BIM技术在隧道三维设计中的应用探索

BIM技术在隧道三维设计中的应用探索隧道专业2014年3月一

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线主要内容三

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语一、总体概况1、BIM应用现状近几年，BIM技术已经逐步在建筑、制造、电子等行业推广使用，并带来了革新性的变化，而铁路隧道工程全生命周期的信息化程度仍旧处于非常低的水平。同时，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，且伴随着国际同行业日益激烈的竞争与挑战，将BIM技术应用于铁路隧道工程中以提高企业核心竞争力是必然的发展方向。一、总体概况世界各国也相继颁布了一系列相关标准和指南。一、总体概况目前，BIM技术在我国建筑领域已有不少应用实例，如鸟巢、上海中心、上海世博会中国馆等，但在铁路隧道领域中的应用研究工作尚处于探索阶段。一、总体概况中国第一高楼“上海中心”一、总体概况2、依托工程及课题成贵线千斤塝隧道宝兰客专石鼓山隧道一、总体概况2、依托工程及课题《基于BIM技术的铁路隧道建设管理信息化技术研究》《基于BIM技术的铁路隧道施工图交付标准研究》一、总体概况3、阶段成果总述三维设计理念提出三维建模技术突破BIM交付标准编制部分二维图纸生成信息附加技术实现施工运营应用探索一

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语二、技术路线1、铁路隧道工程BIM模型的特点可视化数字化多维化协调性可操作全过程二、技术路线2、软件平台选择综合考虑软件性能、建模需求、施工模拟、运营维护等因素，选择了达索系列软件。二、技术路线2、软件平台选择运营ENOVIA：协同管理平台，负责全生命周4期内信息协调和数据管理；施工：产品设计平台，用于设计阶段建立三维模型；CATIA3DELMIA：仿真应用平台，用于施工阶段的施工动态仿真、施组计划；21设计3DVIA：三维展示平台，用于运营阶段。规划二、技术路线3、总体规划达索系列软件在铁路隧道工程中的应用总体规划：项目启动规划设计施工运营维护三维设计土建结构机电设备施工方案运营管理地质有限元分析动态监测岩土有限元分析隧道设计图纸结构有限元分析专业图纸施工组织维修养护二维出图数字交付设计文件三维隧道用户手册CATIAANSYS3DVIA/GISENOVIA

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语三、阶段成果1、标准编制（1）资料调研课题组查阅了大量的相关书籍和论文。书籍：美国

NBIMS标准英国

(UK)BIM

标准澳大利亚

BIM标准行业标准《中国建筑信息模型标准框架研究》《设计企业BIM实施标准指南》《BIM总论》《美国国家BIM标准(NBIMS)第二版》《新加坡BIM指南》…美国联邦总务局GSA标准美国陆军工程兵团USACE标准业主标准三、阶段成果（1）资料调研论文：《数字化隧道三维建模分析》《山东省文化中心项目BIM应用实践》《市政工程设计中BIM技术的发展前景》《探讨基于BIM的设计阶段的流程优化》《杭甬铁路客运专线施工图审核管理综述及建议》…三、阶段成果（2）标准简介铁路隧道BIM铁路隧道BIM铁路隧道BIM总则术语基本规定附录附加说明交付要求二维标准三维标准三、阶段成果（3）文件命名规则三、阶段成果（4）结构分解总体结构三、阶段成果（4）结构分解洞

门三、阶段成果（4）结构分解暗

洞三、阶段成果（4）结构分解明洞附属洞室辅助坑道三、阶段成果2、三维建模三维地表模型三维地质模型（1）建模思路三维选线各专业协同设计线路桥梁隧道专业BIM设计流程骨架继承模型生成模板制作路基轨道通信信号机车……参数设置草图绘制模板实例化三、阶段成果（2）模型构成洞门模型

