趙海濤

（北京建工路橋集團(tuán)有限公司，北京 100123）

0.引言

BIM技術(shù)是基于三維建模，將工程項(xiàng)目建設(shè)延伸至項(xiàng)目施工管理、項(xiàng)目進(jìn)度管理、項(xiàng)目成本管理和項(xiàng)目質(zhì)量管理等諸多內(nèi)容，構(gòu)建包含全部信息的科學(xué)的三維模型，探究BIM技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用具有重要理論意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1.BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

眾所周知，隧道工程施工是涉及范圍較廣和涉及內(nèi)容較多的全過(guò)程高度變化的重要系統(tǒng)工程，尤其是礦山法施工的鐵路隧道，其復(fù)合式襯砌工程往往具備作業(yè)面劃分復(fù)雜、工作流程轉(zhuǎn)換困難以及不同工作面之間交叉施工等諸多性質(zhì)，對(duì)隧道工程現(xiàn)場(chǎng)管理中的進(jìn)度管控、成本核算、技術(shù)交底以及工程量、價(jià)核算等有著諸多要求。目前，采用二維橫道圖方式展示隧道工程施工進(jìn)度形象的管理手段，并不能夠真正呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工管理中不同施工工序和施工工作面之間的空間關(guān)系，也難以準(zhǔn)確表達(dá)不同施工工作面之間的動(dòng)態(tài)化施工過(guò)程。BIM技術(shù)能夠憑借其可視化的虛擬仿真技術(shù)，應(yīng)用三維可視化的數(shù)字模型和數(shù)字仿真技術(shù)的模擬，以隧道工程在整個(gè)施工過(guò)程中的所有三維信息和進(jìn)度、質(zhì)量、材料數(shù)據(jù)等非三維幾何信息，通過(guò)創(chuàng)建工程結(jié)構(gòu)的建筑信息模型，將隧道工程基礎(chǔ)體量、施工方案、施工進(jìn)展等進(jìn)行可視化的展現(xiàn)，同時(shí)能夠在信息模型中加入時(shí)間維度和成本維度，而模擬整個(gè)施工工藝流程，實(shí)現(xiàn)工程施工的創(chuàng)新性發(fā)展。

2.BIM技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

清水1#隧道工程為國(guó)道109新線高速公路上的隧道工程，位于北京市門(mén)頭溝區(qū)清水鎮(zhèn)內(nèi)，為雙洞雙線隧道，全長(zhǎng)2.8km，隧道圍巖及洞身穿越地層主要為第四系坡洪積碎石及強(qiáng)風(fēng)化侏羅系髫髻山組安山巖、角礫熔巖、火山碎屑巖等。巖體為較硬巖，完整程度為較破碎～破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，切割巖體呈塊體狀，圍巖分別為Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí)，根據(jù)地質(zhì)及圍巖等級(jí)情況隧道V級(jí)圍巖采用CRD法施工，IV級(jí)圍巖采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工，Ⅲ級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階法施工，隧道斷面129m2～162m2，采用復(fù)合式襯砌支護(hù)。

2.2 BIM建模要求

在清水1＃隧道工程施工建筑信息模型的構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持一個(gè)信息模型、一個(gè)管理平臺(tái)和多個(gè)不同模塊融合的基本建模理念，對(duì)建筑信息模型在隧道工程設(shè)計(jì)施工以及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行最大限度的探索和實(shí)踐。為保證清水1＃隧道工程施工模型構(gòu)建與二維施工圖信息的高度吻合，滿(mǎn)足后續(xù)隧道工程施工BIM關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的基本需要，在此過(guò)程中應(yīng)對(duì)BIM技術(shù)的建模精度、命名規(guī)則、編碼規(guī)則等進(jìn)行約定。在清水1＃隧道工程建模精度分析時(shí)，建模精度作為建筑信息模型幾何數(shù)值的直觀表現(xiàn)，其全面性、數(shù)據(jù)吻合性、細(xì)致程度以及準(zhǔn)確性等指標(biāo)，是建筑信息模型能否得到高效應(yīng)用的重要體現(xiàn)。結(jié)合清水1＃隧道工程現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)和地理?xiàng)l件，構(gòu)建融合襯砌結(jié)構(gòu)形式、地理地形特質(zhì)、施工工藝流程和施工工作面線路劃分等諸多內(nèi)容的建筑信息模型，創(chuàng)造以鋼筋網(wǎng)片、連接筋、二次襯砌鋼筋等融為一體的全方位模型。在此過(guò)程中，模型構(gòu)建應(yīng)保證建筑信息模型精度達(dá)到施工圖深化設(shè)計(jì)階段的具體要求。

例如，在清水1＃隧道工程的支護(hù)模型搭建時(shí)，應(yīng)精確將模型細(xì)分到現(xiàn)場(chǎng)工程施工的任意流程，保證循環(huán)鋼結(jié)構(gòu)工程、二次襯砌模型的行間距離以及不同模板中的模板長(zhǎng)度、尺寸等諸多方面符合模型搭建，使不同構(gòu)件能夠按照其預(yù)期設(shè)計(jì)尺寸、空間位置以及材質(zhì)等諸多信息，搭建出完整的建筑信息模型，從而構(gòu)建隧道工程信息模型，融合所有構(gòu)件的幾何信息和非幾何信息。就該隧道工程的模型構(gòu)建命名和編碼規(guī)則而言，不同隧道施工工藝應(yīng)針對(duì)其周?chē)鷩鷰r級(jí)別的不同而選擇不同的襯砌結(jié)構(gòu)類(lèi)型，使隧道工程模型構(gòu)建于二維平面圖紙中，保證其名稱(chēng)、高度吻合，從而將同一類(lèi)型的構(gòu)件統(tǒng)一命名，方便后續(xù)工程施工的順利推進(jìn)。在清水1＃隧道工程的施工過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合隧道工程施工特點(diǎn)，統(tǒng)一符合隧道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)原則的命名規(guī)則，使其能夠在不同利益相關(guān)方之間得到信息的最大化共享。

