隧道工程BI M技术标准化及信息集成化管理对策分析

刘刚锋

（中铁长江交通设计集团有限公司，重庆 401121）

1 工程概况

某隧道工程，全长18.78 km，双洞全长37.56 km。该隧道工程按照高速双向车道的公路标准建设，隧道净宽11.2 m，净高5 m，设计车速80 km/h。以隧道洞口为中心的2 000 m 范围内无重要建筑设施，300 m 内无学校、居民楼。为促进隧道工程的标准化管理，建设单位引用BIM 技术，建立信息化的隧道工程施工管理平台，将BIM 技术应用在该隧道工程的全生命周期内，全方位地管理工程质量、施工安全、施工进度。目前，该隧道工程已如期竣工，且工程质量、完成率符合业主要求。

2 BI M技术相关概念

BIM 技术是各类信息化、智能化软件相互融合后，通过建立信息模型，满足各类工程项目运维、施工管理要求的技术手段。基于BIM 技术，项目方可借助ENOVIA（协同管理）、CATIA（产品设计）、DELMIA（仿真应用）、3DVIA（三维展示）等平台，标准化地管理工程施工活动，集成化地管理项目建设中的各类信息数据[1]。

其中，ENOVIA（协同管理）平台可自动化采集、管理工程项目整个生命周期的数据信息，CATIA（产品设计）能够在工程设计环节中用三维模型初步呈现工程设计方案。DELMIA（仿真应用）则可在施工阶段，仿真模拟各子工程的施工情况，为施工进度、质量管理提供便利，3DVIA（三维展示）则是在工程运营管理阶段，用三维立体模型做好项目建设中的风险管理，把控各工程中的施工参数。

隧道工程建设中，BIM 技术可结合隧道工程特点，将各个平台用于隧道项目的整体规划、设计管理、施工管理、运营管理中。通过建立隧道工程的BIM 模型，建设方可有效地梳理设计方案中隧道的空间结构、性能要求，实现隧道工程的标准化与集成化管理。

3 隧道工程应用BI M技术的基本思路

相较于其他类型的工程项目，隧道工程结构中的空间跨度较大，且工程施工区域呈带状分布，地质条件、空间设计对隧道工程施工也会产生直接的影响。因此，隧道工程建设时往往会产生大量的数据信息，如地质信息、环境系数、结构设计数据、现场勘测数据等。若无法集中管理隧道工程数据，会导致隧道工程中信息的利用率较低，不利于隧道工程的质量与进度管理[2]。但在BIM 技术的支持下，隧道工程可凭借该技术，集成化、标准化地进行管理并利用各类工程数据。具体应用方法可体现在以下内容中：

1）BIM 技术可结合现场的地质信息，提取有价值的参考数据，使设计人员能够合理地规划隧道工程，完成隧道洞口选址、隧道线路设计等工作。与此同时，相关人员可根据隧道工程的施工内容和结构特点，利用BIM 技术建立轨道、地形、主体结构相关的3D 模型，使施工人员模拟施工工艺，优化隧道工程的施工设计方案。

2）模拟隧道工程施工进度，用虚拟化的手段安排施工任务，加强进度管理。并在确保工程质量与安全的前提下，合理节约隧道工程施工成本，缩短周期，提升施工效率。

3）由于隧道工程的特殊性，利用地质信息、地形数据尤为重要。BIM 技术可自动过滤无价值的地质数据，更为直接地反馈隧道开挖、施工过程中的地质情况，监测隧道施工中的地形变化。比如，BIM 技术通过观测地质数据，可提前察觉到隧道开挖时的应力激增风险，并及时调整施工方案。

4 隧道工程BI M技术标准化及信息集成化管理对策

基于BIM 技术对隧道工程进行标准化管理、信息集成化管理时，需要通过建立隧道工程的BIM 模型，高精度地分析隧道工程的施工数据、设计信息及以此在隧道工程的各个阶段中发挥BIM 技术的应用价值，保证隧道工程的管理质量。

4.1 建模前准备

构建隧道工程BIM 模型前，相关人员应结合隧道工程建设的设计图纸、项目规划方案、施工技术获取基础性的工程信息。随后确定隧道工程中各项设计参数，根据设计方案和施工方案建立BIM 模型，并依据隧道工程整体结构和子工程的分布情况，拆分隧道工程BIM 模型，梳理BIM 模型使用过程中隧道工程视图信息的表达方法，确定模型参数。

在上述隧道工程案例中，建设方采用高精度的建模方法，同时根据模型中各子工程的施工设计，分别从模型构件命名、信息数据的追踪反馈、模型精度控制、信息编码分析等方面，评估该模型是否符合隧道工程管理的相关要求。比如，在隧道工程项目中，BIM 模型中各构件的命名可包括排水槽模型、初期支护模型、隧道超前支护模型等。

4.2 建立隧道工程的BI M信息模型

正式建立隧道工程的BIM 信息模型时，可结合隧道工程的整个生命周期，汇总隧道工程规划设计、施工管理、运营维护等阶段的数据信息，集成化地管理隧道工程信息，为隧道工程各阶段的标准化管理打好基础。

1）隧道工程规划设计阶段中，BIM 信息模型可反馈的信息数据包括隧道主体结构设计数据、设计方案筛选数据、洞口地质数据、隧道周围地形数据、隧道线路规划信息、隧道结构的非几何信息等。

