BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用研究

王立冬

摘要：文章对铁路隧道施工中采用BIM虚拟技术的应用模式进行分析，并介绍采用BIM虚拟技术进行铁路隧道施工的工作流程，重点研究BIM虚拟技术在铁路隧道施工中的应用情况和效果，以供参考。

关键词：BIM虚拟技术；铁路隧道施工；应用

1引言

近年来随着我国经济的发展以及铁路事业的发展，我国的铁路工程建设和通车里程不断提高，为促进我国国民经济的发展和人们生活水平的提高有着重要作用。在铁路工程施工中，隧道施工比较常见且通常具有较大的工程量和施工难度，而且在隧道施工工程中较为狭窄的施工空间中还具有较多的风险因素，所以在隧道施工中进行进度、质量、成本、安全等管理工作的开展则具有较大的难度。在目前全球已经进入信息时代的背景下，BIM技术等先进技术也应用于铁路隧道工程施工中，不仅解决了隧道施工中存在的问题，而且提高了施工效率、质量与安全，取得了较好的成果。

2铁路隧道的BIM应用模式

2.1设计BIM建模

在铁路隧道施工中采用BIM技术，首先要进行隧道工程的建模工作，此工作较为繁琐，也是在隧道施工中采用BIM技术的重要环节，对其应用效果起着决定性的作用。但是在进行隧道施工工程建模的过程中，由于不同的隧道工程具有不同的地形和地质特点，其对隧道施工也会产生不同的影响，需要在建模过程中对影响施工的各种因素进行充分考虑，并从以下两个方面进行建模工作的开展。一是进行地形地质模型的建立。在此模型中就可以进行虚拟场景的布置和对设计进行优化。二是进行隧道建筑模型的建立。此模型对整个施工过程的开展以及模拟有着重要作用。在上述模型建立完成之后，工作人员还需要对施工线路中的实际相关数据进行整理和分析，并根据一定的关系将其在此模型中的地理空间中进行整合，这样就完成了对虚拟施工环境的设计，且可以避免单一模型在信息处理过程中出现问题。

2.2设计BIM交付标准

在铁路隧道施工中采用BIM技术时，众多因素会对BIM模型的应用效果产生影响，容易导致在进行虚拟施工中与实际施工存在较大的偏差，从而对实际施工中具体施工方案的制定造成干扰。而且此模型的应用效果不佳或存在偏差还会对隧道施工的后续施工环节造成较大的影响，从而对隧道施工整体造成影响。这就需要设计和施工单位之间进行沟通和协调，对模型建立中的编码规则、构件命名以及构件信息粒度等因素按照一定的标准进行统一。所形成的建模规则为：一是对于导管、中控锚杆以及砂浆锚杆来说，其建模单元采用1榀的组件形式，相邻2榀呈梅花状布置。二是对于型钢钢架以及格栅钢架来说，其建模单位采用榀的组件形式，包含锁脚锚杆、节点连接板以及节点螺栓等。三是对于喷混凝土以及钢筋网来说，其建模单元采用循环开挖进尺长度，不同围岩级别的循环开外进尺长度差别较大，一般为0.5～3.5m。四是对于仰拱填充、底板、仰拱以及仰拱部防水板来说，其建模单位采用仰拱合车或末班的建筑长度，一般为6～8m。五是对于无砟轨道基础、中心盖板沟、侧沟沟槽等来说，其建模单元采用模板的建筑长度，一般为6～8m。六是对于拱墙及拱墙部防水板来说，其建模单元采用二衬台车的建筑长度，一般为10～12m。七是对于复合式衬砌隧道轮廓设计来说，其建模单元主要由多个圆构成，即圆的数量一般为3～4个。

