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摘要：以杭州紫之隧道为依托，对BIM技术在山岭隧道工程中的应用进行了多方面的阐述，分析了其优缺点。采用多种软件完成了紫之隧道BIM模型的建立，并结合BIM在算量统计、提高信息利用率等领域的优点，对山岭隧道推广BIM应用提供了思路和方法。
关键词：BIM；山岭隧道；信息利用率；推广应用
1. 概述
随着我国隧道与地下工程的广泛开展建设，山岭隧道建设领域也取得了长足的发展。BIM技术[1]作为建筑行业的一种新型科技，也被引入到了山岭建设领域。如今，BIM技术已经渗入到山岭隧道工程建设的各个阶段，在协同信息交流平台、减少设计外变更、指导施工以及可视化运维方面起着不可或缺的作用。
传统的山岭隧道工程建设，由于参建各方信息不能及时共享，常导致各种问题和浪费。在山岭隧道工程建设阶段，由于隧道断面多样、地质条件复杂，设计施工的不确定性往往会有设计外变更，然而一旦出现设计变更往往要向多个部门申报手续，不仅延误工期还增加了成本。在隧道工程可行性研究和概预算阶段，由于隧道工程体量巨大、专业繁多、各种设施设备种类复杂，概预算编制难度较大，投资监理花费大量人力物力也难以得到很准确的预算金额，这也给某些不法分子以可乘之机。在山岭隧道工程运维阶段，由于缺少一个可视化的平台，业主很难做到对整个隧道的实时监督。
在这样的背景下，BIM作为一种全新的、可实现实时信息交互共享的互联网手段被引入隧道工程领域。BIM是Building Information Modeling缩写，即建筑信息模型，它是整个工程建设行业的一次革命。BIM以三维模型作为信息载体，将各种设计、施工、运维信息集成到隧道模型上，以便于工程建设各阶段中不同专业、不同单位之间的实时交流。BIM模型作为建筑信息的一个三维载体，归根到底就是一个可视化的数据库。无数的工程实践经验也表明，BIM最直接的优点就是提高了建筑信息的有效利用率。BIM以工程项目的相关信息数据作为模型的基础，与传统的二维设计相比具有以下几方面优势[2]：①模型信息集成，解决了项目各参与方信息交流不畅和信息断层问题；②模型参数驱动实现设计自动化和智能化；③开放的数据接口可实现多种软件的信息互访；④综合协同的多维仿真平台实现项目参建各方的协同合作。
2. 山岭隧道BIM应用的主要方面
将BIM技术应用到山岭隧道工程中，可以完美解决上述传统隧道工程建设中的问题。现从减少设计变更、算量统计、碰撞检测、进度管理和隧道运维五个方面，分别论述BIM技术在山岭隧道工程中的应用。
1）减少设计变更
首先，设计方将设计信息集成到三维模型中，改善了以往“二维+联想”的模式，大大减少了设计中的不确定性因素和出错率。对于施工单位来说，BIM技术能起到更加明显直接的作用，方便施工交底。在设计阶段，BIM技术提供参数化建模的功能，工程文件任意位置的改动，其余相关文件都会自动更新，减少了设计变更和设计人员的工作量。
2）算量统计
在工程造价管理中，工程量的计算是最为繁杂的部分，人工计算不仅需要花费大量时间和精力，而且容易出错[3]。此时，BIM在工程量计算中的优点就凸显出来，其明细表的概念能够大大减少算量时间，并提高算量精度。山岭隧道体量大、机电设备多，给算量带来了极大的挑战。BIM模型包含了二维图纸中所有位置、长度等信息，将模型中的信息精确到构件级。根据以往类似项目的模型，或者综合拟建项目初步模型，借助计算机对模型中不同构件的几何信息和物理信息的识别，通过软件内置的不同材料的不同计算规则，材料统计功能可以对要建项目的基本工程量进行快速准确的汇总统计，再结合造价类软件或者指标，可以使计算出的数据更加接近真实值，使决策更加合理。
3）碰撞检测
在山岭隧道设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题。应用BIM技术，山岭隧道内部复杂的管线碰撞问题便能完美解决。
4）进度管理
基于BIM的进度管理，主要是将3D模型空间上增加时间维度，形成4D模型。四维建筑信息模型的建立是技术在进度管理中核心功能发挥的关键。四维施工进度模拟通过施工过程模拟对施工进度、资源配置以及场地布置进行优化。过程模拟和施工优化结果在的可视化平台上动画显示，用户可以观察动画验证并修改模型，对模拟和优化结果进行比选，选择最优方案。BIM技术应用于项目进度管理，通过可视化虚拟施工能够直观的看到施工过程和结果，提高管理者对项目进度管理的能力。
5）隧道运维
山岭隧道运维管理作为行业的最后环节，具有持续时间长、对安全要求高等特点。将BIM技术引入隧道运维管理，可以在自运维的过程随时的更新，修改删除设备建筑信息，同时实时的根据新的信息构建整个BIM信息关系网，相比传统的运维系统，BIM运维系统对数据的存儲和展示做了非常好的结合，人员可以从数据快速的得到设备的可视化状态效果，同时通过可视化的效果可以快速得到设备的或者建筑模型的相关信息[4]。因此，BIM的应用能为业主提供一个可视化的平台，方便对整条山岭隧道的监督管理。