2）隧道工程施工环节中，BIM 信息模型的主要管理数据有施工监测数据、隧道开挖信息、隧道超前地质预告信息、隧道支护参数、施工进度、子工程质量验收、施工风险预测数据等。

3）运营维护阶段的隧道工程BIM 信息模型，则需要获取隧道养护信息、常见质量病害的数据分析报告，以及隧道质量监测数据等。

4.3 高精度的隧道工程BI M模型

高精度隧道工程BIM 模型的应用是在集成化管理隧道工程信息的前提下，细化隧道工程各阶段的管理流程，发挥BIM 技术在隧道工程中的管理优势。

1）隧道工程GIS 规划设计阶段中，BIM 模型可显示隧道工程空间结构、分布情况、线路规划情况，具体包括隧道工程周围的环境图示、隧道洞口选址、隧道长度、隧道实际位置、隧道线型方案等。

2）基础设计规划完毕后，BIM 模型可促进隧道工程地质勘测工作的标准化管理。该模型可以详细地记录、分析隧道全线的地质情况，包括地形条件、复杂地质、环境系数等。同时直观地反馈隧道工程中的地质信息，如隧道施工工作台数量、隧道勘测数据、隧道洞口位置、隧道线路走向等。建模过程中，相关人员应将模型中的数据精度控制到1 cm 以内。

3）隧道工程建设中，高精度的BIM 模型同样可用于隧道结构设计环节，完整、详细地呈现隧道主体结构中的轨道信息、土建设计参数、结构设计信息等内容。具体可包括隧道土建工程的初次、超前支护数据和隧道施工中钢拱架、支护装置、锚杆等构件的规格信息及其几何数据。除此之外，施工阶段中，BIM 模型可自动采集隧道施工进度信息、隧道变形监测数据、隧道围岩应力信息等，管理人员可凭借相关进度信息、施工参数，标准化、集成化地实施管理工作，制订更有效的隧道工程管理方案。

4.4 隧道工程附属BI M模型

隧道工程附属BIM 模型是该类工程施工管理时针对各类子工程的建模。比如，在隧道开挖活动中，相关人员可利用该模型模拟隧道开挖时的施工进度、具体的工程量以及不同施工技术的应用效果，分别建立隧道岩体开挖BIM 模型、隧道支护BIM 模型、隧道开挖技术模型等。另外，隧道工程附属BIM 模型能够集成化地管理各类子工程的施工信息、施工文件，设计隧道现场标识模型、临时搭建工程的BIM 模型，用标准化的模型数据给予施工人员、管理人员VR 体验，使其有效地完成隧道工程附属结构的施工作业。

4.5 隧道工程信息的集成管理

BIM 技术对隧道工程中工程信息的集成管理是该技术的应用优势之一。相关主体可基于隧道工程BIM 模型集成化管理各类施工资料、基础信息，进行可视化的技术交底，用直观、立体的BIM 模型分别呈现隧道工程中的资料数据。比如，对于建设方，其在集成化管理隧道工程信息的基础上，可借助BIM 技术的可视化特点清楚地向业主说明工程建设中的各项部署、规划，说明各类施工工艺、设计方案应用的可行性、必要性，让业主更为全面地了解隧道工程的建设情况。

基于此，相关人员可建立集成化的隧道工程信息管理平台。在该平台运行期间，业主、建设方、设计人员、监理人均可根据自身权限，在平台中查询隧道工程的相关信息。比如，直接在BIM 技术支持下，查看隧道主体结构的3D 模型，并根据模型上的注释，获取更详细的视频资料、图片资料。对于隧道工程而言，主体结构的主要管理内容有围岩登记、主体结构中的构件分布等，相关人员可借助模型剖析隧道结构设计，获取有价值的管理信息。

结合JTG/T 3660—2020《公路隧道施工技术规范》，确定隧道工程的施工标准及技术标准，从而在管理模型中，虚拟施工现场时，合理调整施工参数，科学布置施工现场。对于虚拟现场，相关人员可建立隧道施工现场的三维模型，分别将施工设计资料、技术标准数据补充在模型内，以便于管理人员通过集成化应用信息优化调整现场布置方案。

质量管理过程中，BIM 技术能够借助集成化的隧道工程信息管理平台建立隧道工程施工质量模型，模型中包括质量验收标准、施工进度、常见质量风险等内容。在质量验收环节中，可直接在BIM 模型内输入验收信息，关联验收质量标准，逐一地排查质量问题。若发现质量问题，相关人员可通过模型从不同角度分析隧道工程质量问题的诱发因素，直观地展示质量问题，持续改进施工方案；同时基于该方案模拟施工过程，分析该方案的可行性。在此过程中，还应详细地记录BIM模型质量管理的所有数据，便于管理人员定期核查模型内的管理记录，查询隧道工程质量验收、质量问题处理情况，提高模型内质量信息的利用率，满足隧道工程信息集成化管理要求，突出BIM 技术标准化管理优势。

5 结语

综上所述，隧道工程施工建设中，BIM 技术可在工程的设计及施工管理阶段标准化地管理施工流程，加强隧道工程的质量管理和进度管理。同时通过建立隧道工程的BIM 模型，集成化地汇总隧道工程内的数据资源，生成隧道工程三维立体模型，并提取有价值的参考数据，直观地呈现隧道施工中的空间结构，降低隧道施工的安全风险，高效率地完成隧道工程的施工管理任务，提升我国隧道工程的建设水平。