基于BIM的公路隧道工程施工应用实践与问题

文/济南通达公路工程有限公司 王秀林 阎有为

公路隧道是公路工程中必不可少的组成部分，具有施工环境差、水文地质条件复杂、作业面多、工序转换复杂等特点，对施工技术和管理的要求较高。因此，如何提高隧道施工阶段的质量和安全管理水平是隧道工程需解决的重要问题。建筑信息模型（BIM）技术为隧道工程施工管理水平的提升提供了解决途径。

BIM是建设工程及其设施的物理和功能特性的数字化表达，通过创建和使用项目数据开展全生命周期业务过程，同时使用模型信息开展业务流程的管理。BIM模型以三维可视化数字模型为基础，通过创建面向工程结构化对象的模型，可实现技术和管理方面的一系列应用，如可视化展示、工艺模拟、工程量计算、进度管理、材料管理、成本管理等，从而提高隧道工程施工管理水平。

本文以某公路隧道工程施工阶段为例，研究隧道BIM模型创建方法，对基于BIM的施工资料和信息集成、进度管理、施工工艺模拟与展示、协同管理等应用的特点进行分析，对目前BIM应用存在的问题进行剖析并提出应用建议。

隧道BIM模型构建

工程概况

某双向四车道公路隧道分左右两幅，长440米，单洞宽13.75米，净高8米，两幅隧道净距约13米，隧道左、右幅均为直线，属于小净距短隧道。隧道左、右幅纵坡+1.400%～-2.600%，包含了Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级三类围岩等级。

为贯彻落实工程精细化管理相关政策，组建BIM团队开展项目BIM技术应用开发，并在施工过程中具体落实，对施工管理信息化实践进行探索。

隧道建模

图1 完整隧道BIM模型

在建模前，包括施工现场技术负责人在内的开发团队对BIM实施大纲进行了多次讨论和修改，制定了详细的BIM应用实施内容。根据隧道所在场地测量数据、主体结构二维设计图纸、施工深化设计图纸和施工方案，分别对场地地形、主体结构和施工辅助设施进行了建模。根据建模标准和要求，对建模工作内容进行分解，按照任务分工主要采用Revit软件完成建模任务。

隧道工程场地的建模通过结合Civil3D和Revit软件完成，将测量数据导入Civil3D完成地形的绘制，并形成地形模型，然后将模型导入Revit中，通过概念体量模型创建场地地质模型，并利用布尔运算进行隧道开洞处理。

通过建立不同围岩等级对应的隧道施工标准段模型，再进行主体结构组装，形成隧道主体模型。组合拼装采用“基本模型+参考模型”的方式，可提高建模效率。当需要修改整体模型时，仅需修改小体量的基本模型或者参考模型。图1为组装后的隧道完整BIM模型。

图2 施工资料与模型集成

于BIM施工阶段应用

施工资料与信息集成应用

BIM模型包含了各构件的几何和属性信息，此外还可以包含施工相关资料，便于施工资料和信息的集成应用。以建立的完整隧道模型为基础，将施工过程相关资料集成到BIM模型中，可结合三维模型进行施工资料的管理与查看、可视化技术交底、模型信息查看等，可有效解决资料管理的分散和查找困难、施工现场标准、资料等查看不便、技术交底不够直观等问题。

如图2所示，隧道某围岩等级处对模型进行剖切处理后添加相关信息，可直接查看此围岩等级的各主要组成部分及各部分的重要信息。此外，在通过导视牌的形式链接相关规范和技术标准、二维施工图和施工工艺动画等，便于结合模型直接进行技术交底。

进度管理应用

在基于BIM模型的施工进度管理应用开发中，根据工作分解结构、施工组织设计及专项方案等文件编制进度计划创建进度管理模型，完成进度计划模拟和优化。采用Fuzor软件进行施工进度模拟与仿真，将Revit中创建的BIM模型导入Fuzor，模型中添加时间信息，形成进度管理模型。图3为隧道开挖计划模型，可清晰查看各段的施工顺序和计划开始与结束时间，从而直观判断进度和施工顺序的合理性。依据进度管理模型，可以实现进度跟踪检查、进度可视化展示、实际和计划进度对比分析、进度预警与辅助偏差分析、辅助进度计划调整等。