3. 工程实例
本文以杭州紫之隧道为例，介绍BIM技术在山岭隧道建设工程中的应用。紫之隧道全长，是杭州最长的公路隧道，共分为6个标段施工。隧道中间4个标段主要通过山岭地区，两端标段下穿城市既有道路，是杭州市“二环、三纵、五横”快速路网重要组成部分。
在紫之隧道中应用BIM技术，首先要解决的是隧道的BIM建模问题。根据不同用途，隧道模型可分为针对设计施工期的BIM模型、针对竣工结算的BIM模型和针对运维管理期的BIM模型等。BIM建模软件包括Revit、Tekla、Inventor等软件，紫之隧道的建模主要采用Revit软件。根据专业的不同，紫之隧道的模型包括土建模型和机电设备模型。综合运用Revit软件和Civil 3D软件，在Revit中建立公制常规模型，可得到紫之隧道的土建模型，如图3.1所示。
对于机电设备的建模，首先要分别建立好各机电设备的模型，然后把各机电设备载入到隧道主体结构中，确定其位置即可。结合Civil 3D中道路装配的概念，可实现机电设备的精确定位，建立好的机电设备模型如图3.2所示。
建立好的紫之隧道模型包括信息模型、设施参数和设施运维数据三大部分信息，将其导入运维管理平台，便可实现紫之隧道的实时运维。一方面，业主可通过该三维模型实时了解隧道内部情况，提高管理效率，加快应急响应的速度；另一方面，巡检人员在巡检过程中发现问题时，可直接在BIM模型上标注，反馈给业主及相关单位，简化了传统运维管理复杂的对接流程，为紫之隧道的安全运营提供了有力保障。
4. 结语
BIM技术能提高工程信息利用率，在减少设计变更、算量统计、碰撞检测、进度管理和隧道运维等诸多方面发挥作用。在山岭隧道中应用BIM技术，既有利于工程建设的安全进行，也有利于隧道运维管理的高效开展。引入BIM技术之后，相信我国的山岭隧道建设会取得更加长远的发展。
参考文献：
[1]李勇，管昌生.基于BIM技术的工程项目信息管理模式与策略[J].工程管理学报，2012（8）：017-021.
[2]黄亚斌.BIM技术在设计中的应用实现[J].土木建筑工程信息技术，2010（12）：71-78.
[3]Firat，C.，etal.，Quantity take-off in model-based systems. 2010.
[4]李少伟.BIM提升运维管理的研究[J].山西建筑，2015（7）：238-239.
关键词：BIM；山岭隧道；信息利用率；推广应用
1. 概述
随着我国隧道与地下工程的广泛开展建设，山岭隧道建设领域也取得了长足的发展。BIM技术[1]作为建筑行业的一种新型科技，也被引入到了山岭建设领域。如今，BIM技术已经渗入到山岭隧道工程建设的各个阶段，在协同信息交流平台、减少设计外变更、指导施工以及可视化运维方面起着不可或缺的作用。
传统的山岭隧道工程建设，由于参建各方信息不能及时共享，常导致各种问题和浪费。在山岭隧道工程建设阶段，由于隧道断面多样、地质条件复杂，设计施工的不确定性往往会有设计外变更，然而一旦出现设计变更往往要向多个部门申报手续，不仅延误工期还增加了成本。在隧道工程可行性研究和概预算阶段，由于隧道工程体量巨大、专业繁多、各种设施设备种类复杂，概预算编制难度较大，投资监理花费大量人力物力也难以得到很准确的预算金额，这也给某些不法分子以可乘之机。在山岭隧道工程运维阶段，由于缺少一个可视化的平台，业主很难做到对整个隧道的实时监督。
在这样的背景下，BIM作为一种全新的、可实现实时信息交互共享的互联网手段被引入隧道工程领域。BIM是Building Information Modeling缩写，即建筑信息模型，它是整个工程建设行业的一次革命。BIM以三维模型作为信息载体，将各种设计、施工、运维信息集成到隧道模型上，以便于工程建设各阶段中不同专业、不同单位之间的实时交流。BIM模型作为建筑信息的一个三维载体，归根到底就是一个可视化的数据库。无数的工程实践经验也表明，BIM最直接的优点就是提高了建筑信息的有效利用率。BIM以工程项目的相关信息数据作为模型的基础，与传统的二维设计相比具有以下几方面优势[2]：①模型信息集成，解决了项目各参与方信息交流不畅和信息断层问题；②模型参数驱动实现设计自动化和智能化；③开放的数据接口可实现多种软件的信息互访；④综合协同的多维仿真平台实现项目参建各方的协同合作。
2. 山岭隧道BIM应用的主要方面
将BIM技术应用到山岭隧道工程中，可以完美解决上述传统隧道工程建设中的问题。现从减少设计变更、算量统计、碰撞检测、进度管理和隧道运维五个方面，分别论述BIM技术在山岭隧道工程中的应用。
1）减少设计变更
