中铁隧道工程数字化研究应用成果展示95p

紫之隧道道Ⅲ标工工程数字字化研究究应用成果展展示示中铁一局局集团有有限公司司2015.8.26目录Contents1·单位简介2·工程概况7·参数化模型建立8·模型应用3·采用BIM技术的原因4·BIM团队介绍5·软硬件配置9·施工工艺及施工方案演示10·移动端ipad应用11·人才培养及改进计划6·数字化软件平台介绍12·后续工作安排一、单位位简简介单位简介中铁一局第五工程有限公司单位简介介中铁一局局集团第第五工程程有限公公司（原原名铁道道部第一一工程局局第五工工程处）），是中中国中铁铁所辖的的三级公公司，公公司注册册地：宝宝鸡市渭渭滨区中中滩路5号，注注册资本本金3.01亿亿元，年年生产能能力50亿元以以上。公司具有有国家公公路、铁铁路工程程施工总总承包一一级资质质；国家家市政公公用、房房屋建筑筑工程总总承包二二级资质质；兼备备桥梁、、隧道、、路基、、土石方方专业承承包一级级、水工工隧洞专专业承包包二级资资质；国国土资源源部核准准的地质质灾害治治理工程程施工甲甲级资质质、国家家测绘局局批准的的甲级测测绘资质质；公司司中心试试验室具具备国家家试验检检测乙级级资质。。公司已已通过质质量、环环境、职职业健康康安全““三标一一体”体体系认证证。公司坚持持“以德德立公司司、名牌牌建公司司、以法法治公司司、科技技兴公司司”的原原则，正正向着创创建和谐谐企业的的更高目目标迈进进！二、工程程概概况工程概况况杭州市紫之隧道（紫金港路—之江路）工程位于杭州绕城高速与西湖景区之间、南北走向，南起之江路、之浦路，北至西溪路、紫金港路。

紫之隧道为省（市）级重点项目地理位置杭州市西湖区之江路~紫金港路工程概况况推进“三城三区”建设完善杭州市主城区大交通网络助推杭州市各城区协西湖风景区交通环境项目地理位置天目山路梅灵南路隧道进出口隧道进出口北口匝道西溪路推进“三城三区”建设完善杭州市主城区大交通网络助推杭州市各城区协西湖风景区交通环境地理位置紫之隧道Ⅲ标工程概况况位于杭州市西湖区碧龙潭附近，标段起止里程：东线：K3＋555～K6＋845，全长：3290m西线：K3＋550～K6＋850，全长：3300m隧道横断面双向六车道工程概况况设计时速60km/h单洞净宽13.5m，限高4.5m抗震烈度7度加强设防特点及难点施工难度大工程概况况洞口长距离浅埋、偏压两处露头穿越F3、F4、F5等多处不良地质断裂带工程概况况-施工工场地布布置工程概况BIM项目简介工程概况况中铁一局局五公司司紫之隧隧道Ⅲ标标-市政政隧道BIM项项目与中中国水电电顾问集集团华东东勘测设设计研究究院合作完成成。其主要实实现平台台为Bentley公公司系列列软件之之PowerCivil。本本项目从从建设初初期一直直遵循：：模型精精确度高高、工程程实用性性强、簇簇库文件件可重复复利用于于同类隧隧道BIM项目目的原则则。主要要完成了了：紫之之隧道ⅢⅢ标地质质模型；；2#隧隧道东线线、2#隧道西西线、1#隧道道东线、、1#隧隧道西线线参数化化模型；；竖井及及地下风风机房参参数化模模型；人人行横通通道、车车行横通通道参数数化模型型以及主体结构构钢筋模模型。并且，本本项目成成果同时时以i-model模模型的形形式存入入移动端端ipad中，，配合微微型投影影仪（结结合隧道道施工实实际情况况）实现现施工现现场的三三维技术术交底和和模型的的展示。。其主要涉涉及：地地质专业业和隧道道专业。。三、采用用BIM技术的的原因紫之隧道BIM采用BIM技术的原因采用BIM技术术的原因因1、传统统2D图图纸在现现场施工工人员正正常读图图过程中中不能完完全表现现设计人人员的设设计意图图，容易易造成理理解不到到位，因因而使得得指导施施工不准准确。