BIM开启隧道应用模式

随着项目的不断进行和开展，采用新技术以提高工程建设的质量、缩短过程建设周期、控制投资成本的需求日益增加，而BIM技术在建筑行业的成功应用给铁路行业带来很好的启发。目前BIM设计在规范标准制定和设计软件定制等方面仍处于起步阶段。为了探索BIM技术在铁路行业的应用之路，中国铁路总公司选定几个试验段进行BIM技术的尝试。今天我们要说的就是在铁路隧道中的BIM应用尝试。

1 前期调研与技术准备

1.1 制定信息编码

BIM数据标准和实施标准包含以下要点：

(1)是不同软件之间可以自动进行信息交换的数据标准。

(2)是所有软件都支持的中间文件，软件之间的信息交换通过该中间文件来实现。

(3)该数据标准应具有两大特征，公开的标准(支持所有软件)、结构化的标准(支持自动交换)。

(4)该数据标准由数据存储标准、信息传递标准、信息语义标准3部分组成。数据存储标准解决格式兼容的问题，信息传递标准解决有序沟通的问题，信息语义标准解决语义统一的问题。

1.2 确定软件平台

由于BIM技术并非起源于铁路行业，因此现在所能购买到的BIM设计类软件全都无法完全适应铁路行业的应用。首先需要软件平台具有较好的开放性，拥有较强的用户定制及自主开发能力，并能允许不同专业间的多专业协同设计；其次由于铁路工程体量较大，需要软件平台具有较强的大数据处理能力。

2 建立实体模型

2.1 隧道骨架线

采用骨架建模思路，即在项目开始阶段首先确定工程骨架线，然后以骨架线为基础搭建实体模型。由于铁路工程的带状特征，选取线路左线作为骨架线较为合理。线路左线根据各专业间缺口里程，划分一级骨架线，各专业再将一级骨架线根据内部需要划分为二级或三级骨架线，用来定位实体模型。

2.2 参数化工程模板

为了减少重复建模工作量，需将已建好模型制作为工程模板，即通过建立带有逻辑关系的模板将一类模型归纳，并通过不同实例化输入条件和参数适应不同的边界条件。

由于隧道工程中不同围岩条件会对应不同的设计参数，如初支、二衬厚度、钢筋直径等，因此参数化就成为工程模板建立过程的重要步骤，而在同一模板中控制不同设计参数的方法就是参数化设计。钢筋设计中常用的设计参数都已经在结构树上罗列，可供设计者直接选取修改。

参数化设计中的参数可以分为两类：一类为本构件设计者直接设计的参数，如图3中内外侧保护层厚度及各类型钢筋直径及间距；第二类为非本构件直接设计参数，如图3中二衬厚度和仰供厚度，属于其他构件设计参数，需要在本构件中引用。此类参数设计者无需修改将会自动参照等于指向构件的设计参数，如二衬厚度会直接与二衬构件中设计者设定的厚度参数相等。

隧道专业目前所有模板遵循数据同源准则，提高效率的基础上也保证了数据准确性。

3 专业间协同设计与专业内协同设计

3.1 专业间协同设计

目前铁三院采用的方式是：将需要进行交流的资料发布在专业间节点以实现资料共享。通过发布的命令可有效将专业内的修改及与其他专业的沟通很好地分割开来。只有在修改完成后更新发布，才会对其他专业产生影响。目前该模式仍具有一定局限性。如各专业更新自己的发布对其他专业并没有实时通知，需要大量口头交流。另外，专业内部修改会引起整个工程或其他专业怎样的变化，会不会导致下序专业模型无法更新等问题，由于经验不足尚未完全得到解决。

3.2 专业内协同设计

专业内协同设计通过用户角色确定，由负责人将任务分配给各设计者，各设计者可任意打开浏览所有节点，但只能对自己负责的节点进行修改和保存。隧道专业独自编制了一个可以包含隧道设计所需绝大多数参数的Excel表格。所有设计参数按要求格式在表格中选择或填写，各模板或模型所需数据全部来自该设计表格，做到了数据同源。

当数据量庞大时，Excel难以进行高效管理，只能依靠设计者的经验进行管理。且Excel表格在设计时更加容易出错。

4 BIM技术对设计工作的作用

从设计角度来看，BIM技术对于设计工作的提高主要表现在两方面，一是提高设计效率，二是提升设计质量。目前，BIM设计效率相比传统二维设计还有较大差距，但可以预见通过模板库和设计流程的不断完善，效率也会逐步提高。从提升设计质量来讲，目前最大的进步在于，隧道洞门处边仰坡刷坡与地形的相互关系同传统二维设计相比，更加准确。

如图5所示，由于在传统二维设计中，洞口边仰坡刷坡边界由设计者根据经验估计得出，往往与实际相差较大，特别是在坡率较陡的位置。图中所示刷坡为采用BIM设计的刷坡情况，截水天沟为二维设计中的天沟位置，很明显可以看出在红色虚线部位两者发生了干涉碰撞。

BIM设计方法在洞门位置选择方面也可以提供比二维设计更加方便准确的设计思路。如图6所示，图a为阳大铁路南岭隧道进口洞门二维设计原始位置，图b、图c分别为洞门位置向外移5m、10m两种情况。通过将洞门刷坡做成模板的方式可以一次性快速将某一位置的刷坡显示出来。之后通过参数调整使刷坡沿线路前后移动，并显示对应刷坡情况。可以清晰看到不同洞口位置所对应的刷坡情况，有效指导洞门位置的选择。

5 存在问题

(1)模板库建立尚不完善。不同运行时速、不同支护方式的相互交叉会造成模板库中待建模板的工作量非常巨大。

(2)工程量自动计算仍无法达到工程要求。京沈客专试验段仅对部分构件进行了试验。结果输出的工程量虽然较为准确，但输出格式不符合工程要求，为平铺式罗列(图7)。与实际应用的工程量表格(图8)有较大差距。

结束语

以京沈客专李家梁隧道为例，阐述目前BIM技术在铁路行业应用取得的成果及存在的问题。在短期内，BIM技术急需解决的问题应该是提高工作效率及工作质量，只有让使用BIM技术的人员意识到BIM技术带给自己的提高和便利，才会使更多的人主动学习并使用BIM技术，才能将BIM技术深入推广开来。