3 BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用流程

在铁路隧道施工管理中采用BIM虚拟技术时主要是从施工管理中的建设、设计雨季施工三个不同单位的角度进行，而且需要在BIM虚拟技术的应用过程中，三者要共同参与和相互配合，其应用流程为：一是对于建设单位来说，其主要责任是对整体工程项目进行协调，然后对设计单位以及施工单位的具体责任进行明确。二是对于设计单位来说，其主要作用就是使用BIM虚拟技术进行上述模型的建立，然后通过模型对整个工程情况进行全面展示，并对设计中存在的问题进行处理和优化。三是在上述工作完成之后，设计单位将BIM模型以及设计交付施工单位进行实际施工工作的开展，在隧道施工开始之前，需要采用BIM虚拟技术利用模型进行施工全过程的动态模拟，并针对模拟中发现的问题对施工方案进行相应的调整和优化，然后利用BIM系统开展隧道施工以及管理工作，并且在施工完成之后，施工单位需要将施工工程以及竣工的BIM模型移交给建设单位。

4 BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的具体应用

4.1 4D虚拟施工及优化

在进行铁路隧道施工之前，首先进行施工组织计划的制定，并且将此计划与BIM技术中所建立的3D模型进行结合，从而形成4D的隧道施工信息模型。在利用BIM技术中的4D虚拟模型进行隧道施工的过程中，由于模型中的施工工序和任务都已经进行了标注，所以在应用中此模型系统就可以与实际施工中的项目模型构件进行自动关联，然后在显示屏幕中以3D图片或动画的形式进行隧道施工全过程的展现。在利用BIM技术的4D模拟技术的同时，工程施工管理者和决策者就可以通过可视化的画面进行全过程的检查，对其中相应的问题上进行处理和改进，并对相应的施工方案进行优化，对整体的施工进度进行调整。

4.2工程可视化管理

在采用BIM虚拟技术进行铁路隧道施工中，不仅可以进行施工过程的模拟和施工方案的优化，而且将项目的所有施工信息通过BIM软件进行信息共享，项目管理者可以通过BIM软件随时查看工程施工进度，相关的质量检查以及技术负责人员也可以随时检查相关施工是否符合标准要求，并对施工中实际发生的问题进行解决方案的沟通和决策。在以上过程中，由于BIM将工程所有的信息进行共享，技术以及管理人员只需要通过手机或者电脑中的相关软件就可以随时查看相应的构件模型以及工程信息，甚至包括材料信息、设备信息和验收标准等，所以大大提高了技术和管理人员的工作效率，可以有效确保施工质量。

4.3施工安全控制

铁路隧道施工中的安全问题也一直是人们关注的重点，在采用BIM虚拟技术进行构件模型建立之后，通过对每天施工进度的上传来对施工状态进行動态跟踪，从而实现对施工进度的管理，与此同时，还可以在软件上显示起始和终止内工程段的掌子面、仰拱开挖进尺等各项施工信息，所以可以实现对施工全过程的实时动态监测，而且可以通过对关键施工环节中相应安全风险预警值的设置，在相关安全管理数据超出标准之后就会发出报警，从而有效提高施工过程中的安全管理效果。

5结语

由于铁路隧道施工通常具有较大的施工难度、施工风险和施工工程量，所以在相关技术的发展过程中，将BIM虚拟技术应用其中，可以利用其4D虚拟施工技术对施工方案进行优化，并且通过其可视化的功能实现管理水平的提升以及对施工全过程进行动态监控，实现对施工进度和施工安全的全面控制，全面提升铁路隧道施工的质量和安全。

参考文献：

[1]赵璐，翟世鸿，陈富强，等. BIM技术在铁路项目隧道施工中的应用研究[J]. 施工技术，2016，45（18）：10-14.

[2]王潇潇，姬付全，卢海军，等. BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用[J]. 隧道建设（中英文），2016，36（2）：228-233.

