BIM辅助铁路隧道施工方案可视化设计应用

程子洪

摘 要：我国社会经济快速发展的同时，加快我国当前高速铁路工程建设的发展速度。但在建设高标准铁路隧道施工过程中，由于传统隧道仰拱施工工艺不能够满足现阶段隧道施工技术的发展需求，造成在实际施工过程中，经常出现质量方面的问题，最终对施工质量造成影响。所以，仰拱和填充施工技术逐渐成为限制隧道高质量快速施工的重要因素。而我国现阶段出现的BIM技术，主要以3D数字模型构成，采取三维模型联动的设计方式，打破传统的单一线条设计模式，提供准确的单位方案可视化设计的环境。由此可见，只有通过BIM模型设计技术，再采取全方位互动性直观体现的方法，证明方案的合理性，然后保证在4D仿真环境下，展示方案的方法和流程。因此，本文主要针对施工中实际出现的问题，利用BIM技术可视化和协同性以及模拟性的特点，对隧道仰拱和仰拱填充施工装备和工艺设计进一步分析和研究。

关键词：BIM技术；铁路隧道；施工方案；可视化设计；应用

中图分类号：U452 文献标志码：A

我国当前时代发展速度，也带动高速铁路行业的发展速度，同时提高人们日常生活对铁路建设质量的需求。但是由于我国当前实施的依然是传统施工技术和设备，造成在实施施工过程中出现一些严重问题，在对施工进度造成影响的同时，最终对施工质量造成严重的影响。所以，在这样的发展环境下，就需要采取我国当前先进的BIM技术，通过可视化功能，设计一套铁路隧道施工的方案，在保证方案合理性的同时，最终保障施工的质量。

1 BIM施工方案设计的原理

我国传统设计施工方案过程中，主要在施工图上展示二维想象构思，依照往常的施工经验看，会依照施工方案的要求，选择施工设施和技术等等。但由于选择的设施型号不合理，施工技术经常出现差异性，导致在施工中经常出现严重问题。但如果实施BIM技术具备的3D可视化设计环境和4D仿真环境，就可以为施工方案设施和工艺的设计以及可行性提供技术的途径。图1为隧道仰供填充模型。

另外，在实施施工方案的3D可视化和4D虚拟仿真技术过程中，其主要目的是为了能够对施工方案的内容通过三维数字模型方式展现出来，其主要包括环境模型和解耦股模型以及施工设施模型。第一，站在环境模型角度，主要是施工方案的虚拟布置场地和前置以及后置施工工序的环境影响因素。第二，结构模型主要是施工方案虚拟建立的一个实体物。第三，施工设施模型主要是施工方案采用的机械设备和模板以及模具等相关作业设施，对于BIM辅助施工方案设计具有重要作用和意义。但依照模型结构的施工动态和之间的关系，需要采取施工分布的时间任务和模型构建，进一步体现施工方案的虚拟建造过程。除此之外，在通过BIM技术建立4D虚拟仿真环境过程中，可以实现对时间交互的过程模拟，对施工方案流程进行虚拟推演，通过动态技术和方法，检查方案内部存在的可行性以及存在的问题，最终全面优化施工设施和技术等。图2为BIM施工方案优化流程。

2 3D模型协同设计

在实施模型协同设计过程中，其自身具备比较基本的理念：第一，需要以现场施工环境，建立合适的环境模型，然后形成虚拟真实的环境设计。第二，在建立结构模型过程中，需要将未来施工中的对象融入到现有施工环境中。第三，在环境模型作业的范围内，需要实际施工需求，在同一设计环境中，开展施工设备模型的可视化设计，最终有效实现施工方案模型协同设计的效果。另外，想要实现隧道仰拱和仰拱填充施工方案设计的可视化展示，就需要采取网络技术，建立环境模型和隧道初期支护以及前方拱底土石方这3个方面。因此，只有通过BIM技术，利用其自身具备的3D模型系统设计工作，在确保施工进度的同时，有效满足人们对铁路施工建设的需求，进一步推进铁路隧道施工方案的发展，最终实现铁路隧道施工方案可视化的设计。