明洞模型

暗洞模型防排水模型附属洞室

辅助坑道模型

模型三、阶段成果（3）洞门模型进口洞门草图进口斜切洞门混凝土进口斜切洞门钢筋三、阶段成果（3）洞门模型出口斜切洞门出口斜切洞门钢筋出口帽檐钢筋细部三、阶段成果（4）明洞模型明洞衬砌草图边坡开挖与支护草图明洞参数（部分）三、阶段成果出口明洞临时边仰坡防护、基底处理出口明洞衬砌、回填进口明洞钢筋三、阶段成果（5）暗洞洞身模型洞身模型草图（Ve）洞身整体模型超前支护三、阶段成果初期支护钢筋网型钢钢架三、阶段成果二衬模型二衬钢筋仰拱回填三、阶段成果（6）附属洞室骨架信息喷砼和锚杆钢筋网三、阶段成果型钢钢架二衬混凝土二衬钢筋三、阶段成果直放站兼电缆余长腔型钢钢架骨架信息初喷和锚杆三、阶段成果二衬钢筋门框墙电缆槽三、阶段成果电力照明箱变洞室骨架信息初喷和锚杆复喷三、阶段成果二衬混凝土（多角度展示）三、阶段成果后墙混凝土后墙钢筋门框墙三、阶段成果（7）辅助坑道（斜井）洞门端墙洞口挡墙洞口段整体模型三、阶段成果钢架单车道斜井衬砌草图单车道斜井整体模型衬砌钢筋三、阶段成果双车道斜井衬砌草图双车道斜井整体模型衬砌钢筋三、阶段成果（8）防排水洞口防排水集水井汇水池三、阶段成果洞身防排水止水（条）带盲管三、阶段成果3、铁路隧道工程功能模块二次开发通过对铁路隧道工程功能模块的二次开发，可大幅度提高铁路隧道工程BIM模型建立的速度和精度，为BIM技术在隧道专业中的应用提供有力的技术支持，保证后期应用研究的有序推进。目前隧道专业的二次开发工作已经开始，正处于技术探索阶段，取得了一定的技术成果。三、阶段成果（1）标准化建模小导管定制界面钢架定制界面三、阶段成果（1）标准化建模二衬钢筋定制界面三、阶段成果（2）二维出图衬砌断面图三、阶段成果（2）二维出图钢架图三、阶段成果（2）二维出图钢筋图三、阶段成果（2）二维出图进口正面图进口纵断面图进口明暗分界断面图三、阶段成果（2）二维出图出口明暗分界断面图出口纵断面图出口正面图三、阶段成果（3）工程量统计拟实现正洞、辅助坑道、附属洞室等工程量的自动统计，目前已初步实现了对初支钢架的数量统计功能。三、阶段成果（3）工程量统计进口开挖量统计出口开挖量统计三、阶段成果（3）工程量统计进口圬工统计进口明洞工程数量统计出口明洞工程数量统计出口圬工统计三、阶段成果（3）工程量统计整合工程量数据，根据常见表格方式输出。洞口及明洞工程数量表（部分）

洞身工程数量表（部分）三、阶段成果（4）信息附加目前实现对三维模型附加几何、非几何信息的手段主要包括：属性附加、描述附加、参数展示、外部链接。属性附加信息描述附加信息三、阶段成果（4）信息附加参数附加信息外部链接附加信息三、阶段成果4、施工模拟（1）模型拆分铁路隧道设计模型需进一步处理才可应用于施工阶段，处理工作主要包括模型切分、环境布置、资源配置和参数设置。超前小导管模型切分三、阶段成果（1）模型拆分开挖体模型切分三、阶段成果（1）模型拆分喷射混凝土钢筋网型钢钢架初期支护模型切分三、阶段成果（1）模型拆分拱墙段仰拱及沟槽二次衬砌模型切分三、阶段成果（2）资源配置隧道模型施工动态模拟还需要按照实际施工情况配置人员、机具、设备等相关资源：隧道模型资源配置三、阶段成果（3）

参数设置甘特图（GanttChart）以图示的方式通过活动列表和时间刻度形象地表示出石鼓山隧道的工序安排、衔接、持续时间等施工要素。施工甘特图三、阶段成果（3）

参数设置计划评审技术（PERT）利用网络分析制定计划并对计划予以评价，主要用于协调石鼓山隧道整个施工组

织

计

划

的

各

道

工序，合理安排人力、物力、时间、资金。施工模拟计划评审技术三、阶段成果（4）

动态模拟施工过程中进度管理施工动态模拟可以直观、形象地展示出整个施工过程，并对施工过程中的人员、设备进行碰撞检验。施工过程中安全管理三、阶段成果5、轻量化展示CATIA、DELMIA等原始模型的体量非常大，并且随着模型精度的提高其体量呈倍数增长，例如30m长一段隧道洞身施工精度的模型可达到3G以上，如此体量的模型一般的计算机都难以运行。因此，模型的轻量化对现阶段的计算机水平来水非常重要。课题组在综合比选各类软件及相关技术之后，最终采用3DVIA

Composer来实现模型的轻量化，如后所示。一

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