采采用BIM技术术可一定定程度上上减少此此类原因因引起的的返工，，避免不不必要的的经济损损失。2、由于于隧道建建设与围围岩地质质条件息息息相关关的特殊殊性，因因而在此此BIM项目中中，采用用根据勘勘测信息息完成的的地质模模型与隧隧道主体体模型的的结合，，可以时时时的掌掌控掌子子面周边边范围内内的围岩岩地质条条件、埋埋深等情情况，为为施工方方案的确确定提供供可靠的的依据，，同时增增加施工工的安全全性，增增加未知知因素的的可控性性。3、参数数化隧道道模型数数据的准准确性，，可增加加工程量量统计、、成本分分析、预预算的准准确性，，减少数数据偶然然性引起起的偏差差、提高高工作效效率。4、因BIM项项目的可可视化程程度高，，某种程程度上是是实际工工程的具具体展现现，可以以根据BIM项项目完成成的模型型，来进进行实际际施工现现场的场场地布置置、人员员配置，，优化施施工组织织设计，，为具体体的施工工方案提提供可视视化演示示，优化化施工方方案。四、BIM团团队介介绍团队简介紫之隧道Ⅲ标BIM小组成员团队简介序号姓名职务/职称职责1李昌宁中铁一局集团技术中心总经理指导项目BIM现场应用2郝小苏中铁一局集团第五工程有限公司总工程师指导项目BIM理论应用3何小龙中铁一局紫之隧道项目部经理现场BIM技术应用推广4王建望中铁一局紫之隧道项目部总工现场BIM技术应用指导5高翔中铁一局紫之隧道项目部助理工程师负责模型复核、数据整合及具体应用6李利强中铁一局紫之隧道项目部助理工程师负责模型复核、数据整合及具体应用7陈沉中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司助理工程师负责模型技术咨询8郑楠中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司工程师负责隧道设计五、软硬件件配置置软硬件配置紫之隧道Ⅲ标BIM项目软硬件配置电脑主要配置置清单1、配备三台台台式电脑，，五个ipad，一个微微型投影仪2、主要使用用软件：BentleyPowerCivilforcountry_08.11.09.5013dsMax2012六、工程数字字化软件平台台介绍BIM软件平台软件平台选型工程数字化软软件平台介绍绍目前国内外知知名的CAD软件服务商1、AutoDesk：代表软件平平台有Revit、Civil3D、BIM360，适用于工民民建领域，门门槛较低，是是目前BIM行业最常用的的使用平台，，但因专业覆覆盖面窄，无无法适用于道道路、地铁、、石油、工厂厂、电站等复复杂工程。2、Bentley：代表软件有有ABD、PowerCivil、OpenPlant、SubStation、ProjectWise、eB，适用于大型型基建设施，，尤其是特大大复杂工程，，是目前专业业覆盖最全面面的软件服务务商。3、Dassault：代表软件有有Catia、SolidWorks、DigitalProject，因其参数化化能力出色，，适用于机械械、汽车、幕幕墙等行业。。从行业适应性性、技术性能能、兼容性、、知识重用性性、协同设计计性能、易用用性等方面进进行了翔实的的比较，最终终选择Bentley。BIM软件平台平台系统架构工程数字化软软件平台介绍绍DTM三维设计系统地质三维设计系统隧道三维设计系统数据发布BentleyMicrostation（基础三维绘图平台）BentleyPowerCivilSS3（基于先进OpenRoad技术的道路隧道设计模块）GeoStation（华东勘测设计研究院研发的地质三维设计系统）统一管理的环境（材料系统、截面参数化库）+公共数据访问框架核心建模软件PowerCivil-软件主界面工程数字化软软件平台介绍绍核心建模软件PowerCivil-Bentley系列软件工程数字化软软件平台介绍绍PowerCivilforCountryV8i是Bentley系列列软件之道路路设计软件。。