BIM技术在铁路隧道工程地质勘察中的运用实践

BIM技术在铁路隧道工程地质勘察中的运用实践

发表时间：2018-07-20T15:58:16.057Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：张玉雪

[导读] 摘要：随着BIM技术在中国的逐步发展，以及其大幅提高生产效率，提升工程建设的集成化程度等众多优点，近年来，在铁路工程勘察行业中得到越来越广泛的应用，其突出优势可归纳为地质勘察协同工作，将不同的地质勘察过程资料进行有效衔接，最大程度实现信息资源的共享，从而不断提高铁路工程地质勘察的整体效率等。

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摘要：随着BIM技术在中国的逐步发展，以及其大幅提高生产效率，提升工程建设的集成化程度等众多优点，近年来，在铁路工程勘察行业中得到越来越广泛的应用，其突出优势可归纳为地质勘察协同工作，将不同的地质勘察过程资料进行有效衔接，最大程度实现信息资源的共享，从而不断提高铁路工程地质勘察的整体效率等。

关键词；BIM技术；铁路建设；工程地质勘察；实践

作为给建筑、机械、电子等行业带来革新性变化的BIM技术，在铁路的应用尚处在起步阶段。提出BIM在铁路建设工程中的定义，研究分析铁路行业BIM技术应用的现状与特点，并以某高风险隧道为工程依托，就BIM技术在铁路建设行业中的应用技术进行研究与探索。实践表明，将BIM技术应用于铁路建设工程中，可做到全生命期的信息共享、促进生产方式的改变及推动行业工业化发展，为实现工程安全、质量、环境、工期、投资等目标提供有效技术保障，最终达到革新设计理念、优化设计成果、提升施工质量、加强施工安全和保证运营稳定等目的。

1 BIM简介

BIM属于一种建筑信息模型，其是近年来国内新兴的一种数字化技术，BIM的使用使得工程建设项目中的运行模式发生了巨大的转变，大大的促进了工程建设行业的发展。BIM不仅可以实现工程建设从二维空间到三维空间的转变，而且还可以利用数字化技术，为建造三维模型提供信息支撑，其可以构建一个与实际状况相同的工程信息库，在此信息库中，除了可以查找到建筑物的基本信息资源外，如状态信息、专业信息、建造信息等，还可以以三维模型的方式呈现出运动行为及空间等非构件对象的状态信息，提升建筑工程的集成程度，以实现可视化监控建筑工程项目的全过程，这样不仅可以有效的缩减工程建设成本，而且有助于提升工程建设质量。

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。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。

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、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，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。

3 BIM技术在铁路隧道工程地质勘察中的实践效益评估

通过上述实践应用分析，BIM技术其实就是一种通过三维技术实现地质勘察的高科技以及高标准化的应用技术，地质勘察人员可以通

过BIM软件模型将该隧道的立体三维虚拟环境完整呈现出来。在实际的地质勘察中，BIM技术能够实现协同工作，一方面降低了地质勘察中的巨大风险，另一方面与我国提倡的安全地质勘察理念不谋而合。在对模型实现设计优化时，数字化设计信息可以进行图纸功能的修改，因此地质勘察人员可以从隧道结构图纸中明确看出需要重点处理的结构要点，大量的时间都可以节省用来优化地质资料数据，而不是像传统那样反复进行修改。此外，结合隧道地质勘查资料以及地质三维模型分析，可以将该隧道的岩石属性以及具体力学属性、地质情况、高程、隧道周围人口密度、隧道周围环境道路、河流以及山脉等数据资料都包括在BIM模型中，所以通过这些数据分析，BIM模型就可以将传统的平面设计图纸以及类似CAD设计的内容加以数据化渲染，将数据可视化模型直接导入数据库，经过BIM软件模型就可以准确实现作图、分析计算、渲染以及评估等一系列的综合设计功能。由于BIM技术具有地质勘察三维化展示及模型化呈现等优点，因此具有广阔的应用前景。目前，中铁二院利用该技术在西部某高速铁路路基和桥梁的地质勘察中实现了应用，展示了BIM技术在我国铁路建设领域的巨大发展空间。

结语

本文通过对BIM技术在我国某铁路隧道地质勘查中的应用与实践分析，能较好地克服了传统铁路隧道地质勘察中准确性较差以及操作困难等技术缺陷，BIM三维建模技术的应用优点进一步凸显，特别是针对现阶段我国铁路隧道地质十分复杂以及勘察任务量大等形势，该项勘查技术不断得到应用，从而为铁路隧道地质资料的收集与整理的顺利进行奠定了重要的技术基础。

参考文献

[1]裴作君.铁路隧道工程中BIM技术的应用[J].中国铁路，2014，11：70~73.

[2]陈兵，张燕，张莹.BIM技术在铁路地质勘察中的应用[J].高速铁路技术，2015，01：77~80.