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罗剑、胡火全
（江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330052）
在公路隧道工程设计环节，传统设计方法不能实现可视化参数调节，会影响隧道工程设计效果。而BIM 技术具备可视化、建模化等功能，可以在模型构建环节调节设计参数，对提高工程隧道项目的设计效果有重要帮助。
对于BIM 技术的协同方式而言，其包含局域网与广域网，协同方式如图1 所示。通过分析图1 可知，各个专业的模型文件均作为本地文件的关联文件，这种文件的布局形成工作集。在设计环节所有者在阶段性工作完毕以后，只需要通过与中心文件进行同步，就能达到分发当前自己最新成果的目的。其他专业人员在该专业模型构建时，只需要得到作者的授权则即可进行模型的使用以及修改，这样就能够实现数据的更新。基于网络模型的系统原理以及工作流程，相关分院的设计人员只需要将模型文件上传到服务器，通过网络或是代理服务器即可实现模型的参考以及调用[1]。
图1 BIM 协同及设计
应做好线形和标准横断面的各项设计，结合工程资料创建和调整三维模型。此种方式能够基本表达整体设计思路，但存在以下问题：一是会导致紧急停车带出现严重的变宽现象；
二是无法及时调整局部的行车距离和隧道主洞的情况；
三是隧道洞口等不同的构件存在严重的精度不足。这些现象无法满足设计要求。为了解决以上存在的问题，经过研究与探索，总结出两套具有参考性意义的隧道构件处理方式。
2.1 族编辑器和驱动调用的解决方案
在欧特克公司的支持下，所开发出的建筑三维建模软件，能够通过可视化编程做好适当处理，是目前常见的一种隧道模型创建方法，更好地提升整体的效率和精准度。Revite dynamo 的具体应用操作如下：
2.1.1 挑选合适的族文件形成有效的隧道模型，确保精准度的全面提升。
2.1.2 在节点文件的使用过程中，严格按照重复性的操作，打造有效的集成文件，提高工作效率。
2.1.3 做好精准的控制系统的自定义服务，了解的文件内容，通过统一化的处理方式，打造具有系统性的模型体验。该项方法在demo 软件上得到了全面功能调整，为后期的各项推广提供更多的选择[2]。
2.2 三维线形放样解决方案
这种方案是由本特利公司开发的，在三维建模软件创建方法的基础上，从不同设计角度进行调整，保证整体的精确度和模型轻量化的特征。所以为了更好地进行操作，要做出系统性调整。Power Civil 的具体应用要点是：
2.2.1 发挥PC 端的优势，但是正面临着以曲线方式形成横断面模型的一种落后形态。因此，选择直线段的分割来进行处理和创建。严格按照导入的最小限行机制，做好圆弧段和控制点的全面处理工作。
2.2.2 在紧急停车带廊道两端，需要对电缆沟盖板外端顶点进行全面约束，为后期公路变窄，做出适当的处理和调整。
2.2.3 附属构件：通风照明设备严格按照不同的辅助形式打造稳定有效的软件建模模型，逐步迈进当前的各项内容，做出适当的调整和处理。为了方便后期的各项参数修改，只有做好隧道构件库的建设工作，确保整体效率的提升。
2.3 不同流程对比方案
Revit＋dynamo 的选择方案是以拼装模型作为主要的设计思路，通过参数化驱动的形式，实现dynamo的复杂体融合。凭借dynamo 中的编写文件程序，确保了Revit 构建过程中的批量化处理和定位操作，在较短的时间内实现高精度模型的构建，选择合适的方案，为后期的信息传达和效果展示提供更多的有效依据。但是这种方法也有其自身的劣势。
国际教育数据挖掘学会认为教育数据挖掘的主要目的为：利用数据挖掘的方法探索教育数据，帮助更好的理解学生以及学生的学习环境和背景，进而预测学习者群体的学习效果[2]。学习分析则通过搜集教与学过程中的行为数据，并应用机器学习和数据挖掘的方法和模型，从多个维度深度挖掘有价值的数据信息，揭示其中隐藏的学习行为模式，预测学习者的学习结果，从系统角度出发帮助学生、导师和教育管理者做学习和教学决策[3，4]。二者的关键不同在于教育数据挖掘侧重于全自动方法发现教育数据隐藏信息，更多的用于结果预测；