2.1 环境模型

在隧道施工的初级阶段，需要将前方拱底的土石进行清理，为仰拱和仰拱填充施工方案的设计，奠定一个坚实的基础。而在实际施工过程中，需要对施工各个环节和原则进行全面规划，然后形成隧道初期支护和拱底土石的模型。另外，还需要格外注意，在建立初期支护模型过程中，需要具备静态的施工环境，不参与任何施工方案的虚拟推演过程。

2.2 结构模型

在实际施工过程中，需要对施工各个环节划分的原则进行全面考虑，然后建立一个完整的隧道仰拱和仰拱填充模型。而在实际建设过程中，还需要依照相关部门规定的数据标准，将其内部参数严格控制，确保建立模型的合理性。

2.3 施工设施模型

在建立隧道仰拱和仰拱填充施工方案的设施模型过程中，主要对仰拱和仰拱填充施工台车进行设计，其中主要包含模板系统和行走系统两个环节的设备。另外，在设计仰拱模板的过程中，主要分为左右两面翻转式的组合钢板和模板，确保轴距的长度为6m，按照固定位置进行衔接，特别在减少固定钢板部分时，就会对其自身造成严重影响，但可以进一步保障仰拱矮边墙线的控制。除此之外，在建立端头模板过程中，主要是由钢板和型钢梁组成，需要将仰拱模板和中心水沟模板的位置进行连接，确保形成的模板系统具备整体和准确以及快捷的特点。

3 4D虚拟施工

3.1 建立虛拟仿真环境

需要利用Timeliner模块，将施工步骤和时间以及相关数据文件结合进去，从而形成虚拟环境下的时间任务项，然后依照相关规定标准，确保每一个施工环节的时间任务和模型构建的统一。另外，当模型成熟之后，需要在虚拟仿真的环境下，生成4D动态的模型，最终实现对施工方案的虚拟推演。

3.2 4D施工方案演示

在模拟隧道仰拱和仰拱填充施工流程过程中，需要经过多个流程，需要满足以下几个方面的需求：第一，测量放样，确保模架系统的位置。第二，卷扬机驱动到下一个循环位置。第三，浇筑仰拱填充。图3为施工设施模型。

3.3 效果评价

在设计仰拱模板过程中，主要核心为翻转式组合钢板，主要由固定部分和活动部分组合而成，在实现仰拱和仰拱填充连续循环浇筑的同时，确保对仰拱矮边墙浇筑质量和线性严格的控制和管理。另外，在建立端头模板过程中，需要依照仰拱和仰拱填充结构和对尺寸的要求进行设计，对于模板的地步和仰拱中间埋式止水的部分，需要确保其位置和形状的统一，保证模板顶部与仰拱填充高度相同，最终对仰拱填充浇筑流程严格控制。除此之外，还需要通过端头模架固定仰拱模架和中心水沟模架，逐渐形成可拆卸式的整体模板系统，然后依照单一的机械动力，采取循环移动快和准确的特点，在预防人工操作误差现象出现的同时，确保交通的正常运行。由此可见，在开展仰拱施工过程中，只要分为两个施工环节，第一，仰拱地步施工的区域。第二，仰拱和仰拱填充连续浇筑的施工区域，最终有效降低循环施工的时间。

结论

综合上文所述，再通过BIM技术的实施，实现3D可视化设计环境和4D虚拟仿真环境，建立BIM辅助施工方可视化设计的方法和流程。另外，还可以设计三维数字模型，其中主要包含环境模型和结构模型以及施工设备模型。由此可见，通过BIM模型设计技术，采取4D虚拟现实的技术，对施工方案进行全面直观的展示，最终将施工档案的合理性全面优化。除此之外，BIM技术还可以帮助隧道仰拱和仰拱填充施工的可视化设计，并取得良好的效果和成绩。因此，当铁路隧道实际施工过程中，只有打破传统施工技术和方案，采取先进的BIM技术，在满足人们日常生活需求的同时，确保施工的质量，最终推进铁路隧道施工行业的进一步发展。

参考文献

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