公路隧道设计BIM 技术应用

中水北方勘测设计研究有限责任公司/ 赵健

引言

公路隧道设计属于系统性的工作，在实践的阶段中涉及到的设计参数比较多。因此在该项工作开展时，需要利用BIM 技术提高公路隧道设计水平，使其能够满足公路隧道建设的要求。所以对BIM 技术的应用情况分析探寻出更为科学有效的设计方案，是本文的研究重点。

一、BIM技术概述

建筑信息模型是现代社会建筑设计中非常重要的工具之一，其有效的取代传统的CAD 设计模板所不能实现的精细化管理的缺陷，应用效果非常好。技术人员投入较大的力量进行研发和应用，BIM 技术不仅仅实现信息软件与模型，是建筑与工程管理的重要工具之一，其可以应用工程信息激素，实现建筑工程实施环节的建模、框架化，促进施工效率和质量的提升，设计也更加的准确。因为建模方案主要是在后台存档的方式进行，后期项目维护与升级更加的方便。同时，BIM技术可以进行项目成本的控制，实现资源科学合理的优化配置，并且通过物理与功能特性的表达，以数字化形式展开分析和研究。BIM 模型是三维可视化数字模型应用的，利用创建面向工程结构化的对象模型信息，直接可视化建设与管理，做好成本、材料、进度、工程量计算与分析，促进隧道施工水平的提升，满足交通运行需要。

二、BIM技术在公路隧道设计的应用

（一）应用BIM 技术实现三维模型设计

BIM技术协同设计应用到公路隧道项目设计中，具体可以从局域网协同设计、广域网协同设计的角度出发开展进行。这两者的设计从原理、流程等方面分析，并不存在明显的差异，简单的说，局域网的设计就是利用局域网作为基础来实现三维信息模型的设计，应用到公路隧道项目的设计中，不同设计人员的设计内容是不同的，其主要的工作原理就是设计人员掌握不同设计资料，然后将局域网中的各项数据进行汇总、传输和应用，让公路隧道项目以三维模型显示出来。在设计方案的进行中，设计人员需要利用局域网完成信息的传输和交流，达到数据共享的标准，如果要进行设计方案的修改，应该给予相应的授权，这种局域网协同设计的方式，设计信息数据不会轻易发生改变，让公路隧道设计更加具备科学性与准确性。广域网的协同设计主要的差异就是不同局域网的信息共享与交流方面，而是通过服务器的方式进行保存与处理，将全部的信息模型得以有效的应用，设计人员应该通过服务器的方式掌握全部的模型资料，为设计方案的应用提供基础条件。

（二）基于BIM 技术的三维施工模拟

BIM 技术不仅仅能够达到三维模型设计的标准，同时还可以进行施工模拟与分析。在公路隧道设计方案进行中，设计人员通过应用BIM 技术实现模拟，构建出隧道掘进施工的模型，模拟整个掘进的过程中，可以准确的分析和判断地质条件，确定项目施工是否达到安全性、稳定性的标准，随时掌握隧道内壁的受力条件，让衬砌设计方案更具科学性与合理性，完全达到现场施工安全性的要求。公路隧道工程建模的主要目的就是进行现场施工工序的合理分配与设计，防止在现场施工发生严重的冲突，消除干扰和冲突的问题，让项目顺利开展。

BIM 技术进行现场施工模拟分析，其主要的优势就是可以实现设计方案的分析和研究，了解设计意图和设计理念，希望可以达到预期的目标，符合隧道设计目标和要求，尤其是在公路隧道项目的施工环境比较复杂的情况下，设计内容也会更加复杂。如果应用传统设计模式，施工人员并不能充分了解施工图的顺序，施工意图的表达也不够清晰，施工的质量以及进度方面难以从根本上确定。从这一方面展开分析，应用BIM 技术可以实现三维模拟分析，实现动态化模拟，实现施工过程的细化与分析，让工作人员充分了解和掌握施工工序和状态条件，结合具体的情况做出详细的分析，保证公路隧道项目顺利实施。

（三）应用BIM 技术进行公路隧道三维模型创建

在三维模型创建的阶段中，对于BIM 技术的应用需要根据项目的实际要求将针对性的地质模型构建出来，并且在应用辅助软件对涉及到的参数进行处理，如此才能够保证公路隧道的设计效果达到实际需求。