王立冬

摘要：文章对铁路隧道施工中采用BIM虚拟技术的应用模式进行分析，并介绍采用BIM虚拟技术进行铁路隧道施工的工作流程，重点研究BIM虚拟技术在铁路隧道施工中的应用情况和效果，以供参考。

关键词：BIM虚拟技术；铁路隧道施工；应用

1引言

近年来随着我国经济的发展以及铁路事业的发展，我国的铁路工程建设和通车里程不断提高，为促进我国国民经济的发展和人们生活水平的提高有着重要作用。在铁路工程施工中，隧道施工比较常见且通常具有较大的工程量和施工难度，而且在隧道施工工程中较为狭窄的施工空间中还具有较多的风险因素，所以在隧道施工中进行进度、质量、成本、安全等管理工作的开展则具有较大的难度。在目前全球已经进入信息时代的背景下，BIM技术等先进技术也应用于铁路隧道工程施工中，不仅解决了隧道施工中存在的问题，而且提高了施工效率、质量与安全，取得了较好的成果。

2铁路隧道的BIM应用模式

2.1设计BIM建模

在铁路隧道施工中采用BIM技术，首先要进行隧道工程的建模工作，此工作较为繁琐，也是在隧道施工中采用BIM技术的重要环节，对其应用效果起着决定性的作用。但是在进行隧道施工工程建模的过程中，由于不同的隧道工程具有不同的地形和地质特点，其对隧道施工也会产生不同的影响，需要在建模过程中对影响施工的各种因素进行充分考虑，并从以下两个方面进行建模工作的开展。一是进行地形地质模型的建立。在此模型中就可以进行虚拟场景的布置和对设计进行优化。二是进行隧道建筑模型的建立。此模型对整个施工过程的开展以及模拟有着重要作用。在上述模型建立完成之后，工作人员还需要对施工线路中的实际相关数据进行整理和分析，并根据一定的关系将其在此模型中的地理空间中进行整合，这样就完成了对虚拟施工环境的设计，且可以避免单一模型在信息处理过程中出现问题。

2.2 BIM模型结构

在铁路隧道施工中采用BIM技术时，众多因素会对BIM模型的应用效果产生影响，容易导致在进行虚拟施工中与实际施工存在较大的偏差，从而对实际施工中具体施工方案的制定造成干扰。而且此模型的应用效果不佳或存在偏差还会对隧道施工的后续施工环节造成较大的影响，从而对隧道施工整体造成影响。这就需要设计和施工单位之间进行沟通和协调，对模型建立中的编码规则、构件命名以及构件信息粒度等因素按照一定的标准进行统一。所形成的建模规则为：一是对于导管、中控锚杆以及砂浆锚杆来说，其建模单元采用1榀的组件形式，相邻2榀呈梅花状布置。二是对于型钢钢架以及格栅钢架来说，其建模单位采用榀的组件形式，包含锁脚锚杆、节点连接板以及节点螺栓等。三是对于喷混凝土以及钢筋网来说，其建模单元采用循环开挖进尺长度，不同围岩级别的循环开外进尺长度差别较大，一般为0.5～3.5m。四是对于仰拱填充、底板、仰拱以及仰拱部防水板来说，其建模单位采用仰拱合车或末班的建筑长度，一般为6～8m。五是对于无砟轨道基础、中心盖板沟、侧沟沟槽等来说，其建模单元采用模板的建筑长度，一般为6～8m。六是对于拱墙及拱墙部防水板来说，其建模单元采用二衬台车的建筑长度，一般为10～12m。七是对于复合式衬砌隧道轮廓设计来说，其建模单元主要由多个圆构成，即圆的数量一般为3～4个。

