BIM技术在铁路隧道设计中的应用

文/李岗，天津市起跑线人力资源咨询服务有限公司

1 引言

隧道是铁路施工的难点之一，随着我国基础设施建设的不断完善，各项铁路、高速铁路建设得以开展，铁路隧道施工安全性与质量成为亟待完善的问题。BIM（BuildingInformationModeling）是指建筑信息化管理，原本作为建筑管理模式，近年来在铁路建设中较为常见，将BIM技术引入到铁路隧道施工之中，采用三维数字信息技术开展铁路隧道施工管理，通过4d管理模式实现隧道施工各个环节间的协调运行，从而达到高质量、高效率施工的最终目的。

2 BIM技术介绍

BIM技术指的是建筑信息建模技术，它以工程项目中的相关信息数据作为基础进行模型的构建，然后利用数字信息对建筑物的真实信息进行模拟。并数字化的表达出项目建设过程中各阶段的功能特性和物理特性。在工程设计阶段，设计方案合理性对整个工程都有比较大的影响，在设计阶段应用BIM技术可以提升铁路的建设管理水平、铁路设计水平，所以，铁路设计阶段应用BIM技术在提高设计效率、避免方案冲突、降低设计成本方面具有重要意义。

3 BIM技术在铁路设计中的应用优点

3.1 具有较高的准确性

在进行铁路设计时，BIM技术可以通过利用平均断面算法等准确的计算出设计线和原地面之间的土方量。而且，BIM软件可以自动生成土方调配图标，并进一步确定出土方量移动方向、弃土对和缺土坑位置等。通过采用BIM技术，铁路设计人员还可以提取出工程材料量，并在成本控制过程中予以利用，在保证工程经济效益方面意义重大。

3.2 可视化建模

在铁路工程设计过程中，利用BIM设计软件可以让设计人员充分了解铁路相关信息。例如铁路线路、铁路路面、铁路周边环境等。并且BIM软件可以在这些信息的基础上进行3D建模，并充分反映出相关信息。和常规岛CAD图纸设计模式相比，利用BIM技术可以反映出一些结构较为复杂的三维形态，并且在三维模型的帮助下，设计人员可以将设计成果更加直观的展现出来，并将CAD图纸中无法体现的错误展现出来，进而降低设计失误率，提高设计效率和设计质量。

3.3 优化性

在进行铁路设计时，还有很多环节需要进一步的进行优化和调整。传统的模式下进行铁路设计时，一旦产生变更则需要调整和变更内容相关的图纸信息，如此一来会导致设计成本和设计时间增加。而利用BIM技术进行设计，设计人员可以直观的观察出工程设计的三维动态效果图，即便是出现了设计变更的情况，设计人员在调整工程进度、工程量是也比较方便。

3.4 模拟性

在铁路工程设计过程中，设计人员需要设计好铁路的周边环境、坡度、线形等，这些数据也可以在电脑上直观、清洗的显示出来。即便设计内容不合理，在进行调整时相对来说也比较方便，保证了铁路设计质量。而且设计人员还可以通过模拟施工反应出施工流程，并优化相关工序，提高管理水平，保证工程的综合效益。

4 铁路隧道BIM技术应用路线

4.1 BIM在隧道设计阶段的应用

（1）构建隧道信息参数化模型。依据隧道矿山法本身固有施工特点及隧道复合式衬砌的设计及施工方案的特点，将隧道模型划分为地质预支护、周边围岩、初期锚喷支护、二次衬砌支护和洞内附属设施五部分，同时根据设计、施工要求定义模型的参数信息，为后期模型应用做好基础准备工作。在模型搭建时要保证模型的标准、精度，方便最后模型整合和信息传递。（2）模型参数化设计。在模型搭建完毕以后，可以根据铁路隧道设计相关技术规范进行施工图出图工作。BIM出图不同于以往CAD时代，BIM平台下出图方便快捷，任意视角任意剖面都可以从模型中快速导出快速标注，平立剖施工图与模型一一对应，图纸或模型任一改动另外相关图纸及模型同时修改，不会因为人为因素导致平立剖对应不上这样的失误。在施工中才发现图纸错误屡见不鲜，利用BIM技术完全可以避免因为图纸的错漏而导致的不必要的经济损失。（3）信息附加。B IM软件数据共享开放性是其一大优点，软件平台自身可提供全生命周期阶段信息数据添加，通过软件开发工作者的二次开放能提供满足客户自身特点需求的信息数据导入导出：比如标高平面坐标的导入导出，方便设计人员的设计变更及测量人员的施工放样工作；锚杆、钢管、管棚的尺寸、支护角度等信息的录入。

