铁路隧道设计中BIM技术的应用研究

GXF360 2017-06-21

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铁路隧道设计中BIM技术的应用研究

□ 云南腾飞公路设计研究院喻佳

摘要：BIM技术在建筑行业中的应用越来越广泛，也促进了建筑行业的发展。BIM技术凭借高效率、高质量等特点，使铁路隧道建造克服了复杂性，减小了工程的难度。本文从BIM技术在铁路隧道设计中存在的问题出发，介绍了相关的应用方法，希望可以提高铁路隧道设计的质量，促进BIM技术的发展。

关键词：BIM技术；三维模型；架构设计

BIM技术在建筑行业的应用可以看作是工程建设行业的第二次革命，对工程建设行业的意义非常重要。就目前国内BIM技术在铁路隧道中的应用现状来看，这项技术目前还存在着许多技术上的不足，应用的方式和手段尚不成熟，总体呈现出探索的状态。

1.铁路隧道设计中存在的问题

（1）铁路隧道工程是一项具有复杂性以及特殊性的工程。铁路隧道设计牵涉到许多复杂的知识，需要设计规划人员在铁路专业知识方面要足够丰富并且可以娴熟运用。此外还需要掌握许多边缘知识，这些知识是设计时常常需要运用的。

（2）目前我国铁路隧道设计中常见的图纸是二维图纸，作为一种交付的依据，但是二维图纸这种交付依据在体现三维实体工程全貌时具有局限性，加之在铁路隧道施工中施工人员若是出现差错，误解设计图纸中包含的意思，最后会直接影响施工的合理开展，降低工程质量。

（3）铁路隧道与建筑行业相比，具有更加复杂化的特点，不能仅依靠我国传统的设计方式完成铁路隧道的设计施工。

2.BIM技术的应用软件及设计

BIM技术在铁路隧道中的应用将会对铁路行业的发展产生深远影响。BIM技术在铁路隧道行业中不仅可以对设计图纸中的内容进行详细分析，还可以根据施工区域的实际情况，优化设计方案。此外当铁路隧道建设的各个部分有机组合起来之后，利用BIM技术也会使每一个组成部分之间形成一种极具意义的联系，可以对铁路隧道的设计进行更加仔细的检查，如此一来会降低设计方案中的错误率。设计人员在利用BIM技术的时候，铁路隧道设计中会涉及到实体扣减计算的内容便可以采用BIM技术，可以减少人为计算产生的误差。在变更设计方面BIM技术不仅可以反应工程量的变化，还具有可视化展示的作用，同样可以减少项目的成本，减少误差的出现。

2.1 BIM技术的应用软件。目前在国际上存在的BIM技术软件非常多，根据国际标准可以分为两大类，一种是创建BIM模型的软件，这一类中包括了核心建模软件，方案设计软件，还有接口几何造型软件；第二种是利用BIM模型的软件，其中主要有可持续绿色分析软件，结构分析软件，造价管理软件。为了铁路隧道工程的质量考虑，在一般情况下设计规划人员都会尽量选择系列性以及兼容性均表现比较好的软件，目的是保证后期应用的过程中交换数据的完整性，但前提是设计规划人员要将各种软件之间的优势协同到适合铁路隧道建设的方案上[1]。一般我国铁路隧道设计中使用BIM技术的时候，均会考虑使用CATIAV5软件作为核心建模软件。这种软件建模时在铁路隧道设计中会使BIM设计更具有系统性，并且也利于BIM技术发挥自身的优势。

2.2 BIM技术模型架构设计。通常铁路隧道设计模型包括两个主要的部分，即模型中要包括隧道的洞身及隧道的洞门。根据施工分工的不同，可以将其进行仔细划分，其一是隧道的洞身（这里也指暗洞），有四个部分的设计工作：第一部分是暗洞的超前支护，第二部分是暗洞的初期支护，第三部分是暗洞的第二次衬砌，第四部分是暗洞的沟槽，这四个部分通常情况下需要30多个结构模型才可以保证设计方案的科学合理性。铁路隧道设计中针对模型采用这种架构设计具有两个方面的优点，第一个优点是可以使每一个模型的层次性更加明晰，如此一来方便了发现问题之后需要修改工作的开展，对于设计规划人员以及施工人员的检查和浏览都产生了便利。第二个优点是针对模型采用特征树的方式进行命名，最主要的功能就是利用制作完成的隧道结构针对底层数据库进行配置，这样可以使其在模型信息的提取以及存储两个方面带来便利性。

2.3 BIM技术模型参数化设计。铁路隧道的断面具有规范性，需要设计人员在设计时严格按照规范规定的标准。利用BIM技术模型既可以完成参数化设计，可以达到针对不同断面形成的可视化修改，这在铁路隧道设计中也叫作实施驱动修改。模型驱动在设计中具有一个非常关键的作用，设计人员以及施工人员可以根据模型从具体的实物中获取极具精确性的控制参数。当控制参数获取并整理规范之后，再利用软件的链接功能使控制参数和模型之间形成一种有效的联系。通过利用模型的实施驱动修改特点，设计人员以及施工人员只要发现了问题就可以迅速采取应对措施，这样就会逐渐缩小误差给铁路隧道施工带来的负面影响。

3.BIM技术的应用

3.1 BIM技术模型信息附加。BIM技术类的软件拥有的数据具有开放性的特点，设计人员利用专业知识可以实现针对这些数据的二次开发，达到为几何模型附加信息的目的。在这一行业中有一个非常常见的例子，即超前管棚。设计人员以及施工人员可以通过模型清晰了解管棚各方面的信息数据，例如管棚本身的设置范围、管棚的径长、外插角等还会清楚管棚所需的注浆类型，甚至还会清楚导向墙使用的混凝土型号。

3.2 铁路隧道设计中的碰撞检查。铁路隧道设计中的碰撞检查的原理是通过具有可视化的三维模型，利用模型对隧道内部、管线、隧道结构等相互之间形成的碰撞进行检查。通常在铁路隧道设计阶段使用模型进行碰撞检查，可以方便设计人员及时了解自己设计的模型在哪一方面存在问题，为什么会造成碰撞现象，并基于此针对模型中的具体问题进行调整。最大的好处就是使模型的科学性增强了，对指导实践有着深远的意义，增加了施工过程的连续性，也为企业节约了成本，提高了经济效益。

3.3 铁路隧道设计中的二维出图及工程算量。目前在我国BIM技术主要应用在铁路隧道设计阶段，而在铁路隧道的施工以及后期的运营维护阶段还没有开展。因此在铁路隧道设计中设计人员需要更加重视自身工作的重要性，尽量将设计中的误差缩小，不断更新设计方面的知识，将设计环节的准备工作做好，是发挥三维模型在施工以及后期运维方面作用的关键[2]。

3.4 BIM技术模型的后续利用。铁路隧道作为交通运输中的一个部分，关系到许多人的人身安全，需要设计人员以及施工人员在整个铁路隧道建设的过程中承担起自身的责任，尤其是在设计阶段，设计人员要利用现在的BIM技术针对隧道结构的稳定性进行检测，并且要对隧道的安全性进行详细分析。此外还要根据铁路隧道中其他后续问题作出充分考虑，比如隧道内的防火问题、疏散通道问题、隧道通风问题。