1.建立地质模型。地质模型的创立应该在地质剖面图和钻孔数据作为分析的基础和依据，然后可以创建出完善的岩层桩模型图结构，然后以工程界限内数据分析研究了解地质条件，根据需要进行切割加厚处理，让不同地质条件下的模型得到有效控制，在模型内可以进行不同岩层与之相应的数据分析，建立起完善的地质模型和资料库。地质模型建立流程如下所示：首先地质条件数据分析和勘查，在获取相应数据的基础条件下，创建地形曲线信息；其次，把岩层的钻孔数据直接传输到地形曲面模型内，把各个钻孔获取的岩层数据直接录入到系统内，主要的方式就是根据某岩层钻孔数据录入要求进行，先对各个钻孔获取的地质信息做好记录，再分别钻入到各个地层条件中，记录好地面高差的数据信息，掌握地质层厚度和距地高度，然后进行地形曲面和钻孔截面的剪切处理，然后调整Z值，建立初步岩层柱状模型；以相同的方式把其他的钻孔数据直接录入到系统内，把获取后的不同柱状岩层模型连接形成整体系统，并且构建出完善的地质三维模型系统。为了保证地质模型数据信息达到准确性要求，需要按照国家标准补勘钻孔，提高模型数据精度，符合模型创建需要。

2.借助CivilStation Designer 软件把隧道断面模板批量形成，按照隧道走向的发展，在Bentley Power Civil 中创建隧道路线文件，把断面模板和路线文件汇合形成整体文件，建立起隧道模型，根据断面模板逐步深化模板库，让后续的修改以及更新工作可以顺利地完成。断面模板应用之后，利用各级围岩衬砌支护措施，让隧道结构模型达到可视化要求。

3.传统二维模式设计时，钢筋、型钢等交叉工艺不明确，工程量计算也容易存在很大的差异，应用BIM 技术实现可视化分析，可以进行交叉的精确设计，还可以统计分析工程量数据信息，提高隧道内模型精准的连接，彻底解决和处理目前传统模式设计意图表达不准确的情况。

4.隧道洞口模型的建立。综合分析隧道洞口地形、地质以及水文状况等要素，隧道洞口进行开挖施工应该达到边坡结构稳定性标准，还要保证洞口排水性满足要求，根据需要创建隧道洞口三维模型的创立，可以在模型中真实体现出洞口仰坡高度、坡度等地形条件信息，然后就可以明确洞口的结构形式，消除传统设计中的不足，提高设计准确性，保证设计效果和质量。

5.BIM 技术在管道优化中的应用。进行科学合理的规划，才能保证施工进度，应用BIM 技术可以实现有效应用。通过BIM 技术的合理使用，使项目施工环节的效果得到提升，保证各个专业有效沟通，防止存在重复性作业的情况，让项目施工进度得到改善和提升。本项目管线分布复杂性较高，周边有很多民用建筑，所以管线搬迁、操作难度较高。工程技术人员应用BIM 技术，明确管线搬迁的计划，以工程具体情况，制作出管道搬迁模型，符合现场施工的需要。同时应用BIM 技术后，可以消除以往工程管线碰撞的问题，保证管线的施工更加顺畅，提高管线安装质量效果，完全达到工程的技术标准要求。

三、建议分析

（一）对于BIM 技术而言，在我国公路隧道工程设计阶段，该技术的应用还是比较晚，未能形成统一的设计标准，使得公路隧道设计框架具备一定的难度，严重的影响到了设计的效率，不能够将BIM 技术的优势切实发挥出来。所以针对此类问题在具体操作的阶段中相关单位需要构建针对性的标准体系，以保证BIM技术能够得到深入应用，提高技术的应用效果，强化公路隧道设计的水平。

（二）在当前公路隧道的设计阶段中，BIM 技术只是作为一种建模工具进行利用的，应用普遍性不高，这就导致BIM 技术的施工模拟、资料库功能未能充分发挥出来。并且由于BIM 技术的相关软件，例如Autodesk 平台、Bentley 平台未能够与BIM 技术良好的衔接在一起，导致信息的导入以及导出不具备完整性。所以针对这方面的问题，相关单位需要根据实际情况，在总结隧道工程项目特点的基础上做好统一的平台构建。保证各方面的参数以及不同平台都能够实现交流共享，提高技术的应用衔接性，以保证技术的作用能够全面的发挥。

（三）对于隧道公路设计项目而言，在实践阶段中设计水平的高低直接与BIM 技术的应用方式有着一定联系。由于隧道工程师在具体设计的阶段中应用到的施工参数是非常多的，如果相关的建设部门对于信息了解不够通畅，就会导致许多方面的建设效果达不到实际要求。所以针对此类问题，在实践阶段，相关管理部门需要综合实际情况，做好管理模式转变以及创新，通过利用BIM 技术将各种管理效果发挥出来，如此才能够保证参建单位的信息达到共享，提高整体设计的效果。

四、结语

综上所述，公路隧道设计中应用BIM 技术之后，可以实现设计流程和方式的优化，使设计人员工作效率得到提升，设计水平和质量有明显提升，完全表达出设计意图，提高公路隧道项目设计标准，为公路隧道项目顺利建设提供基础条件。