基于BIM技术的铁路隧道建模方法研究

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摘要：为了更好地运用BIM技术在隧道行业中，文章基于实际项目，按照隧道结构类型，在Revit中进行洞门、洞身、排水槽等主要组成部分的参数化建模，并完成各模型间的拼接工作，后利用Lumion软件对隧道模型进行三维漫游展示，为BIM技术在隧道行业中的应用提供了一种思路。

Abstract： In order to make better use of BIM technology in the tunnel industry， based on the actual project， according to the tunnel structure type，  this paper performes the parametric modeling of the main components such as the hole door， the hole body and the drainage channel， and completes the models in Revit. After the splicing work， the Lumion software is used to display the tunnel model in three-dimensional roaming， which provides a way of thinking for the application of BIM technology in the tunnel industry.

关键词：BIM;隧道模型;三维漫游

Key words： BIM;tunnel model;three-dimensional roaming

中图分类号：U459.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）01-0188-03

0  引言

近年来，随着现代计算机技术和互联网的发展，大大提高了现代交通建设的要求标准，推动土木工程行业整体进步。为了满足施工项目的复杂多变，BIM技术应运而生，它不仅能将项目的实际信息转化成数字模型，还能在项目的生命周期中，有效的进行控制和资源共享。

目前，BIM技术已经在建筑、机械等行业得到了迅速的发展，并取得了一定的成就，然而在铁路行业中与其相比，仍还相差甚远。中国铁路总公司及时认识到铁路信息化的重要性，于是在2013年5月召集了各大铁路设计院围绕“铁路BIM应用技术”进行研讨，确定了未来BIM技术在铁路应用的目标，这标志着中国铁路信息化进入了一个全新的发展阶段。

1  项目介绍

隧道所处地区位于陕西省延安市延川县关庄镇甄家湾，双线高速铁路隧道，全长4750m。该地区的坡度较大，隧道进出口坡度约20°，地形起伏明显，中间地势高于两端地势。隧道所处的地质为黄土地区，土体松散，结构疏松，隧道施工时要将强防护和排水措施，防止黄土下陷等危害。根据当地气象局的统计，该地区平均气温9.7℃，夏季最高40℃，冬季最低-23℃，年降水量550mm。

2  隧道方案比选

2.1 洞门选择

隧道洞门形式的选择是根据山体的纵向压力和地形坡度、地质条件所决定的，在铁路隧道中主要有以下几种洞门形式进行选择，如表1所示。

由于甄家湾地区的地形较陡，受地形条件的限制，且修建隧道较长，应采用柱式洞门作为隧道洞门。

2.2 衬砌构造

隧道开挖后破坏了原来的地层结构，容易引起洞穴的变形或塌方。为了防止危险的产生，需要在隧道的圆形表面上用混凝土等材料构造永久性的支护结构，这种结构就叫做隧道衬砌。对于不同的围岩类型可以采用不同的衬砌形式。

在高速铁路的隧道衬砌中大多为复合式衬砌，如图1所示，所以在本隧道用也采用复合式衬砌。初次衬砌时采用喷锚支护，其优点是支护作用快，能与围岩紧密贴合，从而在加固围岩的同时，使围岩更好的发挥自承作用。二次衬砌采用混凝土衬砌，防止外层风化，使表面平顺光滑，外观视觉较好，提高给人的安全感。

2.3 桥隧与隧道连接

铁路中的各工程建筑物都是相互关联的，隧道也不可能只是一个独立的工程，需要与其它工程建筑进行对接。在甄家湾隧道中就存在桥隧连接的安全问题，为保证工程的可靠性，缓坡地段需要在桥隧连接处放置隧道口过渡板，提高列车通行时的稳定性。陡坡地段往往存在卸载问题，为了防止后期运营时水平荷载引起的卸荷裂缝，施工时需将桥台延长跨过裂缝带，进入隧道内部，从而减小裂缝的影响。

3  BIM建模

3.1 建模方法研究

在BIM平台中的多种软件中，使用Revit进行建模，其具有结构设计和结构模型的强大工具，可以将复杂模型进行参數化处理，并且Revit也是在BIM化设计中应用最为广泛的建模软件。

