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1、BIM技术在公路隧道设计中的应用作者：来源：西部交通科技2020年第04期li-.1 iJj*- Jfl图1发瑞隧道地质模型图隧道参数化横断面模板示例图图3交叉口钢结构及锚杆模型图图4隧道洞口模型图摘要：文章引用BIM技术针对隧道地质、交叉口、洞口等设计难题，指导并优化设计， 提出了目前BIM技术在隧道工程中的问题及建议，为BIM技术在隧道工程中的应用提供参考 和借鉴。关键词：BIM技术;公路隧道;软件;三维设计中国分类号：U452文献标识码：A0引言广西地处西南边陲，经济发展落后，以前的公路修建多是以绕行山体或围绕山体修建盘山 公路为主，公路工程填挖方严重。随着国家以及广西经济的发展，隧道修
2、建日渐提上日程。隧 道工程是公路工程建设中的重点和难点，需要配合各专业相互衔接、协同。传统的二维设计在 信息传递方面存在天然劣势，专业之间的沟通协调、设计与施工到运维之间的技术交底及信息 传递不畅，这对公路工程项目建设各阶段都造成了一定程度的影响。而具有可视化、协调性、可出图性等特点的BIM技术，能够有效解决这些问题。本文以广西区都巴高速公路发瑞隧道 BIM设计为例，探讨BIM技术在公路隧道设计中的应用。1 BIM概述BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息模型，最开始是由美国查尔斯伊斯曼 教授1在46年前提出的，他认为传统的建筑图纸存在多余的信息，且在
3、数据传递过程中有可 能造成传递缺失，由此，他提出了建筑描述系统，这被认为是BIM的起源。截止到目前美国 对BIM研究已经较为广泛深入。我国最早引入BIM理念的是建筑行业3，BIM技术在许多国内大型项目中已率先展开应 用，如绍兴体育场、上海国际金融中心、昆明滇池国际会展中心、深圳美术馆新馆4-6等多个 国家的重点项目中。基于BIM技术的可视化、可出图、协同设计、参数化设计等7特点，交 通工程行业也逐渐开始引入BIM技术进行项目管理、设计、运维等。随着BIM技术的发展， 它也开始渗透到设计人员的设计理念中，慢慢改变施工人员的施工模式、运维管理人员的管理 方式，引领交通行业迈入现代化建设的浪潮。2
4、BIM技术在国内隧道设计中的应用情况虽然BIM技术在我国的应用已经很多，但大多集中在建筑行业，在隧道工程中的应用还 不算多，但国内隧道同仁们逐渐开始对城市隧道及地铁、铁路隧道开展BIM应用。例如李坤 8将BIM技术在地铁车站建模、计算及工程量统计中成功应用。朱伟南9在杨高路跨线隧道 运用达索平台进行协同设计、建模管理、统计工程量等。李君君等10 在石鼓山隧道中运用 BIM技术进行隧道3D设计，从模型建立到附属信息、工程量统计、二维出图，在铁路隧道设 计方面提出了一套三维解决方案。BIM技术在国内隧道的应用大多集中在市政隧道、地铁、铁路隧道，在公路隧道设计中的 应用还不多，这也跟BIM技术在公路
5、工程中的应用较少有关。本文结合同行们的经验，针对 公路隧道技术特点，运用BIM技术对发瑞隧道进行地质建模、洞门设计、隧道交叉口设计等 研究。3软件平台3.1欧特克(Autodesk)公司平台软件Autodesk平台以InfraWorks 360和AutoCAD Civi 3D 土木工程设计软件为基础，能够建立 一套面对公路工程，包含道路、桥梁、隧道等全要素全生命周期的信息模型，并兼有Autodesk Revit软件，在建筑行业的应用比较丰富。3.2达索（Dassault）公司平台软件达索平台适用于复杂造型、大体量项目管理与设计，它具有曲面建模、参数化建模等功 能，为各专业设计人员提供了丰富的设
6、计及建模手段，能够实现复杂空间造型、模拟分析等多 种设计功能，帮助设计人员提高设计效率和质量。借助ENOVIA协同设计技术，实现基于网 络平台的并发式设计，提高设计和管理效率。3.3同豪土木公路BIM正向设计系统上海同豪土木工程咨询有限公司针对公路工程项目特点，开发了 BIM正向设计软件，包 含路线、桥涵、隧道等九大子系统。系统充分考虑了建模需求和设计习惯，使设计师基于软件 进行项目正向设计、建模和出图。3.4本特利（Bentley）平台基于 Bentley 平台，在 ProjectWise 软件下集成 Microstations Prostructure、PowerCivil 等软 件建立的
7、模型，在ProjectWise平台下，使设计师们能够在一个统一的平台下管理各种软件， 建立工程模型，包括道路、桥梁、边坡、隧道、路线交叉、景观绿化等，真正实现了项目团队 协同设计。Bentley软件还可以生成imodel轻量模型，并通过Navigator软件，对模型进行审 查，实现了各专业各参与方的BIM三维协同设计。本文采用Bentley软件平台作为基础平台，对发瑞隧道进行BIM建模及应用。4发瑞隧道BIM应用分析4.1项目概况及难点发瑞隧道是都安至巴马高速公路最长的一座隧道，长度为5 329.5 m，位于河池市大化瑶 族自治县江南乡发瑞村北西侧约600 m，采用分离式隧道。隧道建成后将是广