工艺模拟与展示应用

结合三维BIM模型进行施工工艺模拟，可实现施工技术交底更直观，与传统的三维动画相比，模型中包含了真实的工程信息并且可直接查看。根据隧道项目施工工艺特点，基于BIM模型完成了CRD法、CD法和台阶法施工工艺模拟。

为更深入地应用BIM技术进行施工质量和安全管理，结合隧道施工特点，开发了隧道质量安全标准样板区。如图4所示，虚拟质量安全样板区清晰地展示了不同等级围岩隧道主体结构、大管棚及逃生预案构造，以及重要材料、尺寸和其它属性信息，并以公告栏的形式表达了对应主体结构的重要施工检验标准，为质量管理和技术交底提供重要的参考模型。

协同管理

搭建了项目的网络协同平台，支持网页端和移动端，可方便地进行施工阶段的项目管理。该平台可浏览包括BIM模型在内的多种格式文件，可方便地实现文件管理和归档。此外，可以发布流程任务，方便实现施工质量和安全协同管理。

图3 隧道开挖进度模拟

图4 质量安全样板区展示

图5 任务管理与协作

任务功能是协作平台的重要功能，如图5所示，可针对发现的现场问题和其它问题，结合BIM模型的标注功能和现场照片等，将存在的问题发送给相关责任人，并形成任务流程，问题解决后给出审批意见，则此任务结束。

存在问题分析及应用建议

问题分析

施工阶段全员应用BIM开展工作仍存在难度。由于施工阶段信息化水平长期以来相对较低，施工人员习惯于传统的工作模式，对基于BIM的信息化手段缺少认识，导致BIM应用实施过程中施工人员缺乏积极性，甚至存在抵触心理，认为BIM实施增加了工作量。这就需要BIM应用能够给一线施工人员带来工作效率的提升。

目前BIM应用很难形成企业大数据。从企业的角度来看，BIM应用是施工企业大数据形成的基础，可为企业积累大量的虚拟模型、进度、材料、质量和安全管理资料，通过分析可为企业决策提供数据支持。但是，由于目前BIM建模和应用缺乏比较完善的标准，导致各项目的模型和资料很难进行数据统计，也就无法为企业决策提供足够的支持。

BIM应用仍不够深入，缺少智能化应用。现有的应用点在技术上缺少突破，以进度计划模拟为例，仍然只能对拟定的进度计划进行可视化模拟，出现工期提前或延迟，无法自动进行整个施工进度计划的变更，很难实现结合BIM模型进行进度计划自动化管理。

现有协同管理平台功能薄弱，不足以支撑基于BIM的全过程应用。施工协同管理平台仍以文档管理和质量安全问题流程管理为主，BIM模型发挥的作用并不充分，主要以模型查看和基于模型的注释为主，进度管理、物料管理和成本管理功能较弱，结合物联网技术的质量和安全管理功能不足。

应用建议

标准先行。当前行业BIM建模和应用标准仍不完善，企业可针对隧道项目建立建模和应用标准，便于企业统一管理和后期数据的积累，从而为企业决策提供数据支持。

提效为先。基于BIM的技术应用方面，需考虑现场实施的落地，以提高一线施工人员的工作效率为目标进行开发，如结合物联网技术进行隧道施工变形监测数据的实时获取与评估预警，实现三维可视化、自动化和智能化；基于BIM的管理应用方面，需以提高管理效率为目标，通过充分调研后确定适合企业管理特点的应用点和应用流程，并形成标准管理流程和管理制度在企业进行推行。

以点带面。BIM应用策划需充分评估应用点价值和实施效果，前期可以通过成熟应用点试点在部分工作中推进BIM应用，随着应用深入逐步扩展应用范围，实现以点带面，在应用点上不宜追求大而全，注重实效。

结语

BIM作为推动工程建设行业信息化的重要手段，近些年得到了快速发展，在公路工程行业也逐渐开展了大量BIM应用。隧道工程实施BIM对于设计、施工和运维均有重要的应用价值，BIM应用是必然趋势。

当前隧道工程BIM应用还处于初级阶段，无论在建模和应用开发方面仍需要开展研究。以某隧道工程为例，研究了“基本模型+参考模型”的方式进行组合拼装建模方法；分析了基于BIM模型的信息和资料集成应用、进度管理、协同管理、工艺模拟与展示等方面特点；对目前BIM应用存在的问题进行了分析，并给出了应用建议。为了更进一步促进隧道工程BIM技术应用，企业则需要以提高工作效率和管理效率为目标推动信息化手段在工程中的应用。