公路橋梁隧道信息化建模

近些年，隨著BIM 技術的普及與快速發展，BIM技術在公路隧道建模中的應用已由過去簡單的三維漫游展示，向精細化、信息化等本質要求轉變。

由于公路橋梁隧道工程的復雜性以及線性特征，BIM技術在該領域的應用仍處于起步階段，傳統建模方式不但無法適應隧道高效、精確的建模需求，而且不能滿足項目建設全生命周期的管理需要。技術人員基于BIM核心建模軟件Revit，結合四川省仁沐新高速和康新高速各隧道工程項目，以數字化模型的建立為突破口，進行了隧道建設全生命周期中的信息化應用探索。

隧道信息化建模技術路線

目前，基于Revit的數字化建模主要有以下兩種思路：一是利用Revit自帶參數化插件Dynamo，以設計文件的CAD圖紙為基礎，人工讀取圖紙中的有效參數，經過由點連線后生成面，最終通過放樣或放樣融合形成三維隧道模型。二是將隧道按照其結構劃分成基本構件，并將這些構件制作成三維參數化族庫。當需要進行隧道建模時，調用參數化族庫中的相應構件拼接組合為完整的隧道。

基于隧道建設全生命周期管理的需要，綜合考慮以上兩種思路的優缺點，研發團隊將隧道構件分為兩大部分。其中主洞洞室和人行、車行橫通道等斷面規律性強的構件，通過對Revit二次開發自動生成；而鋼架、蓋板、錨桿等精細構件，則通過調用并驅動參數化族實現精確建模。

隧道信息化建模技術路線

信息化建模關鍵步驟

基礎數據庫的建立

公路隧道基礎數據庫主要包含隧道軸線信息、襯砌斷面信息和附屬構件尺寸信息。

（1）隧道軸線信息

公路隧道軸線包括主洞設計軸線和人行、車行橫通道軸線，是實現信息化建模的重要參數。該信息可通過緯地路線數據解析獲得，并調用Revit相關API擬合成構建隧道BIM模型所需的三維軸線。

（2）襯砌斷面信息

公路隧道襯砌斷面形式多樣、種類繁多，按照功能可分為常規隧道輪廓、加寬隧道輪廓、車行橫通道、人行橫通道、斜井、明洞等；而按照形式又有直墻式、曲墻平底式和曲墻仰拱式，曲墻仰拱式又可分為有初支仰拱和無初支仰拱的情況，且仰拱與拱墻或初支的連接方式也有所差別。在分析常見公路隧道通用圖的基礎上，對各種斷面進行歸納總結，提出各種斷面的確定參數。

（3）附屬構件尺寸信息

附屬構件主要包含蓋板、洞門、側墻等，其主要參數信息通過設計圖紙提取。

隧道部分斷面參數示意

襯砌結構及附屬結構建模

（1）襯砌結構數字化建模

通過對Revit進行二次開發，直接讀取基礎數據庫中的路線數據和襯砌斷面數據，依據襯砌起終點樁號劃分路線，按照斷面的幾何關系計算各關鍵點的坐標連線成面。然后分組分段放樣或放樣融合成體，并通過相應方法將所有實體轉換為Revit族實例。

隧道斷面數字化建模

（2）交叉口處理

對于人車行橫洞，由于人車行橫洞是和隧道區段連接的，其連接部分需要考慮到襯砌的重合、多余襯砌的刪除等問題。具體思路是用參數化方法建立標準斷面和人車行橫洞的襯砌結構，分別取兩斷襯砌結構對對方斷面實心主體的布爾差集。

隧道模型交叉口處理

（3）附屬結構參數化驅動

首先建立隧道附屬構件參數化族庫，通過讀取基礎數據庫附屬構件信息，驅動各構件族參數，并通過程序實現各構件的自動放置。

隧道附屬結構

建筑信息數據庫構建

建筑信息數據庫主要包含構件位置信息、構件材料信息、構件編碼信息。其中，構件位置信息用于區分不同構件的位置；構件材料信息用于統計不同材料的使用量；構件編碼信息分為結構形式碼、空間分類碼、工程構件碼、工程分類碼、工程屬性碼和分部分項工程碼，主要用于施工運營過程中的進度顯示、質量控制、運營監測等。所有建筑信息數據均在建模過程中利用Revit強大的屬性功能，對每個構件進行編碼，并與數據庫信息綁定。

信息化模型在建設管理系統中的應用

隧道信息化建模的應用優勢

實現快速精準建模，提高工作效率

隧道信息化模型的建立基于嚴格的邏輯語言，通過數據庫讀寫參數快速生成模型，建模流程標準化。避免了傳統建模方法中的大多數的人為影響因素，大大減少了傳統隧道建模方法中的重復勞動，真正實現快速精準建模，大大提高了工作效率。

延伸BIM技術應用至設計階段

隧道信息化模型的建立通過讀寫數據庫數據建立而成，形成的模型與數據庫中的數據一一映射。當信息化模型建立以后，便可按照事先定制的模板，通過CAD二次開發自動繪制隧道的剖面設計圖并自動標注相關尺寸，從而實現對設計圖紙的快速修改，減少圖紙修改的工作量。此外，信息化模型還有助于工程量統計及計算工程造價，將BIM技術的應用由翻模拓展至設計和施工階段，為隧道BIM模型全生命期應用奠定基礎。

保障項目施工運營管理

建模過程中形成的建筑模型信息庫及帶編碼的構件，可以實現對隧道每個構造物的可查可控。不僅可以對構筑物材質、體積、尺寸等全部參數讀寫、修改，方便地進行施工模擬，而且可以在對應構件上加載業主需要的信息（如施工進度、操作人員、監控信息、應力應變等），實現隧道工程項目施工運維的信息化變革，真正將BIM技術的應用推廣到項目的全生命周期。我院開發的建設管理系統正是基于信息化的公路、橋梁、隧道、涵洞模型結合GIS，實現了對公路工程項目的信息化管理。