BIM技术在盾构隧道与地下工程中的应用研究

翁露波

上海申通地铁集团有限公司 上海 200000

BIM技术就是基于三维数字技术基础上的，集成工程项目所有数据信息的工程数据模型，可以通过数字化的方式展现工程实体以及功能特性，当前该技术在工程领域中得到了有效的运用。随着经济和交通基础设施建设的发展，城市轨道交通建设规模不断增加，和建筑工程相比，其信息化水平相对较低，BIM技术的运用情景值得探索。盾构隧道等线性地下工程因地质条件复杂，建设过程不确定因素较多，如何借助BIM技术高效管理、控制风险，是建设管理者一直在思考的重要问题，为此，很多从业人员也开展了大量的尝试。

1、BIM技术在隧道与地下工程中应用的问题和解决思路

1.1 技术层面

1.1.1 标准问题 主要包括技术层面，也涉及到管理方面。BIM技术的运用是构建在相互协同上的，需要相关的软件之间的配合，比如，制图、建模和施工模拟等等，然而每个软件的提供厂家不一，若是缺乏统一的平台和数据标准，就很难实现数据的交换和共享，无法发挥出该技术的优势[1]。国内因为技术引进时间较短，对于技术标准方面的研究有限，加上国内建筑行业缺乏统一的体制，存在严重的条块化问题，没有统一的技术标准，BIM法律体系不完善、相关技术人才不足等，使得技术在国内隧道行业中的运用中出现标准问题。

1.1.2 软件平台问题

首先，国内普遍使用的是国外的BIM软件，本土化水平较低，在和其他软件结合运用时需要进行二次开发，虽然国内在这方面进行了很多探索，然而都未能有效推广。比如，revit是国内建筑行业常用的软件，其中的很多方面都与国内存在差异，如，图纸规范、单位制等，然而因为软件具有丰富的功能，所以，受到了欢迎。其次，建筑类建筑信息模型运用的地质条件比较简单，现有的软件就可以适应，然而盾构隧道等地下工程的地质条件复杂，尤其是越江隧道，现有的地质软件无法有效的构建模型，还无法与BIM设计软件兼容，所以，建筑信息模型在国内隧道方面的运用只能利用BIM设计软件或者是制造业软件，由于软件应用平台不统一，使得模型数据交流存在限制。同时，缺乏高效兼容的管理交互平台，不利于BIM三维化数据在管理层面降低应用门槛。

1.1.3 解决思路

和建筑信息模型前景的定量评判问题研究进行整合，促进理论方面的研究，有效的在设计、施工和管理方面运用该技术。BIM标准框架不仅包含技术自身标准，还包含对于企业信息技术的运用标准，其中企业级标准是技术标准体系的基础。当前在城市轨道交通领域，对于技术标准方面的研究有了显著的进展。就建筑信息模型来说，地质、隧道建模平台与GIS平台都不是很成熟，对此，可以打通BIM软件与有关地质建模软件和其他分析应用软件的接口，实现有效的结合，分工协作，分享数据信息，同时与国内隧道规范、建筑信息模型设计标准进行结合，真正实现BIM设计应用，为管理应用提供平台[2]。

1.2 管理方面的问题和解决思路

国内项目管理的主要模式是计划方式下的DBB，对于相关方的交流存在限制，无法及时有效的传递信息，限制了建筑信息模型在地下工程管理的发展。现阶段建筑信息模型在国内轨道交通的运用一般依赖特殊项目，普通的隧道工程项目，一般只会在设计环节运用该技术。研究显示施工方运用BIM可以更好的发挥技术优势，体现其经济价值。所以，要想促进技术在隧道工程方面的发展，就需要对当前的项目管理模式进行转变。IPD是一套产品开发的理念模式，当前演变成新的项目管理模式，其注重考虑项目过程中的利益，强调项目团体的协作能力，和BIM优势的发挥相似。

1.3 发展方面的问题和解决思路

1.3.1 BIM和GIS结合的问题

隧道与地下工程建设条件较差，地质地形比较复杂，这就使得BIM的运用比较困难。GIS是空间属性资讯系统，其对象就是地理空间信息数据，若是可以将二者进行有效的结合，就可以有效的简化建模以及分析过程并为实施过程的动态调整提供支持，所以，二者的结合就是BIM技术在国内隧道方面普及中的一个重要问题。

1.3.2 BIM和智能设备的结合

现阶段国内隧道领域BIM技术运用的限制就是无法和生产工具进行有效的结合，并不能实现真正意义下的BIM施工，所以，该技术和智能设备的结合也是一个重要研究方向，尤其是自动化测量设备、激光扫描仪等空间定位设备。