首先，设计方将设计信息集成到三维模型中，改善了以往“二维+联想”的模式，大大减少了设计中的不确定性因素和出错率。对于施工单位来说，BIM技术能起到更加明显直接的作用，方便施工交底。在设计阶段，BIM技术提供参数化建模的功能，工程文件任意位置的改动，其余相关文件都会自动更新，减少了设计变更和设计人员的工作量。
2）算量统计
在工程造价管理中，工程量的计算是最为繁杂的部分，人工计算不仅需要花费大量时间和精力，而且容易出错[3]。此时，BIM在工程量计算中的优点就凸显出来，其明细表的概念能够大大减少算量时间，并提高算量精度。山岭隧道体量大、机电设备多，给算量带来了极大的挑战。BIM模型包含了二维图纸中所有位置、长度等信息，将模型中的信息精确到构件级。根据以往类似项目的模型，或者综合拟建项目初步模型，借助计算机对模型中不同构件的几何信息和物理信息的识别，通过软件内置的不同材料的不同计算规则，材料统计功能可以对要建项目的基本工程量进行快速准确的汇总统计，再结合造价类软件或者指标，可以使计算出的数据更加接近真实值，使决策更加合理。
3）碰撞检测
在山岭隧道设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题。应用BIM技术，山岭隧道内部复杂的管线碰撞问题便能完美解决。
4）进度管理
基于BIM的进度管理，主要是将3D模型空间上增加时间维度，形成4D模型。四维建筑信息模型的建立是技术在进度管理中核心功能发挥的关键。四维施工进度模拟通过施工过程模拟对施工进度、资源配置以及场地布置进行优化。过程模拟和施工优化结果在的可视化平台上动画显示，用户可以观察动画验证并修改模型，对模拟和优化结果进行比选，选择最优方案。BIM技术应用于项目进度管理，通过可视化虚拟施工能够直观的看到施工过程和结果，提高管理者对项目进度管理的能力。
5）隧道运维
山岭隧道运维管理作为行业的最后环节，具有持续时间长、对安全要求高等特点。将BIM技术引入隧道运维管理，可以在自运维的过程随时的更新，修改删除设备建筑信息，同时实时的根据新的信息构建整个BIM信息关系网，相比传统的运维系统，BIM运维系统对数据的存儲和展示做了非常好的结合，人员可以从数据快速的得到设备的可视化状态效果，同时通过可视化的效果可以快速得到设备的或者建筑模型的相关信息[4]。因此，BIM的应用能为业主提供一个可视化的平台，方便对整条山岭隧道的监督管理。
3. 工程实例
本文以杭州紫之隧道为例，介绍BIM技术在山岭隧道建设工程中的应用。紫之隧道全长，是杭州最长的公路隧道，共分为6个标段施工。隧道中间4个标段主要通过山岭地区，两端标段下穿城市既有道路，是杭州市“二环、三纵、五横”快速路网重要组成部分。
在紫之隧道中应用BIM技术，首先要解决的是隧道的BIM建模问题。根据不同用途，隧道模型可分为针对设计施工期的BIM模型、针对竣工结算的BIM模型和针对运维管理期的BIM模型等。BIM建模软件包括Revit、Tekla、Inventor等软件，紫之隧道的建模主要采用Revit软件。根据专业的不同，紫之隧道的模型包括土建模型和机电设备模型。综合运用Revit软件和Civil 3D软件，在Revit中建立公制常规模型，可得到紫之隧道的土建模型，如图3.1所示。
对于机电设备的建模，首先要分别建立好各机电设备的模型，然后把各机电设备载入到隧道主体结构中，确定其位置即可。结合Civil 3D中道路装配的概念，可实现机电设备的精确定位，建立好的机电设备模型如图3.2所示。
建立好的紫之隧道模型包括信息模型、设施参数和设施运维数据三大部分信息，将其导入运维管理平台，便可实现紫之隧道的实时运维。一方面，业主可通过该三维模型实时了解隧道内部情况，提高管理效率，加快应急响应的速度；另一方面，巡检人员在巡检过程中发现问题时，可直接在BIM模型上标注，反馈给业主及相关单位，简化了传统运维管理复杂的对接流程，为紫之隧道的安全运营提供了有力保障。
4. 结语
BIM技术能提高工程信息利用率，在减少设计变更、算量统计、碰撞检测、进度管理和隧道运维等诸多方面发挥作用。在山岭隧道中应用BIM技术，既有利于工程建设的安全进行，也有利于隧道运维管理的高效开展。引入BIM技术之后，相信我国的山岭隧道建设会取得更加长远的发展。
参考文献：
[1]李勇，管昌生.基于BIM技术的工程项目信息管理模式与策略[J].工程管理学报，2012（8）：017-021.
[2]黄亚斌.BIM技术在设计中的应用实现[J].土木建筑工程信息技术，2010（12）：71-78.
[3]Firat，C.，etal.，Quantity take-off in model-based systems. 2010.
[4]李少伟.BIM提升运维管理的研究[J].山西建筑，2015（7）：238-239.