摘要：将BIM技术应用于铁路项目隧道施工中可有效提高施工管理效率。基于此，本文对BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理之中的应用进行研究分析，期望能够借此保证我国铁路工程隧道施工的质量。
关键词：BIM虚拟技术；铁路隧道施工管理；应用
1 BIM技术概述
随着我国建筑工程领域勘察质量要求的逐步提升及建筑行业信息化发展对地质勘察提出的信息化、可视化要求，建筑行业广泛开展有关建筑信息模型技术的探索研究。建筑信息模型技术即为BIM，其主要是基于建筑工程项目的一系列相关信息数据，开展建筑模型构建，依托数字信息仿真，以实现对建筑工程各项真实信息的模拟。在铁路项目隧道施工中，BIM技术可对地质分析数据开展采集、汇总，其属于一项服务于勘探对象的CAD技术，依托三维数字化技术模型对铁路项目隧道的相关信息予以科学呈现，进一步在铁路项目隧道施工中开展具体实践。BIM技术具备信息关联性、模拟性、可视化、全面性、统一性、协调性等特征优势，主要表现为：①BIM技术可实现信息模型集成，便于项目参与方信息交流，有效解决相关问题；②BIM技术所具备的模型参数可实现设计的智能化、自动化；③BIM技术开放的数据网络接口可实现一系列软件的信息交互；④BIM技术全面协同的多维仿真平台可实现项目参与方的有效协同；⑤BIM作为一个三维管理系统，是在全面开放的工业标准下对设施物理、功能特性及对应生命周期信息进行的数字化形式呈现，在施工中可为决策人员提供有力的信息依据。
2 BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用
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。
2.2 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。
2.3 铁路项目隧道施工实时管理
基于铁路项目隧道BIM施工管理平台，可通过各种颜色对施工开展情况进行标识，即标识为未建设、建设中、建设完成等形式，并且还可进行自定义标识，可标识为按期完工、延期完工等形式。所以，依托铁路项目隧道BIM施工管理平台开展管理，可更为明确地掌握铁路项目隧道施工情况。与此同时，铁路项目隧道BIM施工管理平台可实现高亮提醒功能，将施工完成比例不足九成的项目予以高亮提醒，帮助施工人员直观了解施工进程，加大对施工进度滞后项目的关注度，进一步开展重点管理，切实提高铁路项目隧道BIM施工效率。除此之外，铁路项目隧道BIM施工管理平台还可实现自定义图片编辑及上传功能，在施工时可对各个流程进行拍摄，并将照片上传至对应施工环节，施工管理过程中直接点击对应施工环节，便可掌握实时施工情况，有效提高施工管理质量及效率。
2.4 BIM技术在铁路隧道施工管理之中应用的效果
第一点，建设BIM参数模型，借此对铁路隧道工程的施工过程进行模拟，以三维BIM信息模型代替传统二维图纸，不仅能够有效解决传统二维审图之中存在的难以想象、容易遗漏以及效率低下等多方面的问题，同时还能够使铁路隧道工程施工单位在施工开始之前就将设计图纸之中存在的不足之处找出并将之解决，有效防止在进行铁路隧道工程施工的过程当中出现返工等问题，大大节约了铁路隧道工程的施工成本、缩短了施工工期、提高了铁路隧道工程施工质量；第二点，建设一个BIM参数模型，建立信息化BIM参数平台模型，施工人员通过查看模型信息，能够对施工地区的围岩情况进行详细、精准和快速的了解。并在此基础之上进行对比分析和记录，有效提高铁路隧道工程施工的安全性的同时缩短施工工期；第三点，搭建场站BIM参数模型，实现了洞口施工场地优化，提高了工作效率及场地利用率、减少了材料二次搬运，降低了生产成本；第四点，搭建隧道监控测量的BIM参数模型，对超出质量、安全规范的施工部位进行动态预警及跟踪，大大提高了隧道施工质量及安全管理。
3 案例研究
3.1 工程概况
某山体双向石质隧道，线路总长４３３０ｍ，山体陡峭，地面最低高程６２４ｍ，最高７６６ｍ，隧道覆土厚度最小３ｍ，最大１３３ｍ，多数为农耕用地，坡度较大地面植被丰富。考虑此隧道地形条件、地质状况，同时考虑项目时间节点、周边施工条件和灾害救援需求，使用两座无轨输送斜井。３条沟谷横穿隧道下方，地质条件相当恶劣，施工条件差，不确定因素、危险源较多。
3.2 BIM技术的实际应用效果
3.2.1 建立实体模型
在建立三维地表、三维地质模型的基础上，建立线路的三维模型，利用骨架继承、参数设置、草图绘制等技术，结合ＣＡＴＩＡ的扫掠、拉伸、多截面等命令，实现隧道三维实体模型的建立，所建模型见图１。
图１隧道三维模型的建立
3.2.2 三维设计二维出图
利用ＣＡＴＩＡ草图设计器绘制隧道截面草图，约束部件尺寸，建立参数化关系，输入相应的设计参数后，BIM可以输出相应的施工草图，如图２所示。在BIM软件中实现参数化驱动，实现所有草图联动修改，只需改变相关设计参数后与之相关的所有设计图均会随之改变，避免出现施工图矛盾错误等情况，本项目中参数化驱动联动修图实现过程如图３所示。
图２建立参数化关系
图３参数化驱动联动改图示例
3.2.3 碰撞分析
利用BIM的碰撞分析功能，检测设计中由于信息不对称经常导致的构件交叉不合理问题，方便设计师及时进行施工前设计方案修改。例如本项目中通过碰撞分析发现部分径向锚杆与超前支护位置重叠（见图４），及时克服了这一设计缺陷。
图４径向锚杆与超前支护位置重叠
3.2.4 工程计量统计
依据三维模型可抽取隧道钢筋的设计工程量，可将隧道洞深、施工辅助导洞、隧道附属等的工程量迅速分门别类的计算统计出来，精确度大大提高。同时可对施工材料进行算量和验工计价，可方便快捷的实现工程量清单、材料清单等分类汇总。项目参与方能公用一个模型来达到自己对上对下计价及内控成本的目的，提高了工程量计算过程的效率和精度。
总之，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。
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论文作者:薛皓彦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
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