3 BIM模型在项目全周期内各参建方的组织關系及对接流程

在铁路隧道施工管理中采用BIM虚拟技术时主要是从施工管理中的建设、设计雨季施工三个不同单位的角度进行，而且需要在BIM虚拟技术的应用过程中，三者要共同参与和相互配合，其应用流程为：一是对于建设单位来说，其主要责任是对整体工程项目进行协调，然后对设计单位以及施工单位的具体责任进行明确。二是对于设计单位来说，其主要作用就是使用BIM虚拟技术进行上述模型的建立，然后通过模型对整个工程情况进行全面展示，并对设计中存在的问题进行处理和优化。三是在上述工作完成之后，设计单位将BIM模型以及设计交付施工单位进行实际施工工作的开展，在隧道施工开始之前，需要采用BIM虚拟技术利用模型进行施工全过程的动态模拟，并针对模拟中发现的问题对施工方案进行相应的调整和优化，然后利用BIM系统开展隧道施工以及管理工作，并且在施工完成之后，施工单位需要将施工工程以及竣工的BIM模型移交给建设单位。

4 BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的具体应用

以某铁路隧道施工为例，其全长为12486m，而且地形地貌较为复杂，并具有较大的施工难度，所以为了加强对施工全过程的管理，决定采用BIM技术在此工程施工中应用，并且主要应用于施工中的开挖、衬砌、仰拱以及桥隧结合处等重点施工环节，且对以上环节进行建模分析和动态模拟。

4.1 4D虚拟施工及优化

在进行铁路隧道施工之前，首先进行施工组织计划的制定，并且将此计划与BIM技术中所建立的3D模型进行结合，从而形成4D的隧道施工信息模型。在利用BIM技术中的4D虚拟模型进行隧道施工的过程中，由于模型中的施工工序和任务都已经进行了标注，所以在应用中此模型系统就可以与实际施工中的项目模型构件进行自动关联，然后在显示屏幕中以3D图片或动画的形式进行隧道施工全过程的展现。在利用BIM技术的4D模拟技术的同时，工程施工管理者和决策者就可以通过可视化的画面进行全过程的检查，对其中相应的问题上进行处理和改进，并对相应的施工方案进行优化，对整体的施工进度进行调整。

4.2工程可视化管理

在采用BIM虚拟技术进行铁路隧道施工中，不仅可以进行施工过程的模拟和施工方案的优化，而且将项目的所有施工信息通过BIM软件进行信息共享，项目管理者可以通过BIM软件随时查看工程施工进度，相关的质量检查以及技术负责人员也可以随时检查相关施工是否符合标准要求，并对施工中实际发生的问题进行解决方案的沟通和决策。在以上过程中，由于BIM将工程所有的信息进行共享，技术以及管理人员只需要通过手机或者电脑中的相关软件就可以随时查看相应的构件模型以及工程信息，甚至包括材料信息、设备信息和验收标准等，所以大大提高了技术和管理人员的工作效率，可以有效确保施工质量。

4.3施工安全控制

铁路隧道施工中的安全问题也一直是人们关注的重点，在采用BIM虚拟技术进行构件模型建立之后，通过对每天施工进度的上传来对施工状态进行动态跟踪，从而实现对施工进度的管理，与此同时，还可以在软件上显示起始和终止内工程段的掌子面、仰拱开挖进尺等各项施工信息，所以可以实现对施工全过程的实时动态监测，而且可以通过对关键施工环节中相应安全风险预警值的设置，在相关安全管理数据超出标准之后就会发出报警，从而有效提高施工过程中的安全管理效果。

5结语

由于铁路隧道施工通常具有较大的施工难度、施工风险和施工工程量，所以在相关技术的发展过程中，将BIM虚拟技术应用其中，可以利用其4D虚拟施工技术对施工方案进行优化，并且通过其可视化的功能实现管理水平的提升以及对施工全过程进行动态监控，实现对施工进度和施工安全的全面控制，全面提升铁路隧道施工的质量和安全。

参考文献：

[1]赵璐，翟世鸿，陈富强，等. BIM技术在铁路项目隧道施工中的应用研究[J]. 施工技术，2016，45（18）：10-14.

[2]王潇潇，姬付全，卢海军，等. BIM虚拟技术在铁路隧道施工管理中的应用[J]. 隧道建设（中英文），2016，36（2）：228-233.