江阴和靖江是隔长江而望。图为江阴夜景

    工程概况

    江阴靖江长江隧道工程北起靖江公新公路，沿城西大道向南，采用盾构隧道形式穿越长江至江南岸江阴市，下穿滨江路后沿西外环路布设，止于芙蓉大道。工程路线全长约12.4km，其中隧道段长约6.4km，设置S356互通、滨江路地下互通和芙蓉大道互通共3座互通立交，并在公新公路和人民路设置2座出入口匝道。主线收费站设置在江北靖江侧公新公路与S356公路之间。工程采用高速公路标准兼具城市快速路功能，设计时速80km，双向6车道。

    江阴第二过江通道工程长江隧道由长约725m的江北明挖隧道，长约4.9km、直径15.5m的盾构隧道及长约800m江南明挖隧道组成，明挖隧道包含江北和江南各1座长25m的盾构工作井。

    工程场区由多层场地土构成，覆盖层主要为软塑-硬塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土、松散-密实粉土、粉细砂、密实含砾中粗砂等，不良地质主要为饱和砂土液化和浅层气，场区特殊性岩土主要为填土、软土、钙质胶结物、风化岩。

    江阴靖江长江隧道工程方案

    CAD+GIS在规划、工可阶段应用

    在规划、工可阶段，设计内容主要依据设计条件，建立设计目标与设计环境的基本关系，提出线路总规划、各段落结构方式的初步解决方法等，为后续若干阶段的工作提供依据及指导性文件。

    本阶段GIS模型主要采用卫星影像、航空摄影测量生产的地形图和数字正射影像建立。

    通过将GIS模型数据导入至设计选线软件中，直观展示线路方案与工程环境及相关控制因素之间的关系。

    基于GIS模型的选线设计，使设计可以直观、充分地考虑线位与规划的适应性、对涉水设施的影响、接线条件及对环境的影响等。当有多个比选方案时，可以将多个方案同时集成至GIS模型中展示，直观展示各论证方案的优缺点。江阴靖江长江隧道工程设计过程中将2个方案导入至GIS平台进行展示比选。

    CAD+GIS在规划和可研阶段选线的应用

    BIM+GIS在初步设计、施工图阶段应用

    到初步设计、施工图阶段，工作进入细化设计阶段，可行性研究的设计内容不会有太大改动。这一阶段将建立精细化BIM模型和三维GIS模型，并将二者融合应用于设计。

    GIS模型建立

    GIS模型可准确反映工程周边的三维地表环境，建立GIS模型的主要方法有摄影、激光雷达、倾斜摄影测量等，其中倾斜摄影测量以精度高、模型逼真直观等优势，成为目前的主流方法。

    建立倾斜摄影模型流程：航空摄影→像控测量→空中三角测量（简称空三测量）→三维建模。

    （1）航空摄影。为建立江阴靖江长江隧道工程的三维GIS模型，采用飞马V100垂直起降固定翼飞机搭载专业倾斜摄影模块进行倾斜摄影。航空摄影地面分辨率设定为5cm，覆盖工程左右各500m，航飞重叠度按航向80%、旁向70%设计。

    倾斜摄影无人机

    （2）像控测量。为了将三维GIS模型准确统一到工程坐标系下，需实施控制测量。像控测量采用GPSRTK技术，按1km/对的密度施测，像控点选在空旷、特征反差明显的位置，影像清晰可见。RTK测量精度平面优于2cm，高程优于5cm。

    像控测量

    （3）空三测量。在航空摄影和像控测量完成后，将原始航片和像控点输入至Photoscan软件，通过光束法平差，计算得到每张像片准确的内外方位元素。检验空三测量精度的方法是检验检查点，在工程现场共测量20个检查点，平面中误差7cm，高程中误差9cm。

    （4）三维建模。将空三结果导入至ContextCapture软件进行三维GIS模型建立，三维GIS模型精度优于10cm。

    倾斜摄影模型

    BIM模型建立

    根据工程范围和专业分工，划分设计任务。建立BIM模型、制定交付标准，标准内容包括软件资源配置标准、业务流程规范、专业建模及分析标准、BIM整合标准、BIM协同标准、交付内容、交付深度、交付格式等。

    工程范围

    建立精细化盾构管片结构模型，包括管片衬砌、凹凸榫、密封沟槽、螺栓孔、手孔、注浆孔、定位孔等细部构件，将管片楔形量转化为相应的格式，提供给管片厂进行生产制作。同时根据管片结构计算结果及管片配筋形式，制作管片钢筋模型，根据管片钢筋三维摆放情况，辅助管片钢筋设计。

    精细化管片模型

    明挖隧道分为靖江侧和江阴侧，由主体、围护结构模型2个部分组成。明挖主体结构模型分为敞开段、暗埋段、工作井后续段、工作井以及匝道段，模型根据变形缝进行了分节。

    江北明挖隧道主体结构模型

    明挖段围护结构形式种类多样，主线与匝道基坑深度变化较大，竖向设置多道支撑，且位置随坑底变化。

    江南明挖隧道围护结构模型

    江阴靖江长江隧道接线桥梁工程包括接线桥、靖江西互通主线桥、靖江西互通匝道桥等桥梁工程。

    靖江西互通S356主线桥梁

    采用自定义部件编辑器，依据地形曲面自适应建立接线路基模型。

    北接线路基路面模型

    BIM+GIS模型建立

    三维GIS模型和精细化BIM模型建立完成后，采用中铁第四勘察设计院集团有限公司自主研发的BIM+GIS模型三维数据综合管理平台进行集成应用。通过集成BIM、GIS模型，实现BIM模型与地理信息数据集成管理与展示。可以利用GIS平台丰富的分析功能，实现工程的定位和空间、淹没、日照、火灾分析以及通视分析等。

    BIM+GIS模型在平台的集成效果

    三维倾斜摄影模型与BIM模型结合，可以增强可视化效果，更重要的是辅助工程勘察设计，沿线查看环境敏感点、辅助分析地质灾害、辅助拆迁分析等。

    辅助拆迁分析

    通过BIM+GIS集成平台，还可以加载地质钻孔模型，协助钻孔优化布置。

    加载地质模型后，通过剖切地质体或查询地质体的属性，协助盾构隧道设计。

    在规划、工可阶段，CAD+GIS技术主要应用于规划选线；在初步设计和施工图阶段，制定倾斜摄影建模标准和BIM建模标准，并据此建立了高精度的三维GIS、BIM模型，最后通过开发BIM+GIS集成平台，研究GIS、BIM模型的集成应用。BIM+GIS技术可为工程精细设计、决策等提供真实、准确的依据。

    江阴靖江长江隧道工程目前处于施工图设计阶段，BIM+GIS集成平台还在不断集成道路红线数据、POI数据、地下管线数据等，最终形成一个完备的江阴靖江长江隧道工程设计数据库。下一步拟将数据转换至施工管理平台，协助施工企业进行工程安全、质量、进度管理。

    内容来源：

    铁路BIM联盟成员单位——中铁第四勘察设计院集团有限公司

    基于CAD/BIM+GIS技术的江阴靖江长江隧道设计[J].铁路技术创新.

    戴林发宝，薛光桥，李海亮.

    （铁路BIM联盟文章，转发请注明出处）

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