摘要：BIM技术引入我国后，在建筑业蓬勃发展， BIM 的应用在我国起步晚，相关软件的研发以及规范都处于初级阶段，不同于建筑行业，隧道工程具有带状分布、与地层紧密相关的特征，因此，只能借鉴建筑业的BIM 技术路线。目前国内已将 BIM 技术应用到隧道领域，借助不同的平台，实现了在山岭隧道、市政隧道、地铁区间隧道的初步应用，BIM 技术应用到隧道中将成为新的发展领域，但在隧道监控量测中， BIM 技术还是一片空白。
关键词：BIM技术；隧道内部；监控量测；应用；思考
1隧道施工监控量测存在的不足
1.1监测点
监控测点的布置宜在施工单位的配合下，由监控单位的量测小组完成。各预埋测点应牢固可靠，不得任意撤换和破坏。但在实际操作过程中，有些是由施工
单位按照监控单位的要求自行布置，易造成测点布置不及时、不规范。根据相关要求，对于拱顶下沉和净空收敛监测项目，为使读数能较真实地反映变形值，要求测点位置距开挖面不应超过 ２ｍ，但实际的操作过程中，基本是无法满足的。主要原因有： ① 距离开挖面太近，在隧道开挖过程中，会对测点产生扰动，从而影响观测的精度； ② 测点离掌子面太近，前期喷射的混凝土强度不足，从而导致测点布设不牢固，下一循环喷射混凝土易造成测点的污损并影响测点稳定性； ③ 测点距离开挖面距离近，在下一循环施工过程中测点容易遭到破坏，如边墙的测点易在爆破及出碴过程中造成损毁。另外，由于隧道内施工人员未认识到监控量测的重要性，边墙的测点易成为悬挂物体的对象从而造成测点松动和破坏，由于机械设备的擦碰致使拱顶测点发生松动破坏，并且施工方后期补喷混凝土也易造成测点的污损。
1.2监测环境恶劣
在隧道施工过程中，由于洞内照明通风不良，喷射混凝土产生的大量粉尘，车辆进出产生的尾气，洞内的雾气以及湿气等，影响监测仪器的精度，增加了隧道内部监控量测的难度；同时，隧道内施工作业人员对监控量测没有进行专门的培训，对监测认知较浅，从而导致监测点保护不力而遭到破坏，致使监测数据中断，无法真实地反映围岩的变形情况。
2BIM 技术在监控量测方面的应用
BIM 系统依据设计图纸、施工方法建立 Revit 模型，结合施工过程中产生的施工记录、量测数据，通过两者的整合构成基于 BIM 的隧道施工量测模型。该模型作为隧道信息存储与展示的载体，具有可视化、一体化性、信息完备性等诸多特点，在指导施工、三维展示、调用移交等方面具备明显优势。基于BIM 的隧道施工量测模型建立流程如图 1 所示。
图1 BIM信息库技术路线
2.1建立隧道三维模型
根据施工图纸和地质资料进行初步建模，包括建立隧道土体模型、隧道结构模型、监控量测点模型，以此构成隧道结构的专用族库，根据图纸赋予构件相应的材料信息，添加构件参数，修改已建好的模型尺寸，其相同的构件信息不需要重复输入，信息模型能够自动演化，减少建模工作量。
图 3 模型的参数化建模
针对不同形式的构件添加相应字段的参数标签，以供后续施工信息的录入。以掌子面族文件为例，创建施工图片、岩性描述、开挖情况等参数词条，在施工过程中对相应数据进行采集记录并后续以对应的数据形式进行信息的录入。实际施工中，根据实时施工进度可对模型进行更新。以断面开挖为例，可将该处原有的岩体隐藏并导入该处的支护结构，随着进度的推进依次将钢拱架、衬砌等隧道结构进行实时跟进，采取相同的方法可对施工工序进行模拟。
2.2监测点的布设与数据的采集
2.2.1布设监控量测点
