趙 敏

中國水利水電第十一工程局有限公司（450000）

1 工程概況

某公路隧道工程位于復(fù)雜丘陵地帶，隧道長度為750 m，地質(zhì)勘查報告顯示，公路隧道工程擬建地的地質(zhì)情況相對復(fù)雜，存在風(fēng)化巖、軟塑土體、地下水，為保證工程安全及施工安全，采用復(fù)合襯砌體系， 并借助于BIM 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的施工管理。

2 BIM 模型建模規(guī)劃以及施工管理方法

2.1 模型構(gòu)件編碼

應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工管理，以“BIM 模型為核心”制訂、優(yōu)化管理措施。本工程遵循公路隧道設(shè)計(jì)原則，考慮到工程中不同構(gòu)件的受力情況、相對圍巖級別、襯砌結(jié)構(gòu)類型等，對隧道的模型構(gòu)件進(jìn)行合理的命名，從而為工程施工奠定基礎(chǔ)。 構(gòu)件的編碼采用“構(gòu)件種類、對應(yīng)圍巖級別、襯砌方式”的形式，從而保證施工管理人員能夠快速、準(zhǔn)確地認(rèn)知模型。 為體現(xiàn)構(gòu)件對象在BIM 平臺中的唯一性，構(gòu)件編碼應(yīng)該涵蓋工程建設(shè)基本信息。具體的構(gòu)件命名規(guī)則為： 公路隧道工程名稱首字母+公路隧道構(gòu)件類型的首字母+對應(yīng)圍巖級別首字母+公路隧道構(gòu)件襯砌具體種類。如本工程復(fù)合襯砌隧道體系中的超前注漿小導(dǎo)管，其種類就為SA5a，構(gòu)件的代碼具體為LX-CQXDG-SA5a-263，其中LX 標(biāo)識工程名稱，SA5a 標(biāo)識對應(yīng)圍巖等級，SA5a 標(biāo)識構(gòu)件的具體種類，263 表示構(gòu)件的基本參數(shù)[1]。

2.2 BIM 構(gòu)件精度

BIM 構(gòu)件精度主要是指構(gòu)件模型的精細(xì)化程度，在“LOD”等級規(guī)則中，BIM 模型的精度被認(rèn)定為100/200/300/400/500 五個等級。 本工程的BIM模型精度基于“LOD”等級確定，同時針對工程建設(shè)的各個階段，將BIM 模型的精度進(jìn)一步細(xì)化，以保證BIM 模型能夠詳細(xì)表現(xiàn)出各個階段不同的信息，滿足各個階段施工管理的要求。

BIM 技術(shù)不同于常規(guī)的CAD 技術(shù)及3DMAX效果圖，其本質(zhì)是一個由多元化信息構(gòu)成的信息綜合體，然后以BIM 3D 模型的方式表現(xiàn)出來，模型構(gòu)件對應(yīng)一套完善的三維圖紙。 一般情況下，BIM 模型可分為特定BIM 模型或常規(guī)BIM 模型， 常規(guī)的BIM 模型能夠直接在數(shù)據(jù)庫中找到并調(diào)用，通過設(shè)置完善的參數(shù)來對模型進(jìn)行控制，以揭示模型本身的實(shí)用性及獨(dú)特性。特定的BIM 模型則需要施工管理人員根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際施工情況構(gòu)建。 本工程完全參考我國現(xiàn)行的公路隧道工程施工規(guī)范、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及工程施工組織設(shè)計(jì)方案等，根據(jù)隧道構(gòu)件的功能劃分多種BIM 模型構(gòu)件，并對BIM 模型構(gòu)件的空間形狀、信息屬性進(jìn)行界定。

以隧道主體結(jié)構(gòu)為例，其常規(guī)構(gòu)件涵蓋錨噴體系錨桿、管棚、隧道檢修道口、排水體系、中央排水管、工字鋼拱架等，設(shè)備主要包括信號燈等，在工程建設(shè)的過程中，根據(jù)實(shí)際情況來協(xié)調(diào)各類機(jī)械設(shè)備的施工空間需求是保證施工質(zhì)量、施工效率、施工安全的主要手段。 以“施工組織設(shè)計(jì)方案”為基礎(chǔ)，在施工前期，根據(jù)隧道的掘進(jìn)施工配置挖掘機(jī)及混凝土攪拌機(jī)、渣土運(yùn)輸車、除渣車等，將公路隧道建設(shè)過程直觀化，模擬展現(xiàn)出工程建設(shè)過程中人員調(diào)配的實(shí)際情況及設(shè)備的使用情況，揭示出在不同工藝條件下的施工安全性、施工效率，檢查交叉施工過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題，實(shí)現(xiàn)施工組織設(shè)計(jì)方案的全面優(yōu)化， 減少工程中可能會發(fā)生的沖突，消除安全事故隱患。

2.3 隧道參數(shù)集成BIM 模型構(gòu)建

本工程BIM 模型主要涵蓋環(huán)境模型、隧道圍護(hù)模型、施工設(shè)施模型。 環(huán)境模型主要為地質(zhì)模型，用于布置虛擬施工場景，在地質(zhì)模型中納入地質(zhì)信息等參數(shù)，用于支持施工組織方案的優(yōu)化；隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型及施工設(shè)施模型，主要用于施工過程控制及施工過程模擬。 具體分為：隧道環(huán)境模型、工程地表模型、支護(hù)結(jié)構(gòu)模型、防水排水模型。

