公路桥梁隧道信息化建模

近些年，随着BIM 技术的普及与快速发展，BIM技术在公路隧道建模中的应用已由过去简单的三维漫游展示，向精细化、信息化等本质要求转变。

由于公路桥梁隧道工程的复杂性以及线性特征，BIM技术在该领域的应用仍处于起步阶段，传统建模方式不但无法适应隧道高效、精确的建模需求，而且不能满足项目建设全生命周期的管理需要。技术人员基于BIM核心建模软件Revit，结合四川省仁沐新高速和康新高速各隧道工程项目，以数字化模型的建立为突破口，进行了隧道建设全生命周期中的信息化应用探索。

隧道信息化建模技术路线

目前，基于Revit的数字化建模主要有以下两种思路：一是利用Revit自带参数化插件Dynamo，以设计文件的CAD图纸为基础，人工读取图纸中的有效参数，经过由点连线后生成面，最终通过放样或放样融合形成三维隧道模型。二是将隧道按照其结构划分成基本构件，并将这些构件制作成三维参数化族库。当需要进行隧道建模时，调用参数化族库中的相应构件拼接组合为完整的隧道。

基于隧道建设全生命周期管理的需要，综合考虑以上两种思路的优缺点，研发团队将隧道构件分为两大部分。其中主洞洞室和人行、车行横通道等断面规律性强的构件，通过对Revit二次开发自动生成；而钢架、盖板、锚杆等精细构件，则通过调用并驱动参数化族实现精确建模。

隧道信息化建模技术路线

信息化建模关键步骤

基础数据库的建立

公路隧道基础数据库主要包含隧道轴线信息、衬砌断面信息和附属构件尺寸信息。

（1）隧道轴线信息

公路隧道轴线包括主洞设计轴线和人行、车行横通道轴线，是实现信息化建模的重要参数。该信息可通过纬地路线数据解析获得，并调用Revit相关API拟合成构建隧道BIM模型所需的三维轴线。

（2）衬砌断面信息

公路隧道衬砌断面形式多样、种类繁多，按照功能可分为常规隧道轮廓、加宽隧道轮廓、车行横通道、人行横通道、斜井、明洞等；而按照形式又有直墙式、曲墙平底式和曲墙仰拱式，曲墙仰拱式又可分为有初支仰拱和无初支仰拱的情况，且仰拱与拱墙或初支的连接方式也有所差别。在分析常见公路隧道通用图的基础上，对各种断面进行归纳总结，提出各种断面的确定参数。

（3）附属构件尺寸信息

附属构件主要包含盖板、洞门、侧墙等，其主要参数信息通过设计图纸提取。

隧道部分断面参数示意

衬砌结构及附属结构建模

（1）衬砌结构数字化建模

通过对Revit进行二次开发，直接读取基础数据库中的路线数据和衬砌断面数据，依据衬砌起终点桩号划分路线，按照断面的几何关系计算各关键点的坐标连线成面。然后分组分段放样或放样融合成体，并通过相应方法将所有实体转换为Revit族实例。

隧道断面数字化建模

（2）交叉口处理

对于人车行横洞，由于人车行横洞是和隧道区段连接的，其连接部分需要考虑到衬砌的重合、多余衬砌的删除等问题。具体思路是用参数化方法建立标准断面和人车行横洞的衬砌结构，分别取两断衬砌结构对对方断面实心主体的布尔差集。

隧道模型交叉口处理

（3）附属结构参数化驱动

首先建立隧道附属构件参数化族库，通过读取基础数据库附属构件信息，驱动各构件族参数，并通过程序实现各构件的自动放置。

隧道附属结构

建筑信息数据库构建

建筑信息数据库主要包含构件位置信息、构件材料信息、构件编码信息。其中，构件位置信息用于区分不同构件的位置；构件材料信息用于统计不同材料的使用量；构件编码信息分为结构形式码、空间分类码、工程构件码、工程分类码、工程属性码和分部分项工程码，主要用于施工运营过程中的进度显示、质量控制、运营监测等。所有建筑信息数据均在建模过程中利用Revit强大的属性功能，对每个构件进行编码，并与数据库信息绑定。

信息化模型在建设管理系统中的应用

隧道信息化建模的应用优势

实现快速精准建模，提高工作效率

隧道信息化模型的建立基于严格的逻辑语言，通过数据库读写参数快速生成模型，建模流程标准化。避免了传统建模方法中的大多数的人为影响因素，大大减少了传统隧道建模方法中的重复劳动，真正实现快速精准建模，大大提高了工作效率。

延伸BIM技术应用至设计阶段

隧道信息化模型的建立通过读写数据库数据建立而成，形成的模型与数据库中的数据一一映射。当信息化模型建立以后，便可按照事先定制的模板，通过CAD二次开发自动绘制隧道的剖面设计图并自动标注相关尺寸，从而实现对设计图纸的快速修改，减少图纸修改的工作量。此外，信息化模型还有助于工程量统计及计算工程造价，将BIM技术的应用由翻模拓展至设计和施工阶段，为隧道BIM模型全生命期应用奠定基础。

保障项目施工运营管理

建模过程中形成的建筑模型信息库及带编码的构件，可以实现对隧道每个构造物的可查可控。不仅可以对构筑物材质、体积、尺寸等全部参数读写、修改，方便地进行施工模拟，而且可以在对应构件上加载业主需要的信息（如施工进度、操作人员、监控信息、应力应变等），实现隧道工程项目施工运维的信息化变革，真正将BIM技术的应用推广到项目的全生命周期。我院开发的建设管理系统正是基于信息化的公路、桥梁、隧道、涵洞模型结合GIS，实现了对公路工程项目的信息化管理。