4.2 铁路项目隧道BIM施工管理方法

4.2.1 铁路项目隧道4d施工管理

在铁路项目隧道BIM施工管理平台中导入工程进度计划，并制作隧道三维可视化模型，将模型与工程进度计划之间相互关联，从而构建完善的4d施工模型，该模型既能够满足对施工情况可视化需求，同时也能够直观了解施工的各项进度情况，了解铁路项目隧道实际情况，从而实现动态施工管理。另外，针对工程项目中重要的施工环节及施工方法，可采用铁路项目隧道BIM施工管理平台进行模拟，以便于直观理解施工方案的合理性与实效性，可直接生成为动画和图像形式进行观察，有利于选择更为理想的施工方案，保障铁路项目隧道施工的顺利进行。

4.2.2 三维可视化BIM技术交底

通过BIM技术，将隧道施工上游信息流以可视化的方式传递到下游信息流，通过三维模型轴视图配合施工平面图纸，准确形象向下游施工班组传达分部分项工程的重点难点钢筋和构造节点。通过4D模拟施工部位的工艺流程、技术和安全注意事项。交底不再流于形式，不单单规避总包法律风险，而是真正让分包商提高施工质量、避免施工过程中的人身伤害，多快好省地完成施工任务。

4.2.3 铁路项目隧道施工动态管理

在铁路项目隧道BIM施工管理平台中，采用不同颜色来标识施工进度情况，共分为未建设、建设完毕、建设中3种形式，同时也支持自定义标识，包括按期完工、延期完工等形式，因此，采用平台进行管理能够更为直观地了解整体铁路项目工程进展。同时，铁路项目隧道BIM施工管理平台支持高亮提醒功能，将施工完成比例小于90%的项目进行高亮提醒，帮助管理人员能够全面了解工程施工动态，增加对施工进度滞后项目的关注，从而进行重点管理，有效提升了铁路项目隧道BIM施工效率。另外，铁路项目隧道BIM施工管理平台可支持自定义图片编辑与上传功能，在施工过程之中，可将施工过程拍摄下来，将照片上传至不同施工环节之中，管理时直接点击其施工环节即可了解当时实际施工情况。

4.2.4 基于BIM的物资管理

通过BIM模型的材料信息在施工过程中可以提取项目的各类材料总需用计划，通过BIM模型的时间、材料信息可提取各类材料的阶段性需用计划。通过BIM模型可以跟踪材料的采购过程、物流过程、库存消耗等物资管理应用。BIM技术可以通过其强大的虚拟建造工程，动态分析统计计算某阶段施工过程的人工、材料、机械设备的数量配比，方便物资采购部门精细管理、降低囤货资金占用、提供项目流动资金、保障项目用料、节约成本、提高经济效益。

5 结语

隧道施工管理中使用BIM是现场隧道实体和信息化、数字化的结合，提高了不同施工阶段、施工方法的协同性。在BIM技术运用过程中，将采集到的隧道工程施工数据进行分析，同时运用云计算、大数据的辅助，将施工现场进行三维全真模拟，实现了隧道工程建设项目的全程管理，使得整个施工过程更加科学化，其不但提高了修建的效率，同时降低了成本，确保了工程质量及安全，实现了企业发展的最大利益。隧道施工管理过程中引入BIM技术，实现了隧道管理的新平台、新理念，可为相关领域的研究人员提供借鉴。