学习分析则偏向于采用人为主导的方法分析教育数据，更多的用于为学习行为和现象寻找可解释和可理解的模型[5]。
作为一种典型可视化的编辑操作界面，dynamo 的操作手续相对复杂。面对大体积量会对日常的运行带来严重的影响，整体的设计思路相对低端。Power Civil 思路的设计具有稳定的契合度，通过放样融合的操作方式，可以保证平台创建过程中的形态选择，形成有效的模型构建，确保整体的精准度，使其符合目前的设计需求，并严格按照轻量化的操作方式，提升整体的承载性。参考方案流程特征对比详见表1。
表1 施工方案流程比较
随着BIM 技术在隧道项目中的推广和使用，初步设计和施工图纸设计有了更加明确的方向，包括项目的审批和施工的前期准备等各项复杂操作的内容。设计环节，需要严格按照建筑信息打造模型，使其具有高精度的形态。一般来说，在模型构建中，涉及三维地质模型、围岩、钢筋、木材等不同的信息形态。
从精度等级层面分析：包括主体结构和内部结构设计。在多项设计方案和附属结构的设计下，形成稳定的形态；
模型的基本深度需要严格按照当前内容等级进行确保，几何尺寸的精确度也随之提升，更好地呈现出物体的基本特征结构。总的来说，只有做好整体的外貌特征设计，才有利于后期的施工准备和模型的构建。在BIM 技术应用环节，涉及很多详细的信息数据，所以在确保基本要求满足的前提下，需要综合周围的各项因素进行参数优化，以提升设计效果。此次项目选用的是Power Civil 作为主要的建模设计软件。
3.1 项目开展状况
作为一段典型的控制性工程，此次施工的隧道主体是位于两个城市区域的交界处。该地形特征复杂多变，据此判断该地处于伏牛山系，海拔在700～1100m。面对复杂多变的地形结构特征，需要设计6.537km 的隧道长度。从隧道的内部结构来看，设置8 处车行横通道和18 处人行横通道。结合高速公路的设计内容，当前的公路等级和相关的内容要严格按照规范推进。行车的设计时速是100km。由于施工周围的地质相对坚硬，整体的工程特征更加明显。从当地的地下水情况来看，主体的地质构造以块状基岩裂隙水为主。表现出相对松散的状态。此次隧道以复合式衬砌断面设计作为主要的设计思路，方便后期的各项施工操作[3]。
3.2 三维建模实践操作要领
3.2.1 在处理三维地形时，要时刻关注PC 中所选用的过滤器形式。直接关乎图层、线形、颜色、高层等相关信息，并结合等高点和数据点实现全面数据检测。一般情况下，要以特征作为地形数据模型的构建，打造具有典型意义的DTM 命名点。基于当前算法，最终形成的地形表面呈现出小三角形的平面特征。特别是要关注周围三个点的三角形创建，形成地形的基本形态。
3.2.2 三维地质：做好钻孔数据和地质剖面图的选择和设计工作，严格按照三维岩型模型打造有效的空间。在同一岩层和设计的工程范围面内，为了维持整体的稳定性，要确保各项数据的充分发挥。所有的行程原理和流程要严格按照以下的工序推进：首先，全面落实地勘数据的整理工作，形成有效的地形曲面；
其次，系统中输入钻孔的具体数据，形成系统完备的岩层信息，并对相对高差进行全面控制。在各项参数的共同作用下，地质结构内部的各项信息可以进行科学的把握和调整，并了解地形局面的各项高度类型，打造具有良好的剪面特征。通过具体数值的调整和构建，形成稳定的中层体，进而打造具有良好性质的地质三维模型。
三维地质的关键要素可以维持相关信息数据的稳定，确保地形数据的获取和数据勘探的完整性，为后期的钻孔数量和高程测量点的选择提供更多的思路。地质模型会呈现出更加明确的基本特征，尤其是在处理地形构造时，要及时剔除个别极致点。做好两点连线的控制工作，更加准确有效地绘制出实践地形模型。在处理地质模型时，如果涉及许多其他方面的地质土层，要充分结合目前的三维信息数据，做好人为判定机制的提升工作。完善当前的三维地质模型数据信息，确保目前精确度和钻孔的数据精确值，使其达到相应的设计规范和要求。从理论的角度来看，三维地质模型的精确度要有实际的勘察作为主要数据来源，并通过编审二维的方式实现高度一致的状态。
