建筑信息建模(BuildingInformationModeling,BIM)技术作为山岭隧道物理特性和功能特点的数字化表达,通过建立参数化的BIM3维(3D)、4维(4D)甚至多维(nD)模型,服务于建设项目的整个生命周期,为建设项目各参与方的沟通协作提供了平台,为实现可视化效果、优化施工进度、改进施工方法、节约成本等提供了先进的技术手段。在山岭隧道BIM应用方面,中铁二院结合西成线开展路基勘测、设计及施工全过程BIM应用研究,探索基于BIM模型的铁路路基施工工艺,并在石鼓山隧道项目中开展了“石鼓山隧道BIM三维设计应用”研究。山岭隧道呈带状分布,长度从几百米到几千米,这与工业、民用建筑位于一个集中的区域截然不同;而且,和盾构隧道BIM建模相比,山岭隧道不存在盾构管片的概念,因此无法像盾构隧道那样把各环管片分别建模再拼接起来,这也造成了山岭隧道BIM建模的独特性与复杂性。同时,精细化的山岭隧道BIM模型有利于后期精细化的运维管理。BIM模型划分得越细,信息的提取、组合、加工越方便、准确,模型展示也越精准。但是,模型越细,构件数量也就越多。因此,找到一种山岭隧道的BIM精细化建模方法就显得尤为重要。

    山岭隧道BIM建模方法

    ▲BIM建模流程图

    山岭隧道BIM建模的主体思路是:先按照横断面几何形状不同将隧道分段;对于各隧道段,在Civil3D中创建隧道中心线,并将该中心线提取到Revit中;建立隧道轮廓族并将轮廓族载入到中心线模型中,放样融合创建各隧道段主体模型;将相邻隧道段拼接对齐;完成附属结构建模,并与隧道主题模型拼接对齐。建模流程图如图1所示。

    山岭隧道的隧道中心线是一条立体的空间曲线,由直线和曲线组成,曲线种类有圆曲线、复曲线、螺旋线、反向曲线、回头曲线等[8]。在山岭隧道建模过程中,重点和难点就在于隧道中心线的创建。

    ●1.1综合运用Revit和Civil3D建立隧道中心线

    1.1.1Civil3D中创建隧道中心线

    首先,将二维CAD底图导入Civil3D中,采用根据对象创建路线的方法,拾取CAD底图创建一条平面路线。此时,该平面线为隧道中心线在水平平面上的投影。其次,在该平面线的基础上创建纵断面图,并设置相应的纵断面图样式、图层和标签集,即可在Civil3D中得到一条基本的隧道中心线。

    该隧道中心线创建完成后,并不能直接使用,因为无法判定隧道里程进而无法确定相应的断面形式。采用为中心线创建标签的方法来解决此问题,在特定的主桩号上贴道路标签,常用的标签样式有AeccTickLine、AeccTickCircle等。至此,在Civil3D中创建道路中心线完成。

    1.1.2将Civil3D的隧道中心线导入Revit

    在Civil3D中完成隧道中心线的创建之后,接着要完成Civil3D和Revit的对接,变成可在Revit中直接拾取的隧道中心线。

    在Revit中新建一个公制常规模型,在参照平面上导入隧道CAD底图,以便于中心线的准确定位。如果直接在Revit中插入Civil3D的隧道中心线,该中心线将无法拾取,不能成为可利用的空间曲线。因此,要在Civil3D中将隧道中心线原点放在坐标原点,分解一次变成块集合后再导入到Revit中。然而,分解之后的隧道中心线将不再是一条连续的空间曲线,而是由许多单位长度的线段组合而成,因此就需要用样条曲线拾取各线段端点形成一条新的完整的平面曲线。这条新的平面曲线,即为隧道中心线在参照平面上的投影。

    同样地,为了得到隧道中心线在垂直平面上的投影,建立一个垂直于参照平面的工作面。在该垂直工作面上重复上述步骤,同样可以建立一个完整的线,即为隧道中心线在纵断面上的投影。

    有了隧道中心线在两个垂直方向的投影之后,便要根据这两条投影线建立空间线。分别拓展两条投影线形成闭合曲线,投影线为闭合曲线的关建边。在闭合曲线的基础上创建拉伸,两个垂直方向的拉伸会相交。相交的两个立体拉伸会有多条交线,而两条关键边拉伸出来的交线即为隧道中心线。通过上述方法,就可以在Revit中得到可直接拾取利用的隧道中心线。

    ●1.2该中心线创建方法在横通道建模中的应用

    采用和创建隧道中心线类似的方法,同样可以采用Civil3D创建道路的方式进行横通道建模。

    根据车行横通道所在主线位置的支护类型,量出左侧边沟左上角相对设计原点的坐标位移,用Civil3D软件建一个折线装配用来定位左侧边沟左上角,由此建成横通道左右两侧装配,如图2所示。

    ▲隧道支护及定位装配

    用创建道路的方式将该装配放置于横通道两侧的主线上,根据横通道的里程桩号来确定位置,然后将两侧的定位点用直线连接起来,再将该直线创建为横通道路线。路线两端的Z向坐标根据横通道图纸确定。在该路线的基础上,根据该横通道的支护类型创建道路。

    将该横通道路线导入Revit中,放样融合得到横通道实体模型,并根据实际情况对隧道主线与横通道实体进行剪切,剪切后的横通道模型如图3所示。

    ▲剪切后的横通道与主线

    最后,将剪切后的模型导入整体模型中,主线部分模型要替换原主线文件,完成横通道建模。

    ●1.3相邻隧道段的拼接

    在山岭隧道BIM建模过程中,由于各隧道段是分别单独建模,且相邻隧道段轮廓形状不同,因此在将相邻隧道段拼接在一起时,常出现隧道内道路面对不齐的情况。对于此种问题,可在放样融合建立各段隧道时添加轮廓转角的实例参数,将带有实例参数的隧道族载入到项目中,即可手动调整轮廓转角,实现相邻隧道路面平整对接。调整前后相邻隧道的路面对齐情况,如图4所示。

    ▲调整后相邻隧道路面变平整

    ●1.4附属结构的建模

    隧道主体结构建模完成后,对于土建专业而言,还要进行附属结构的建模。山岭隧道中常见的附属结构包括地下风机房、变电所等结构。附属结构的建模相对简单,可采用目前技术相对成熟的房建结构建模方法,先单独完成各附属结构的建模,再将其载入到隧道主体结构的相应位置,剪切掉多余部分即可。

    原文作者：陈旭阳 谢雄耀 华玉艳 张海钧 曹帆

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