主要运用于于道路、隧道道、桥梁等的设计计。在本工程程当中以及数数字化模型的的建立和BIM技术的实实现。目前，通过该该平台实现项项目级协同应应用。七、参数化化模型型建立隧道模型建立一、坐标系统及模型的精确定位参数化模型建建立1、地理坐标标系采用：杭杭州市大地坐坐标系2、高程系统统采用：1985国家高高程基准因隧道建设与与围岩地质条条件息息相关关的特殊性，，其精确的地地形、地质模模型的创建是是十分必要的的。所以在整整体参数化隧隧道模型建模模之初，首先先确定好坐标标系统、高程程系统，列出出东西二线隧隧道起点与终终点的高程信信息、坐标信信息以及与地地质模型精确确结合的高程程、坐标控制制点。隧道模型建立二、BIM技术管理之项目管理模式参数化模型建建立隧道模型建立二、BIM技术管理之多方协同管理参数化模型建建立1、紫之隧道道BIM项目目是基于ProjectWise的的模型协同管管理。2、项目的参参与方主要为为：中铁一局局五公司和中中国电建集团团华东勘测设设计研究院有有限公司。3、ProjectWise具有很很强的权限管管理功能。隧道模型建立二、项目管理模式之模型变更参数化模型建建立隧道主体模型型是根据不同同衬砌支护类类型制作出的的参数化断面面生成的，因因此可以通过过修改断面来来修改隧道主主体模型。因因隧道的在掘掘进的过程中中，实际围岩岩的条件与原原设计所给出出的围岩条件件不相符合而而形成的变更更在一定程度度上会很频繁繁。如右边为为2#隧道东东线的变更洽洽商记录。变变更主要流程程如下：1、施工单位位正常施工过过程当中掌握握的实际围岩岩地质条件，，再联系其他他4个参建方方（勘察单位位、设计单位位、监理单位位、建设单位位）来项目部部召开变更会会议。2、其主要为为：现场情况况的通报、五五个参建方现现场确认、形形成洽商记录录、5个参建建方签字盖章章审批。3、根据洽商商记录对模型型进行修改（（只需要修改改参数化断面面即可修改模模型），使得得与变更后的的实际相符合合。参数化模型建建立1、修正和补全勘察单位提供的紫之隧道Ⅲ标范围等高线2、在BentleyGeopak中将等高线处理为数字三角网3、修正三角网，生成数字地面模型隧道模型建立三、地质模型参数化模型建建立

在BentleyMicroStation和华东勘测设计院研发的GeoStation地质专业模块完成，支持特大地质数据模型高效流畅的建模、编辑和展示，勘察设计一体化，实现高效的地质三维设计。隧道模型建立三、地质模型参数化模型建建立将处理完毕的不同层级地质模型以及该区域所存在的断层信息整合为一体，形成紫之隧道Ⅲ标地质模型。隧道模型建立三、地质模型参数化模型建建立完成了东线１１#隧道、西西线１#隧道道、东线2#隧道、西线线2#隧道主主体模型及6个人行横通通道、8个车车行横通道、、3#、4#通风竖井、、地下风机房房的参数化建建模。主要流程：1、提取原隧道设设计文件（DWG格式））内的平曲线线、纵曲线，，平纵拟合生生成空间曲线线。2、导入支护断面面类型设计文文件（DWG格式），并并制作支护类类型cell库文件。包包括Ⅲa、Ⅲaf、Ⅲb等在在内的13个个支护断面类类型以及人行行横通道、车车型横通道支支护断面类型型。3、将cell库库文件生成参参数化断面，，并根据紫之之隧道Ⅲ标围围岩级别及支支护类型统计计表，沿空间间曲线放样参参数化断面，，生成隧道模模型。4、将与隧道建设设相关的设计计文件、设计计图纸、工艺艺工法视频等等文档与隧道道模型关联为为一体。隧道模型建立四、主体模型参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-平曲线设计