公路隧道工程本身具有一定的隱蔽性，公路隧道施工會受到周邊水文地質(zhì)、地形、地層條件的影響，同時施工活動也會導(dǎo)致這些因素發(fā)生一定的變化。 根據(jù)公路隧道前期地質(zhì)情況勘查報告，通過構(gòu)建地層模型及地形模型，針對公路隧道的橫斷面，用顏色、花紋等表現(xiàn)形式來區(qū)分不同地層信息，同時結(jié)合現(xiàn)場照片一一對照，施工人員在施工的過程中就能夠直觀地得出周邊環(huán)境的信息數(shù)據(jù)；隧道圍護(hù)模型及公路隧道主體結(jié)構(gòu)形成在不同圍巖條件下的橫斷面體系，在施工的過程中，基于BIM 技術(shù)拾取各個部分的結(jié)構(gòu)模型，形成虛擬化的施工方案，主要通過構(gòu)建隧道的主體結(jié)構(gòu)，整合組裝各個BIM 模型庫，在不同的BIM 構(gòu)件組合下，就可形成一個相對完善的公路隧道結(jié)構(gòu)橫斷面圖。 公路隧道工程本身有著突出的線性特征，且在不同地質(zhì)條件下、不同水文條件下，施工的控制點(diǎn)存在一定的差異。 本工程充分分析周邊的實(shí)際情況，分階段擬合隧道模型，得到完善的主體結(jié)構(gòu)，然后對不同階段的施工方法、安全控制方法進(jìn)行調(diào)整，以確保工程建設(shè)的順利推進(jìn)；施工設(shè)備的BIM 模型構(gòu)件主要包括模板、機(jī)械設(shè)備等，是輔助施工管理人員設(shè)計(jì)施工方案的關(guān)鍵要素，如上文所述，施工管理人員以施工組織設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)， 確定各個施工范圍內(nèi)的施工設(shè)備，同時對施工半徑內(nèi)的施工情況進(jìn)行建模，得出在施工作業(yè)過程中的空間分布情況，以便于在實(shí)際施工的過程中對人員、設(shè)備、材料的擺放位置進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到提高現(xiàn)場周轉(zhuǎn)率、施工效率的現(xiàn)實(shí)目的；根據(jù)前述方法及BIM 模型的命名方式集成施工模型、環(huán)境模型、設(shè)備模型，整合地理坐標(biāo)信息及隧道里程信息，得出一個貼近公路隧道工程建設(shè)實(shí)際情況的虛擬化環(huán)境。

3 基于BIM 技術(shù)的施工管理優(yōu)化

本工程的施工過程較為復(fù)雜，涵蓋鉆孔、爆破、土石方、土體監(jiān)測、材料運(yùn)輸、復(fù)合襯砌、防水、排水、路基施工、路面施工等，是一個多專業(yè)交叉施工的復(fù)雜體系。 現(xiàn)場環(huán)境相對復(fù)雜，表現(xiàn)出一定的不確定性，在施工管理方面，容易遭遇時間、空間方面的沖突問題，甚至有可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。 并且，開挖、支護(hù)相關(guān)的地質(zhì)勘查資料表現(xiàn)出一定的離散性，地質(zhì)勘查報告中的內(nèi)容可能和實(shí)際情況存在一定的差異，所以需要根據(jù)超前的施工狀況分析來實(shí)現(xiàn)施工管理優(yōu)化。

基于BIM 技術(shù)的施工管理優(yōu)化，主要依靠仿真模型表現(xiàn)出的施工空間、時間維度信息，根據(jù)時間進(jìn)度的推移來判斷施工過程中各項(xiàng)資源的使用情況及各個部位的施工情況，具體方法為：1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，完善BIM 模型，賦予BIM 模型唯一的施工工序信息、屬性參數(shù)信息、質(zhì)量信息；2）根據(jù)施工進(jìn)度和現(xiàn)場人力物力的供應(yīng)情況， 利用BIM 平臺中的project 功能，調(diào)出與每個施工工序相關(guān)的任務(wù)項(xiàng)數(shù)據(jù)源，其中涵蓋施工開始時間、完成時間、任務(wù)名稱等多個方面的信息；3）采用Autodesk Navisworks 相關(guān)工序時間信息內(nèi)容，完善涵蓋工程進(jìn)度的4D BIM模型，在虛擬仿真過程中推斷工程的進(jìn)展，找出可能會出現(xiàn)的碰撞問題， 有針對性地采取優(yōu)化措施，公路隧道工程本身的隱蔽性極為突出，但采用BIM技術(shù)就能夠在施工前實(shí)現(xiàn)超前的預(yù)報；4）施工前，針對復(fù)雜的技術(shù)方法及難以直觀描述的施工過程，利用BIM 平臺進(jìn)行施工技術(shù)交底；5）施工過程中，各參建方可利用BIM 平臺直觀地溝通工程中存在的復(fù)雜性問題，進(jìn)行全面的磋商、研究，找出相應(yīng)的解決方案；6）在施工現(xiàn)場的安全風(fēng)險點(diǎn)，設(shè)置監(jiān)控裝置，同時將其連接至BIM 平臺，施工管理人員可通過BIM 平臺實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的有效監(jiān)控，規(guī)避安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，BIM 技術(shù)用于公路隧道工程， 能夠解決因公路隧道工程的隱蔽性而導(dǎo)致的諸多問題，并將工序、工期等信息直觀地展現(xiàn)出來，便于施工管理人員優(yōu)化管理措施，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場人力物力的有效調(diào)控，達(dá)到確保施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工安全的目的。