带你走进BIM技术在铁路隧道三维设计中的应用

铁路建设并不是一件容易的事。在地球上，山地面积占陆地面积的三分之一，而我国山地面积占国土面积三分之二以上。工程师们费尽心思采用各种方法来满足铁路建设的需要。铁路隧道，无论是贯通高山或是潜入深水，都可以称得上是引人瞩目的工程壮举。

铁路隧道：修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为：山岭隧道、水下隧道和城市隧道。

世界著名铁路隧道

自1826年英国在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770m的泰勒山单线隧道和长2474m的维多利亚双线隧道以来，世界各国相继修建了大量铁路隧道。下面小编带您欣赏一些著名的铁路隧道。

雷塔恩铁路全长120km，穿越阿尔卑斯山区100多座隧洞和桥梁，被称为“世界最奇妙的高山旅游线路之一”。

雷塔恩铁路上一列火车驶出隧道

2016年6月1日，全球最长和最深的铁路隧道——圣哥达隧道在瑞士开通，该隧道长度达57km，最深处可达圣哥达山体下方2300m。

瑞士圣哥达隧道入口

日本青函隧道是世界最长的海底隧道，穿越日本本州岛与北海道岛之间的津轻海峡，全长53.85km。

日本青函隧道地理位置

我国铁路隧道

我国幅员辽阔，高原起伏、群山连绵、崇山峻岭密布。为发展铁路建设，我国修建了许多高难度隧道。

中国有多少隧道？

我国公路、铁路隧道总长约2万公里，各类水下隧道总长超过1万公里。如果加上在建和纳入规划的，中国隧道总里程可绕地球赤道一周有余，规模和建设速度均居世界第一。

中国隧道有多牛？

世界上海拔最高的铁路隧道、世界上最长的湖底隧道……从高原到溶洞，从江底到海底，条条“长龙”钻山入海，是中国隧道建设水平跨入世界前列的无字丰碑。

风火山隧道位于青藏高原腹地，可可西里“无人区被称为生命的禁区”边缘，介于昆仑山与唐古拉山之间，全长1338m，进口轨面海拔4905m，是目前世界上海拔最高的铁路隧道。

风火山铁路隧道

北京在建地铁14号线东风北桥站，直径10m的隧道不断地延伸。这是国内最大的地铁隧道，高度相当于3层楼，可同时容纳往返两列列车行驶。

北京14号线地铁隧道

基于BIM的铁路隧道三维设计

随着我国铁路行业的发展，铁路隧道工程越来越注重投资的控制、设计的缜密、施工的安全和运营的高效，逐渐转向低碳、环保、可持续的方向发展。将BIM和三维设计技术有效结合并应用于铁路隧道设计阶段，以提高设计单位核心竞争力是必然的发展方向。

铁路隧道工程中BIM可定义为：“利用信息模型对铁路隧道项目进行规划、设计、施工、运营的过程。模型包含了项目所有的几何尺寸、空间关系、结构功能和性能等信息，项目不同参与方应共同维护该模型，并基于相关信息进行协同工作”。

铁路隧道工程BIM模型6大特点

BIM在三维设计中的技术路线

BIM技术的应用并非单一软件平台的运用，而是多软件的协作，并要求信息模型能在各软件之间无损交换、无缝链接，因此可选择同系列的软件相互配合以实现BIM技术的应用。

ENOVIA：协同管理平台，负责全生命周期内信息协调和数据管理

CATIA：产品设计平台，用于设计阶段建立三维模型

DELMIA：仿真应用平台，用于对施工工法的动态仿真和施组计划的制作

3DVIA：三维展示平台，用于设计模型的轻量化展示等

BIM技术在三维设计中的技术路线

>>>>模型建立

铁路隧道三维设计中的模型建立工作主要包括：地质三维建模、三维选线和隧道三维建模。

其中，三维建模的技术方法包括：骨架继承、参数设置、草图绘制、模型建立。

Ve型洞身初期支护实体模型

Ve型洞身二次衬砌实体模型

>>>>信息附加

信息是BIM模型的灵魂，脱离了信息的三维模型不能称之为BIM模型，附加的信息主要包括几何信息和非几何属性。

属性附加信息

>>>>工程量计算

在建立三维模型并设置好参数的基础上，实现隧道正洞、辅助坑道、附属洞室等工程量的自动统计与输出，可有效提高设计的效率和精度。

铁路隧道洞口三维工程量统计

>>>>二维出图

我国相关法律法规对二维工程图已有明确的规定，但尚欠缺对三维模型的规范，所以现阶段在推行BIM三维设计时必须同时形成具有法律效应的二维设计文件。因此，二维工程图与三维模型的联动与输出不仅能满足现阶段出图需要，还可极大程度地提高设计单位的工作效率与精度，为BIM 三维设计技术的推广提供保障。

隧道衬砌断面二维出图

研究铁路隧道BIM基本理念，可为后续实现三维设计奠定坚实的理论基础。BIM技术以数字化、信息化和可视化的方式提升了铁路隧道设计阶段的精度和深度，实现了设计文件的方案优化与碰撞检测。