铁路隧道工程中BIM技术的应用 - 滑模施工|筒仓滑模|滑模公司

当前位置：首页 - 新闻信息 - 铁路隧道工程中BIM技术的应用

	铁路隧道工程中BIM技术的应用

发布时间：2016.03.21 新闻来源： 浏览次数：

    1· 概述
    铁路建设行业中BIM是以三维（3D）技术为基础，集成了铁路建设工程各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。基于BIM技术，可对铁路建设项目进行虚拟设计、建造、维护及管理，实现动态、集成和可视化的4D施工管理。
    1.1 BIM技术铁路应用现状
    BIM技术在建筑、机械、电子等行业的运用日趋成熟，并带来了领域内革新性的变化[1]。近年来，我国铁路建设行业也取得了突飞猛进的发展，新技术、新工艺的研发与应用层出不穷，但BIM技术在铁路行业的应用尚处于起步阶段。随着我国社会经济的稳步推进，铁路隧道工程已开始向低碳、环保、可持续的方向发展，将BIM技术应用于铁路隧道工程全生命周期中是必然趋势。目前，我国正加紧开展铁路行业三维设计与BIM技术应用的研究工作，以尽快将BIM技术真正运用于铁路建设行业中。
    与BIM技术应用较为成熟的建筑业相比，铁路行业BIM技术应用主要包括如下几点：
    （1）BIM技术对投资的调控。《中长期铁路网规划（2008年调整）》到2020年铁路营业里程达到12万km以上，当前和今后较长一段时间内铁路建设都将处于高峰期，近几年的铁路年投入预算均超过6 000亿元，一条中型客专铁路项目投资就超过500亿元。
    （2）BIM技术对专业协同的保证。铁路建设工程需要站前站后的线路、测绘、地质、路基、桥涵、隧道、站场、牵引供电、牵引变电、接触网、供电段、机务、车辆、机械、给排水、通信、信息化、电磁兼容、信号、电力、建筑、结构和暖通等20多个专业相互配合才能完成，因此各专业内部、各专业之间的协同工作有待于利用BIM技术提高与保证。
    （3）BIM技术对工期的控制。铁路项目建设周期一般为3～10年，部分项目建设周期超过10年，且铁路线总工期还受限于控制工程的工期。因此，利用BIM技术对控制工程、总工期的预估与控制就显得尤为重要。
    （4）BIM技术对施工安全的提高。铁路建设工程具有施工技术复杂、不可预见风险因素多和所处介质复杂多变等特点，是一项高风险建设工程。因此，应利用BIM技术加强铁路建设工程施工阶段的安全管理工作，保障施工安全。
    根据铁路建设工程的特点，BIM在铁路建设行业的顺利推进必将大幅节约项目投入，为国家节约项目成本，同时可实现多专业、多单位项目信息的一致性，加快项目进度，提高工程质量与安全，进而推动我国铁路行业更加稳步地向前发展。
    1.2 铁路行业BIM技术应用特点
    （1）区别于建筑领域，铁路行业BIM的概念涵盖了GIS内容，模型包括三维地理信息模型、三维地质信息模型和隧道结果三维模型，这就意味着设计阶段的更多信息需要传递到施工阶段，需制定相应规范，打破专业与阶段的信息壁垒。
    （2）根据线上和线下工程不同特点，设计需要应用不同软件平台，设计和施工均需兼容不同的设计模型，这就要求各平台之间的协同与格式转换。
    （3）铁路建设项目设计、施工、运营总承包的情况很少，各参建方难以实现无缝的信息沟通。建立统一的编码体系奠定坚实的信息交换基础很有必要。
    （4）铁路施工涉及超前地质预报、监控量测等多个系统，体现了铁路建设对施工安全和质量的严格要求，需要施工单位应用BIM技术时充分集成各类安全质量管理平台，集中可视化管理各类信息。
    综上可知，基于BIM技术的铁路建设工程应具备以下特点：数字化、可视化、多维化、协调性、可操作和全过程等。
    2· BIM技术在铁路隧道工程的应用
    建立以BIM技术为载体的项目管理信息化，可有效提高铁路建设各阶段的生产效率和工程质量，达到保障安全、控制工期、降低成本等目的。以某隧道工程应用为例，探讨BIM技术在铁路建设行业中的应用技术路线。
    2.1 工程概况
    该隧道全长4 330 m，为双线隧道。隧址区地形起伏较大，地面高程624～766 m，最大埋深133 m，最小埋深3 m，多辟为耕地，斜坡地段植被发育。结合隧道所处地形、地质条件，考虑施工工期、施工条件及运营期间救援疏散要求，采用2座无轨运输斜井辅助施工。隧道洞身下穿三条较大沟谷，其围岩条件极差，具有施工难度大、不可预测因素多等特点，安全风险较高。
    2.2 设计阶段应用
    2.2.1 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，具体建模流程见图1。