3.2.3 三维路线模型：基于二维基础全面升级原有的模型，对三维线形进行转换升级。设计环节做好平面点的绘制工作，以此为基础绘制纵断面。设计时软件会从大量的数据信息中出发，构建起完整的三维线形。从实际的应用环节来看，不同方式的选择可以维持纵断面的设计有效性。
首先，结合设计文件的总体方案思路，将主线数据设计融入三维地质模型的构件中，打造具有良好线路的方案，进而为地质岩层的各项数据提供更多的选择。其次，在地质方案的优化设计时，还要保证沉降线路的各项要求，使其符合相应的设计。再次，在设计平面线路方案时，还要做好纵横面的设计工作和处理了解当前的基础形式，打造具有良好意义的三维空间模型构建，更好地推动三维主性文件的内容确立。最后，了解数据的各项内容，把握通道和斜井的基础部分。从PC 软件的平面数据来看，随时添加有效的内容，打造具有三位一体的路线设计模型标准[4]。
3.2.4 围岩划分：参考岩石的坚韧程度和完整性，全面控制基本因素，特别是要关注定性特征和定量特征。在基本质量指标的修正环节中，随时对各项内容进行科学判定，了解左右线和斜井围岩的级别大小，确保隧道结构设计的参数指标符合规范，使其具有良好的类型特征。进出口端的围岩整体等级是V级，表现出一种松散的状态。结合洞口的控制级别，有效维持当前的稳定性能。一般会选择锚杆喷射混凝土的方式进行全面加固，并做好基础性的防护工作。严格按照实体材料进行科学设计，呈现出三维立体的模型特征，方便轻量化的设计和调整。
3.2.5 隧道横断面：从三维模型的原理出发，打造具有立体的隧道横截面。在制作二维平台的环节中，需要对横断面的模型文件内容进行完善升级，有效提升整体的精确度，形成稳定的圆弧段，把握核心特征。考虑到组件赋予的基本特征和特性，涉及初次和二次支护的操作内容和形式。紧急停车带拦道的两端，需要通过有效的形式进行约束，严格按照公路形态做好控制调整。
3.2.6 材质定义：通过PC 高度自定义化，实现材质属性的全面释放。通过专用性的工作空间，把握核心构件材质。严格按照基本的定义做好全面添加。三维模型的实现可以高效渲染当前的内容，并结合特征属性打造良好的形式。工程量统计和报表能够彰显出初期建构的基本形态。
3.2.7 主洞、横通道和其他细节：当横断面模板和材质库形成体系后，就可以打造三维地形和地质模型。依托相应的软件，形成系统的廊道功能。将隧道口的起点与终点实现连接，调整当前的辅助实体，实现布尔运算。同时，在紧急停车带要考虑电缆沟的下沉状况，把握核心特征[5]。
3.2.8 处理紧急停车带边框部分的技巧和措施：全面控制桩号不同点的分布情况，及时编辑横断约束点。当设计路线变宽变窄时，还要结合设计点进行调整。
3.2.9 锚杆、钢筋：隧道锚杆处理会选择线单元进行，并结合岩面的尺寸大小和数量规格，通过相关的软件做好钢筋的建模工作。现有的软件平台以复杂节点作为有效的参考形式，特别是在隧道交叉处，打造具有良好稳定的互动平台。
为了发挥BIM 技术在隧道工程施工的优势，实现内部信息共享，本文在分析BIM 技术各项参数内容的同时，对隧道工程基础性特征进行分析，提出了BIM 技术设计措施，且通过探讨得出以下结论：其一，数据创建初期，从现阶段的隧道内容出发，把握核心方案标准，更好地解决模型的精度问题。通过不同方案的对比参考，全面拓宽BIM 技术的设计想法。其二，隧道设计阶段主要基础内容是识记项目，故而从软件参考出发形成三维的标准设计，验证公路三维设计的可行性，方便后期的分析和处理。其三，隧道BIM 技术的应用和探索具有明确的方向，并做好统计和进度的模拟测试。在把握围岩信息辅助功能的基础前提下，通过三维模型的定义分析，实现科学有效的设计，如此，才可以更好地推动BIM 技术的全面推广和应用，为国内的隧道工程建设提供科学有效的思路。
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