从原设计文件CAD图纸里边提取隧道的平曲线，通过PowerCivil软件完成参数化建模基础-平曲线的设计参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-纵曲线设计平曲线与纵曲线拟合，形成空间曲线参数化模型建建立横断面实现全全参数化设计计隧道模型建立四、主体模型-参数化断面参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-支护断面类型库文件参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-关联材料系统与材料系统关联参数化模型建建立横断面与平纵曲线相互关联，实现沿空间线路准确放样，不同衬砌段间精准对接。隧道模型建立四、主体模型-关联材料系统参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型完成了东线１#隧道；西线１#隧道；东线2#隧道；西线2#隧道参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型完成了东线１#隧道；西线１#隧道；东线2#隧道；西线2#隧道参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-3#、4#通风竖井参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-地下风机房参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-地下风机房+通风竖井参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-人行横通道参数化模型建建立隧道模型建立四、主体模型-车行横通道参数化模型建建立隧道模型建立五、3D钢筋模型-二衬钢筋、S3-Ⅴd参数化模型建建立隧道模型建立五、3D钢筋模型-二衬钢筋、S3-Ⅲb参数化模型建建立隧道模型建立五、3D钢筋模型-仰拱钢筋、S3-Ⅴd参数化模型建建立隧道模型建立五、3D钢筋模型-二衬钢筋全、S3-Ⅴd参数化模型建建立隧道模型建立五、3D钢筋模型-车行横通道-Ⅳ级参数化模型建建立隧道模型建立六、隧道主体模型与车行横通道交接部位实体模型钢筋模型参数化模型建建立隧道模型建立六、隧道主体模型与车行横通道交接部位八、模型应应用模型应用模型应用概述现阶段已完成成应用点：1·按里程切切取地形地质质剖面，地质质属性查询配配合施工方案案的制定。2·根据隧道道实际施工管管理情况，按按桩号实现模模型管理。3·工程量精精确统计，报报表生成、成成本分析。4·施工各类类文档集成-关联模型-实时查询。。5·通过ipad，i-model形式以及三三维PDF模模式实现3D技术交底、、模型漫游。。模型应用模型应用概述-成本管理成本管理建模完成的精精确隧道模型型，可对各部部分模型进行行准确的工程程量提取。因因隧道工程不不同于工民建建等其他一些些相对稳定的的专业，在隧隧道的开挖过过程中，其不不可控制的因因素相对较多多，变量较大大。通过BIM项目中所所提取的工程程量，与本项项目部每个月月进行的成本本分析会相结结合，对于材材料的消耗量量分析、各阶阶段的成本的的分析有着重重要的借鉴意意义。但是，，对于隧道工工程来说，要要用BIM项项目直接对成成本的控制在在，在某些方方面还是有一一定难度的，，比如说超欠欠挖等，因为为开挖条件的的不稳定性，，其材料的可可变空间范围围比较大。模型应用模型应用概述-技术与质量管理技术与质量管管理1·通过施工工方案模拟，，来进行原定定施工方案的的优化和变更更表现。