一个完整的隧道模型并不是一步构建而成的，需要将隧道拆分成洞门、翼墙、排水孔等，然后在Revit中建族拼接，构建出一个完整的隧道模型。建模方法如图2所示。

3.2 洞门建模

在使用Revit进行建模之前，通常需要进行环境的选择，也就是根据各专业要求打开不同的样板文件，在本项目中打开的是“结构样板”。建模环境选择完成后，将CAD文件导入Revit中，使用“拾取线”工具构建一个封闭的洞门区域，然后根据侧面图的具体参数要求，对洞门进行厚度的调整。

对排水沟、翼墙等模型的构建也是按上述方法进行操作，但要注意模型在左右立面的放置。由于隧道排水孔比较特殊，需要手动进行空心拉伸。如图3所示。

3.3 洞身放样

洞身模型的构建与前文中的方法不太一样，因为完整的隧道模型中含有曲线地段，如果使用拉伸功能则不能与实际线路走向相一致，所以为了满足线路走向的要求，需要在Revit利用原有的隧道路线进行二次路径绘制。具体操作如下：首先，新建族并在楼层平面的参照标高中插入CAD线路图，注意单位为cm;然后，在右立面中载入隧道的放样轮廓进行编辑;最后，利用Revit中的“绘制路径”工具，使用拾取线对已有线路上的各段路径进行拾取，注意在拾取时需要按住shift键，不然得不到一条完整的曲线线路。最终洞身样式如图4所示。

3.4 模型参数化

在模型构建过程中，需要按照设计要求进行各项参数的调整，参数主要分为两类，一种是几何元素间的连续几何信息，这种参数固定。另一类是模型的各种尺寸值可以人为的进行调整，称为可变参数。通过Revit中的“添加参数”工具，对模型进行参数化处理。为了提高模型的真实性，还可以自由选择模型的使用材料，在此设计中，洞门和洞身都选用C30混凝土作为建筑材料。

3.5 项目构建

通过上文已经完成了隧道整体模型的构建，但单独的隧道模型不能体现工程项目的实际性，所以为了能够更好的表现隧道所处地区的地质和地形信息，需要在Revit中建立地形模型。具体操作就是将只含等高线图层的CAD文件导入Revit中，进行曲面的创建并为其添加材质参数信息，随后将已经建好的隧道模型插入地形模型中，如图5所示。

4  BIM模型的三维漫游

Lumion作为一款强大实时表现软件，不仅能够制作3D动画，还可以导入已有模型进行材质和场景模型的更换。Lumion其最大的优点在于它能短时间制造出惊人的建筑可视化效果，为设计者节省时间和金钱，使工程项目人员更直观、形象的了解工程物全貌。具体操作如下：

在制作三维漫游时需要注意，由于隧道长度达4km，计算机显卡、CPU难以承受，所以需要进行比例的缩小。最后使用Lumion中的录像功能进行漫游，完成动画的制作，如图6所示。

5  结论

本文基于实际项目，根据地质情况进行隧道洞门和衬砌方案的选择，并分别介绍了桥隧在不同坡度时连接的两种方案，随后利用Revit软件构建三维隧道模型，并通过三维漫游软件直观地展示了建筑物细部结构。相对于传统的二维图纸而言，三维模型不仅能提高项目的工作效率，还能减少施工错误，更好地提高项目的可靠性。

参考文献：

[1]易思容.铁路选线设计[M].成都：西南交通大学出版社，2001：119-124.

[2]何发亮.隧道工程地质学[M].成都：西南交通大学出版社，2014：127-139.

[3]陆海燕，钟铁夫，王秀文.基于BIM的框架结构参数化设计研究[J].土木工程信息技术，2015，7（5）：107-112.

[4]李宇翔.浅析城市山岭隧道选线方案设计[J].工程建设与设计，2019，8：96-97.

[5]何波.BIM多软件实用疑难200问[M].北京：中国建筑工业出版社，2016：98-185.

[6]陈杰.铁路山岭隧道BIM设计应用研究[J].铁道勘测与设计，2017，1：13-16

[7]于淼.BIM在铁路设计中的应用[J].交通建设与管理，2014（20）：201-202.

[8]李君君.基于BIM理念的鐵路隧道三维设计技术研究[J].现代隧道技术，2016，1：6-10.

[9]徐骏.BIM在铁路行业的应用及其风险分析[J].铁道工程学报，2014，186（3）：129-133.

[10]许东风，杨建群.采用新奥法的隧道BIM施工模拟研究与应用[J].施工技术，2019，48（6）：30-35.

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