8、西最长隧道，其 隧道设计包含诸多难点：（1）隧道属特长隧道；（2）地质彳条件复杂，岩溶、裂隙发育，对隧 道结构安全危害极大；（3）隧道交叉口多且复杂，围岩应力大，设计和施工难度大。针对项目 特点和难点，充分利用BIM技术优势建立模型，优化设计。4.2模型建立（1）建立地质模型。导入钻孔底层数据，针对隧道地形陡峭、钻孔数量少的问题，建立 虚拟钻孔，提取出每个地层在钻孔中的位置关系点，分别构建对应岩体及地面层，如图1所 示。JZXCLL38.TIFTS （HT9.HJZ图 1 发瑞隧道地质模型图TS） KH-*1（2）基于Bentley PowerCivil软件，建立路线文件，并在CivilSta
9、tion designer软件中批量 生成隧道横断面模板，同时基于路线文件，生成廊道，引用隧道横断面模板（如图2所示）， 批量生成隧道模型。对于横断面模板可做成参数化模板库，便于后期模型修改及更新。基于不 同围岩的横断面模板，对隧道采用各级围岩衬砌支护形式，可视化展示隧道结构。（3）传统的二维设计对交叉口钢筋、型钢的表达不够直观，工程量计算不够精确，通过 三维构建交叉钢筋、型钢等模型，设计交叉口并精确统计工程量，从而实现不同衬砌类型、交 叉口、横通道等精准衔接，解决了隧道二维设计时结构构件难以表达的难题。如图3所示。（4）建立隧道洞口模型。由于本隧道复杂的地质、地貌条件，在研究开挖边仰坡的稳定
10、 性以及洞口山体对排水的需求后，建立隧道洞口三维地质模型（如图4所示），可以直观地观 察隧道洞口边仰坡高度、坡度，按照“早进晚出”的原则确认隧道口所在位置，选择合适的洞门 型式。这比传统的二维设计更加精准，并能减少重复设计工作。4.3总结发瑞隧道目前主要在设计阶段采用了 BIM技术，建立了隧道整体结构模型及复杂节点的 详细设计模型，方便设计交底及施工。（1）目前，针对公路及隧道工程应用BIM技术所要交付内容还没有形成统一的标准 11，项目的不同参与方无法形成统一的架构体系，这严重阻碍了 BIM技术的发展，也无法发 挥BIM全生命周期的优势。建议下一步建立国内统一的应用标准体系。（2）目前的BI
11、M应用还远未达到全员使用的程度12，BIM技术作为一个工具，只有在 项目前期、设计、施工、运维都使用BIM技术的情况下才能发挥它的最大价值。而国内交通 工程BIM应用采用多种软件平薰例如Autodesk平台、Bentley平台、CATIA平台等，设计、施工等项目参与方采用的软件平台多有不同，各种软件平台之间的信息交互无法保证信息 的完整。建议下一步针对交通工程及隧道应用技术特点，统一软件平台，加大人员使用力度。（3 ）隧道结构与地质情况息息相关，隧道设计及施工也是根据地质情况时有变化，而目 前主要是在设计阶段主导BIM技术应用，项目业主、设计、施工之间的衔接不畅，阻碍了隧 道工程BIM技术的发
12、展。下一步建议改变现有的管理模式，采用以项目业主为主导，设计、 施工为辅助的BIM技术管理新模式，充分利用BIM技术的各项优势。6结语通过在实际项目中运用BIM进行隧道三维设计，摆脱了二维设计交叉口等表述不清的难 题，图纸更加精细准确，减少设计变更，对设计进行优化，进一步提高了设计质量，实现了重 要的经济和技术效益。BIM技术的发展过程中虽然存在诸多问题，但是随着BIM应用软件的不断开发，以及设 计人员的不断努力，逐步引导建立BIM应用标准，BIM技术在公路隧道甚至交通工程中的应 用将不断得以完善，将不断地促进BIM技术在整个交通及建筑行业的发展。参考文献：1李建成.BIM研究的先驱一一查尔斯
13、伊斯曼教授J.土木建筑工程信息技术，2014，6 （4）： 114-117.2何关培.BIM总论M.北京：中国建筑工业出版社，2011.3苏小超，蔡浩，郭东军，等.BIM技术在城市地下空间开发中的应用J. 土木建筑工程信 息技术，2014，15（3）： 219-223.4李华峰，崔建华，甘明，等.BIM技术在绍兴体育场开合结构设计中的应用J.建筑结 构，2013，43（17）： 144-148.5张建平，刘强，张弥，等.建设方主导的上海国际金融中心项目BIM应用研究J.施工 技术，2015，44（6）： 29-34.6蔡嘉明，钟文武，安有生.节点法项目管理在超大型工程中的BIM应用J.昆明理工
14、大学 学报（自然科学版），2016, 41（1）： 110-118.7卢琬玫.BIM技术及其在建筑设计中的应用研究。.天津：天津大学，2013.8李坤.BIM技术在地铁车站结构设计中的应用研究J.铁道工程学报，2015，197（2）： 103-108.9侏伟南.BIM技术在城市隧道工程中的应用J.土木建筑工程信息技术，2016，8（5）： 71-77.10李君君，李俊松，王海彦.基于BIM理念的铁路隧道三维设计技术研究J.现代隧道技 术，2016，53（1）： 6-10.11戴林发宝.隧道工程BIM应用现状与问题存在综述J.铁道标准设计，2015，59 （10）： 99-102.12张建新.建筑信息模型在我国工程设计行业总应用障碍研究J.Z程管理学报，2010，24（4）： 387-392.