2.3 BIM關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

鑒于清水1＃隧道工程具備施工條件復(fù)雜、地質(zhì)環(huán)境影響因素多等特征，因此引入BIM技術(shù)研究該隧道工程施工過(guò)程中可能涉及到的進(jìn)度管理紅線、安全風(fēng)險(xiǎn)管理、質(zhì)量管理等諸多難題，實(shí)現(xiàn)該隧道工程施工的安全高效，使不同專(zhuān)業(yè)和不同工作面之間能夠達(dá)到協(xié)同工作，達(dá)到降低工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)、提升工程施工質(zhì)量和降低工程施工成本的最終目標(biāo)。在此過(guò)程中，BIM技術(shù)可著重體現(xiàn)于三維可視化交底應(yīng)用、可視化進(jìn)度管理應(yīng)用以及動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)三維預(yù)警應(yīng)用和三維質(zhì)量管理應(yīng)用等諸多方面[1]。以BIM技術(shù)平臺(tái)的進(jìn)度可視化管理問(wèn)題為例分析清水1＃隧道工程施工進(jìn)度管控可知，其施工進(jìn)度日志報(bào)表想要實(shí)現(xiàn)不同參與方之間的全過(guò)程動(dòng)態(tài)化管控和進(jìn)度實(shí)時(shí)分析對(duì)比，便于工程項(xiàng)目施工過(guò)程中人力資源安排、設(shè)備機(jī)具材料調(diào)配、大宗材料機(jī)械采購(gòu)租賃以及現(xiàn)場(chǎng)材料堆放等的高效率管理，保證隧道工程施工相鄰施工工序之間的協(xié)調(diào)安排，為其提供更加可靠的數(shù)據(jù)支撐，最大限度保證工程施工進(jìn)度順利達(dá)成，其可視化進(jìn)度管理界面如圖1所示。

圖1 可視化管理界面

在此過(guò)程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在進(jìn)度預(yù)演、進(jìn)度分析以及進(jìn)度預(yù)警3大方面，以進(jìn)度分析為內(nèi)容分析可知，基于BIM技術(shù)平臺(tái)的模型構(gòu)建，能夠通過(guò)工作任務(wù)分解，將清水1＃隧道工程的進(jìn)度信息與三維建筑信息模型高效率結(jié)合，構(gòu)建三維電子施工日志以及施工組織計(jì)劃對(duì)比分析，判斷該工程隧道施工是否存在工期超前或工期滯后等問(wèn)題[2]，針對(duì)性分析實(shí)際工期與預(yù)期計(jì)劃產(chǎn)生偏差的原因，形成進(jìn)度分析報(bào)告，為后續(xù)的工程作業(yè)輔助決策的制定提供數(shù)據(jù)支撐。

3.應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

BIM信息模型能夠通過(guò)對(duì)隧道工程施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)化模擬，以三維數(shù)字信息模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二維平面圖紙，有效解決二維平面圖紙技術(shù)交底過(guò)程中可能存在的信息遺漏、效率低下甚至技術(shù)攻克等諸多難題，使隧道工程施工團(tuán)隊(duì)早早將設(shè)計(jì)圖紙中存在的不足之處一一指出，防止隧道工程施工過(guò)程中出現(xiàn)大范圍的設(shè)計(jì)變更或施工返工問(wèn)題，節(jié)約工程施工成本，縮短工程施工工期，以提升隧道工程施工質(zhì)量。

另一方面，BIM技術(shù)平臺(tái)的應(yīng)用，能夠借助建筑信息模型對(duì)隧道巖體周邊一定范圍內(nèi)的圍巖情況進(jìn)行更詳細(xì)、更精確的了解，在此基礎(chǔ)上形成對(duì)比分析表，記錄隧道工程施工的安全管控過(guò)程[3]。最后，搭建的BIM參數(shù)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)管理效率的快速提升，提高場(chǎng)地利用效率和減少大宗材料機(jī)械設(shè)備的二次搬運(yùn)。

4.結(jié)語(yǔ)

在隧道工程的施工過(guò)程中，能夠借助BIM技術(shù)建立以工程結(jié)構(gòu)實(shí)體對(duì)象為基礎(chǔ)內(nèi)容的三維信息模型，對(duì)隧道工程施工組織方案、施工工藝流程以及隧道內(nèi)部細(xì)微構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的全過(guò)程模擬，輔助隧道工程施工方案的優(yōu)化，高效率核算工程施工中的量?jī)r(jià)參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整隧道工程施工的資源配備過(guò)程，提高施工團(tuán)隊(duì)的成本管控能力，為管理決策者提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，促進(jìn)隧道工程施工方案的優(yōu)化以提升經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。