测点的布置应根据围岩级别、隧道埋深和开挖宽度确定，在各隧道开挖洞口根据规范布置地表沉降监测断面，每个断面测点数量为 7 ～ 11个，测点横向间距 2 m～5 m;依照 JTG F6—2009《公路隧道施工技术规范》要求布置水平收敛和拱顶下沉量测断面，间距应为 5 m～50 m，水平收敛测线的布置应根据施工方法、量测断面所在位置、地质条件、隧道埋深等条件确定。在围岩等级为Ⅲ级以上时，可采用全断面开挖，监测可设一条水平测线;当采用台阶开挖方式时，可在上台阶拱腰和下台阶边墙部位各设一条水平测线。
2.2.2确定监测项目具体位置
利用全站仪、钢卷尺、3D 激光扫描技术对掌子面进行精确定位，记录掌子面开挖的里程桩号，根据3D 激光扫描的文件导入 Revit 中生成点云，并对监测点进行捕捉;利用全站仪对布测的拱顶沉降、洞周收敛观测点进行定位，记录每一个观测点的三维坐标;利用全站仪、钢卷尺对衬砌空洞测量路线进行放样，利用全站仪确定量测路线的起点、终点的三维坐标、钢卷尺测量各测线之间路线的距离。
2.2.3采集隧道围岩信息
在监控量测中，对隧道洞口、每个施工周期区间内的掌子面信息、极易发生灾害事故的特殊地形、围岩状况进行照片采集，并对围岩的岩性、级别、主要工程地质特征、岩体结构特征等进行详细描述，以报告的形式可定期进行整理。
2.2.4采集隧道初期支护状况数据
对隧道洞内初期支护状况进行照片采集及详细描述，对每一个循环工作周期内的初期支护、渗水的范围、渗水量进行照片采集，并对渗水状况作具体文字描述。
2.2.5采集隧道衬砌空洞位置数据
利用全站仪测量衬砌空洞的路线起点、终点的三维坐标，利用地质雷达对每个循环周期施工段内衬砌空洞的位置，空洞面积、体积进行数据采集。
2.3监测项目数据导入 BIM 模型
2.3.1将已经建好的地表沉降、洞周水平收敛、拱顶下沉观测点的族模型依照采集到各监测点的三维坐标导入到隧道 BIM 模型中，对监测点族文件添加标签，标签的信息主要有地表沉降点的观测日期、观测次数、断面桩号、测点编号、沉降累计值三维坐标、沉降速率等信息;洞周水平收敛点断面桩号、测线位置、累计值、围岩级别、备注等;拱顶下沉监测点的监测日期、监测次数、桩号、下沉累计值、围岩级别、备注等信息。
2.3.2围岩状况信息的导入。根据实际勘察的具体情况，将已定位好的掌子面模型进行材质的赋予。对掌子面族文件添加标签，标签的信息主要有设计阶段围岩状况、施工阶段围岩状况、掌子面的桩号、监测日期、掌子面围岩的岩性、围岩级别、主要工程地质特征、岩体结构特征、现场照片数据、备注等信息。同时在模型中绘制与围岩情况对应的模型线以直观的方式表示围岩表面的节理走向或裂缝的地质信息。
2.3.3围岩支护信息的导入。根据施工图纸，将锚杆，钢筋的数量间距依照不同钢筋、锚杆的类型、长度等导入到模型中。将定位好的衬砌出现的渗漏水范围、裂缝的长度相关族导入到模型中
3结语
BIM 技术应用于隧道内部监控量测必将大大减少人工工作量，简化监测工作，提高监控量测工作质量和效率，给各参与方带来便利。但将 BIM 技术更好地应用于隧道监控量测工作，仍需注意以下问题： ① 开发新型隧道监控量测设备，新型设备要轻巧便利，操作简单，并且内置软件要与 BIM 软件相兼容； ② 统一技术标准，保证各种监测数据能很好地对接，为后续工作做好铺垫。
参考文献
[1]陈刚. 基于BIM的铁路隧道施工安全管理研究[D].大连交通大学,2017.
[2]王启光.基于BIM技术的隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2017,27(01):26-30.
论文作者:曲景甲,杨宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/15
标签：隧道论文; 围岩论文; 量测论文; 模型论文; 断面论文; 信息论文; 拱顶论文; 《基层建设》2019年第11期论文;