2·对关键施施工部位做了了想对应的配配筋，其参数数包括钢筋的的样式、该样样式钢筋长度度，重量。比比如说本工程程的主体隧道道与车行横通通道交汇处的的施工，通过过华东勘测设设计研究院自自主研发的配配筋软件进行行准确的配筋筋，根据配筋筋结果提供的的参数进行下下料，控制成成本、减少钢钢筋的不必要要的浪费。3·所有模型型都已经转化化为i-model的形形式，可在移移动端ipad中进行各各类信息的查查询，模型与与实际现场施施工完成的工工程进行对比比。模型应用模型应用概述-安全管理安全管理1·根据本标标段地理位置置以及借地红红线图等信息息完成的施工工区域场地布布置，可以有有效的指导施施工区域场地地布置和方案案优化，安全全防护措施都都已经布置在在模型当中。。2·本工程中中除部分效果果是前期设计计提供以外，，其他效果图图都为本项目目部人员独自自完成。模型应用模型应用一、查询地质模型属性模型应用二、切取隧道、地质剖面支持选取不同衬砌段生成剖面图，也能够输入任意桩号得到剖面图，能剖面图中查询里程桩号、埋深和地质属性，多个视图保持联动模型应用模型应用三、桩号管理1、按桩号实现菜单式的管理2、桩号间隔及样式能够自定义模型应用模型应用四、工程量管理1、支持按不同的衬砌段生成工程量报表2、按桩号1米间隔生成工程量报表模型应用模型应用五、施工文档集成-查询模型应用按不同围岩类型，整理了紫之隧道三标工程所需图档和多媒体资料，满足：1、在树形目录中查询2、也可在模型中直接打开关联文档模型应用六、施工机械模型库模型应用施工机械库可以作为施工企业的模板知识库，在做类似工程，能快速得到所需的机械列表及机械相关属性信息参数化模型建建立模型应用七、模型漫游

主要采用ipad端进行模型漫游。可以在软件中自由的行走，全方位的查看模型以及附属的属性，相比电脑端来说，模型的可视化程度更高，会更具有操作感。行走视角参数化模型建建立模型应用七、模型漫游

主要采用ipad端进行模型漫游。可以在软件中自由的行走，全方位的查看模型以及附属的属性，相比电脑端来说，模型的可视化程度更高，会更具有操作感。在ipad中保存的i-model模型参数化模型建建立模型应用八、案例一人行横通道与车行横通道的二次衬砌施工是一个难点（跨度大，围岩条件差），包括钢筋的绑扎，衬砌混凝土的浇筑在此为背景下，为了控制成本、减少钢筋的不必要的浪费、增加二次衬砌钢筋绑扎的效率我们采用紫之隧道BIM项目中的模型应用模块、以及钢筋模块，对隧道主体模型和车行横通道处的交接部位做了具体的模型和配筋。参数化模型建建立模型应用八、案例一人行横通道与车行横通道的二次衬砌施工是一个难点（跨度大，围岩条件差），包括钢筋的绑扎，衬砌混凝土的浇筑在此为背景下，为了控制成本、减少钢筋的不必要的浪费、增加二次衬砌钢筋绑扎的效率我们采用紫之隧道BIM项目中的模型应用模块、以及钢筋模块，对隧道主体模型和车行横通道处的交接部位做了具体的模型和配筋。参数化模型建建立隧道模型建立六、隧道主体模型与车行横通道交接部位

配筋完成以后会有相应的钢筋表产生，包括每一根钢筋的形式（如图第三列）、单根钢筋的长度、同类型钢筋的根数，总长，重量等。在明细表列出以后，还会有一份总的材料表，包括：同种钢筋规格（Φ25、Φ16）下全部长度（m）和总重（kg）。参数化模型建建立模型应用八、案例二

白虎湾生态茶园地表截止2014年7月4日，2#隧道西线掌子面施工里程K5+307，掌子面围岩强度开始降低，且岩体破碎，根据设计图纸及现场实际踏勘证明，2#隧道西线已进入白虎湾生态茶园长距离浅埋偏压地段施工。参数化模型建建立模型应用10、案例二通过查询准确的地质模型，掌握开挖掌子面周边的围岩地质条件、埋深等信息，合理的确定了本浅埋段的具体施工方案，顺利的通过了白虎湾生态茶园。参数化模型建建立模型应用10、案例二