1.3.3 BIM前景的定量评判问题

现阶段国内上没有统一成熟的BIM应用效能测度方法，因为技术运用的实际效果很难测度以及量化，专家们试着就不同角度提出应用效能测度方法，然而还未形成统一成熟的测度方法，目前还在积极的探索中[3]。

2、BIM技术在盾构隧道与地下工程中的应用策略

BIM技术具有很多的优点，比如，可视化，通过运用三维模型，能够构建立体的施工设计方案，直观具体的展现有关信息，明确施工要求，避免施工中的各种冲突；虚拟施工，可以最大化的减少返工的情况；数据准确性，基于组建施工的各项数据信息和参数等，精准的分析以及处理，保证施工的顺利进行。所以，在工程建设中，应该积极的运用BIM技术，充分发挥出其优势。

2.1 在设计中的应用

在设计阶段运用BIM技术，利于表达：用三维模型分析项目中包含的相关信息和数据等内容，动态化的展示2D设计图纸，方便设计人员更好的把握施工设计图纸。便于修改：设计人员在有新的思路或者是要改变设计功能时，也可以轻松的在3D建筑信息模型中修改。适于沟通：可以随时直观立体的展示设计成果，验证需求，发现问题，准确的对设计方案进行优化[4]。比如，上海地铁15号线桂林公园站、上海周家嘴路越江隧道工程等，在设计环节中采用BIM技术，对各方面实施优化设计，如结构优化、管线碰撞检查、3D协同、工程量辅助量统计等等，有效的提升设计质量。同时，3D模型检查管线碰撞和错漏碰缺问题，大幅度提升设计人员效率。

2.2 在施工中的运用

隧道与地下工程施工协调性要求高，可以运用BIM技术提升施工的效率和质量。①前置模拟：在施工前模拟施工节点方案[5]、动线组织、场地布置等，整体性提升工程现场条件对工程实施的支持，保证工程建设时效。②过程模拟：盾构隧道施工，是一个动态变化的施工，利用BIM模型和自动化仪器采集每一环的拼装状态、轴线的姿态，实时调整纠偏、注浆、推力等数据，可大幅度提升施工质量。③动态筹划：现场施工包含众多作业类型，交叉作业密集，尤其是旁通道施工提前启动等工况，为了充分利用作业空间和时间，运用BIM技术采集现场进度和变形量，调整现场布置，优化工序衔接、工时分配等。

2.3 在项目管理中的应用

借助BIM技术开展盾构隧道等地下工程项目管理，可以从效率、质量、安全等多维度切入。①效率方面：全面的，深入结合实施工序的模块化筹划，同时过程可调，联动各方。尤其是在盾构隧道建设管理中心，对管片排产和调拨、盾构设备网络化调度优化等具有优势。②质量方面：过程模拟加上物资效率的提高，是对质量控制的根本保证，同时BIM与地质系统的联动，可以高精度匹配注浆等施工数据，应对地表建构筑物的变形控制。③安全方面：在施工模拟中排查安全隐患，有针对性的制定防范对策，可以直观开展安全交底，让施工人员认识到安全生产的重要性[6]。并可结合5G技术等开展人员定位管理，提前规避风险聚集。④场外协调：运用了BIM技术布置交通组织以及场地，具体模拟大件运输、渣土运输、施工场地和社会道路界限、临时交通标志的边线等，找好项目效益与社会效益的平衡点，就模拟结果和有关部门实施沟通，利于取得理解、形成共识，为工程实施创造有利环境条件。⑤成果保存：基于BIM模型的全过程管理，可以直接形成最终成果的展示和跟踪体系，对于建设数据和经验的保存具有重大意义，并可助力优质评审、通车评审、档案归档等管理工作。

结语：

BIM技术具有显著的优势，比如，可模拟、可视化、可保存、协调性、优化性等，这一理念也是工程建设信息化发展的一个主要方向，具有很大的发展前景。在盾构隧道与地下工程中运用该技术具有积极影响，可以提升施工的安全性、设计的精细化、后期运营的合理性，减轻劳动强度，减少造价，提升设计施工的效率以及质量，促进相关方的协作。然而因为隧道与地下工程的特点，如，地形复杂、带状分布等，导致BIM技术的运用无法照搬建筑工程中该技术的运用方式 ，所以，要想更好的运用BIM技术，就需要明确当前应用中的问题，并采取有效的措施进行改善和解决，不断探索有效的应用路线，提升盾构隧道与地下工程建设的水平。