建模过程中需要用到骨架继承、参数设置、草图绘制、实体生成等一系列建模技术，建立的实体模型见图2、图3。

    2.2.2 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为BIM模型，附加的信息主要包括几何信息和非几何属性。该隧道中用到的附加信息手段主要包括属性附加、描述附加、参数设置、外部链接和数据库存储。
    2.2.3 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。
    2.2.4 二维出图
    目前，我国相关法律法规对二维工程图已有明确规定，但尚欠缺对三维模型的规范，因此，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。
    2.3 施工阶段应用
    （1）临建工程。
    针对该隧道完成了2号搅拌站（见图4）、四工区驻地的临建模型，并根据所建立的模型进行了工程量统计。

    （2）施工BIM模型制作与展示。
    设计阶段建立的BIM三维模型需要进一步处理生成施工BIM模型，导入相关软件才可进一步应用于施工阶段。
    （3）施工数据的载入。
    施工期间的数据量非常大，主要包括监控量测、超前地质预报和检验批等资料，在采集到相关数据后，可利用软件相关功能将其载入模型相应断面或部件，并与BIM模型相关联，实现施工数据的载入。
    （4）三维施工模拟及交底。
    结合施工方法及工艺流程，基于生成的施工BIM模型制作三维施工模拟动画，实现可视化的技术交底，保障施工安全及质量。
    （5）工法转换模拟。
    复杂工法的转换往往是制约施工进度的关键因素，该隧道利用BIM技术虚拟了三台阶临时仰拱法转换为双侧壁导坑法的施工工序（见图5），有效保证了工法转换的熟练度和合理性。

    2.4 运营阶段应用
    利用相关软件可将BIM模型中包含的空间位置信息和结构、装修、设备、设施等物理信息显示、处理、储存，为运营阶段日常管理工作提供技术支持。在隧道需要维修养护时，BIM模型可及时提供相应段落规划、设计、施工阶段的信息，实现快速高效整治病害和精细化资产管理的目的；还可实现隧道发生紧急状况（如火灾）时应急措施的模拟，如通风组织、人员疏散等（见图6）。

    3· 结束语
    通过将BIM技术应用于铁路建设工程，可实现以下几方面目标：
    （1）全生命期的信息共享。BIM技术可支持铁路建设项目信息在规划、设计、施工和运营维护过程中的无损传递和充分共享，使项目的所有参建方协同工作，大幅提高信息交流效率，实现工程项目精细化管理。
    （2）全生命期的可预测和可控制。BIM技术可支持铁路建设工程的质量、安全、工期、投资和环境等多方面的分析与模拟，实现虚拟设计、施工、运营等全生命期全方位的预测和控制。
    （3）促进生产方式的改变。BIM技术可支持设计与施工无缝衔接，避免工程建设中“错、缺、漏、碰”现象的发生，减少资源浪费，促进生产方式的变革，带来巨大的社会经济效益。
    （4）推动行业工业化发展。BIM能够连接建设生命期不同阶段的数据、过程和资源，支持行业内部的产业链贯通；制造、运输、装配等全过程模拟及跟踪手段，为工业化施工提供技术保障，支持铁路建设工程工业化发展。