后，不仅能够准确获得相应工程项目的数据信息，而且能够为施工企业的各个环节提供数据支持，降低在物流、储存等环节的资源浪费，实现低能耗、绿色施工的目的。

实际上，BIM虚拟技术不仅仅作为虚拟技术模型在工程行业中进行使用，更是将BIM虚拟技术作为一种新型的设计方法进行使用，即将参数化设计方式纳入工程设计当中。这主要是由于BIM虚拟技术所建立数据模型是基于施工地点的各种信息基础上，当数据信息发生变化后，也会引起数据模型的改变。参数化设计方法就是在施工参数改变之后，施工人员根据建筑物的实际施工目的以及设计要求，对不同施工设计进行对比分析后，选择其中最合适的施工方案进行施工，从而提高工程的施工质量。现阶段在铁路隧道工程以及其他建筑工程中参数化设计的应用比较频繁，利用参数化设计软件对施工方案进行修改达到控制建筑物外形的目的已经成为一种趋势。

2.3 建筑性能分析

由上述可知，使用参数化设计时需要对于建筑物的性能进行分析。一般来说，影响铁路隧道性能的因素包括照明、安全、布局合理性、声学、色彩等因素。通过BIM虚拟技术在建筑设计阶段就可以对于这些数据进行分析评定，发现与设计方案或者设计理念不同之处，可以通过修改参数来改变建筑物的形态。BIM虚拟技术对于施工方案而言意义重大，根据国际研究所的试验表明，通过BIM虚拟技术判定后，建筑物的使用寿命、资源消耗程度、对于环境的影响都能实现一个大幅度的提升。

2.4 可视化设计

可视化设计是BIM虚拟技术在建筑工程行业中的重要应用，与传统2D平面效果图相比，可视化设计图纸能够更加直观具体全方位的展现施工效果，同时可视化设计能够对工程的内部空间结构与外部外观进行观察监控，便于施工人员对施工过程中存在的问题进行及时修改优化。传统铁路隧道工程施工中一般应用二维CAD工程设计技术，在剖析工程设计图纸的各个重要节点时，需要结合平面设计图纸以及剖面图才能全方位解释清楚。而现阶段应用的BIM虚拟技术则是以三维空间数字模型为基础，将隧道工程的空间结构、设计结构、位置与功能之间的关系展现的十分清楚，使得复杂的空间设计变得立体化，达到全方位的可视化效果，从而降低工程人员对于图纸的理解难度，极大的避免了由于图纸理解不清楚而造成的工程问题。利用BIM虚拟技术对隧道工程的重要节点进行全方位展示，能够使得设计施工变得更加具体形象，极大提高施工质量。现阶段BIM虚拟技术主要是利用Autodesk Revit软件进行模型的建构，并且根据构件的建构顺序进行“阶段化”施工。将工程构件数据导入Autodesk Revit软件内并且输入环境参数，构建虚拟仿真环境，以此为基础展现施工方法，使得工程设计变得可视化。

3 结语

BIM虚拟技术实现了对于人类生存环境的改善，从某种程度上来说，BIM虚拟技术发挥了其最大价值。利用BIM虚拟仿真技术，能够将隧道工程施工方案的3D化呈现和可视化交底，此外施工方案的4D模型施工推演和优化以及对于工程量的自动核算，为BIM虚拟技术在铁路隧道工程中的应用提供数据支持。