图为2#隧道西线里程在K5+037处横断面图九、施工工艺艺及施工方案案演示施工工艺及施施工方案演示示施工动画演示一、施工工艺演示-开挖顺序参照工艺工法设计文件内容制作双侧壁导坑法交叉中隔壁法三台阶七步开挖法环形开挖预留核心土法中隔壁法台阶法仰拱、二衬施工施工工艺及施施工方案演示示施工动画演示二、施工方案演示参照紫之隧道道Ⅲ标西线2#隧道K5+075~K5+090露头段施工工方案内容制制作。十、移动端Ipad中的的应用施工工艺及施施工方案演示示Ipad端应用i-model模型将PowerCivil中完完成所所有模模型发发布成成i-model，，导入入到ipad端端中地质模型隧道主体模型二次衬砌钢筋仰拱钢筋通风竖井及地下风机房横通道钢筋模型施工工工艺及及施工工方案案演示示Ipad端应用PDF版-三维模型将PowerCivil中完完成所所有模模型发发布成成PDF版版，导导入到到ipad端中中，也也可以以再电电脑端端查阅阅地质模型隧道主体模型二次衬砌钢筋仰拱钢筋通风竖井及地下风机房横通道钢筋模型工艺工工法及及施工工方案案演示示Ipad端应用一、可视化系统-地质模型i-model地质模型i-model地质模型工艺工工法及及施工工方案案演示示Ipad端应用二、可视化系统-隧道模型i-model隧道模型-设计图纸查询i-model隧道模型-施工信息查询工艺艺工工法法及及施施工工方方案案演演示示Ipad端应用三、可视化系统-机械模型i-model-机械模型在Ipad中能方便的查看三维模型、模型的属性、模型关联的文档资料。工艺艺工工法法及及施施工工方方案案演演示示Ipad端应用四、可视化系统-3D技术交底专业工程师现场三维技术交底专业工程师现场三维技术交底工艺艺工工法法及及施施工工方方案案演演示示Ipad端应用四、可视化系统-3D技术交底工艺艺工工法法及及施施工工方方案案演演示示Ipad端应用四、可视化系统-3D技术交底工艺艺工工法法及及施施工工方方案案演演示示Ipad端应用四、可视化系统-3D技术交底工艺艺工工法法及及施施工工方方案案演演示示Ipad端应用四、可视化系统-3D技术交底模型应用七、3D技术交底-PDF-地质模型模型型应应用用奥多多比比PDF阅阅读读器器实实现现BentleyPowerCivil建模模完完成成的的数数字字模模型型在PDF格格式式下下查查阅阅（（可可查询询部部分分属属性性，，可可按按照照图层层查查看看信信息息模模型型））模型应用七、3D技术交底-PDF模型型应应用用地质质模模型型主体体模模型型与与车车行行横横通通道道交交接接处处模模型型红色色的的为为钢钢筋筋模模型型模型应用七、3D技术交底-PDF-交接处实体模型模型型应应用用模型应用七、3D技术交底-PDF-交接处钢筋模型模型型应应用用十一一、、人人才才培培养养成成长长及及改改进进方方向向紫之隧道Ⅲ标项目内部推广制度与措施人才才培培养养成成长长及及改改进进方方向向项目目内内部部推推广广制制度度与与措措施施：：因为为是是一一个个比比较较新新的的行行业业，，项项目目内内部部本本身身大大多多数数的的工工作作人人员员都都不不是是很很了了解解BIM技技术术，，在在内内部部推推广广来来说说效效率率不不高高，，需需要要花花一一定定的的时时间间给给他他们们讲讲解解，，有有一一个个循循序序渐渐进进的的过过程程。。我我们们有有专专门门的的技技术术人人员员在在华华东东勘勘测测设设计计研研究究院院学学习习，，通通过过设设计计院院与与项项目目部部技技术术人人员员联联合合提提升升项项目目部部内内部部管管理理人人员员与与技技术术人人员员的的综综合合素素质质。。切切实实的的把把现现阶阶段段的的BIM技技术术落落实