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摘要：BIM技术也就是建筑信息模型技术，其核心在于通过信息技术来构建建筑工程的三维模型，有可视化、可模拟等诸多优势，在我国建筑工程领域得到了广泛的应用。不论是在现代商业、住房建筑，还是在教育、医疗设施中，都能见到BIM技术的应用身影。随着相关研究者对BIM技术的深入开发和探究，也为交通行业中公路隧道工程的设计提供了新的设计方式和思路。
关键词：BIM技术 公路隧道工程设计 应用
1、BIM技术在公路隧道工程应用中的问题
1.1工程现场地质环境相对复杂
与其它建筑工程施工有所不同，隧道工程项目具有一定的特殊性，且大多位于地质环境较为复杂的山岭中，这也使得常规的BIM技术在隧道项目建模方面存在一定难度。目前，隧道施工中所使用的BIM技术和隧道项目的实际地质条件等无法做到彻底兼容，致使基于BIM所构建的一系列分析模型置于整合系统之中无法进行再次编辑，且无法实施布尔运算。
1.2 缺少统一的标准与平台
公路隧道工程管理若需引入BIM技术，则需要额外配备与BIM技术相匹配的其它一系列软件，同时需要对包括建模、施工模拟以及设计等多个环节进行整合，使其可以互相协作，保证隧道工程的顺利开展。现阶段，许多隧道项目由于缺少统一的标准以及支持平台，因此BIM技术的实际功用得不到彻底发挥。
1.3 BIM支持平台不统一
当前，国内所使用的用于隧道工程管理的BIM技术大多引自国外，国内尚未有完全成形的BIM技术。而实际国内隧道工程施工管理与国外存在一定的差异，这也使得在国内隧道工程项目上使用国外的BIM技术会存在使用适应性问题以及软件之间的兼容性问题等等。为了保证BIM软件能够稳定运行，促使其可以与其它软件之间形成高效衔接配合，往往需要对这些引进软件进行二度开发与设计。但即便如此，二度开发后的BIM软件在使用过程中依然会存在与其它软件无法兼容等问题。大多数情况下隧道工程项目会采用建筑BIM软件进行，由于软件应用平台不一致，因此不利于隧道工程模型的数据交互。
2 、BIM技术在公路隧道工程设计中的应用分析
2.1基于BIM技术的三维模型协同设计
BIM技术协同设计在公路隧道工程设计方面，主要有两种应用方式，分别是局域网协同设计和广域网协同设计。两者在协同设计的原理和流程方面并无太大区别，简单来说局域网的协同设计就是通过局域网来构建建筑的三维信息模型，在公路隧道工程设计中，不同设计人员所负责的设计部分有所不同，局域网协同设计的原理在于将其所掌握的不同设计资料通过局域网来进行数据的传输和汇总，从而使得公路隧道工程的三维模型得以建立。在设计的过程中，设计人员主要通过局域网来进行设计信息的交流和共享，若要对设计方案进行修改，则必须获取相应的授权，这种局域网协同设计的模式，其设计信息数据不会轻易发生改变和泄漏，使得公路隧道工程设计的准确性和科学性获得了有效的提升。广域网协同设计的不同之处在于，其不通过局域网来进行信息共享和交流，而是利用服务器来保存和处理不同设计人员所上传的信息模型，设计人员同样通过服务器来调用所需要的模型资料。
2.2 基于BIM技术的三维施工模拟
BIM技术不仅有三维建模的能力，还有一定的施工模拟功能。在公路隧道工程设计中，设计人员利用BIM技术的施工模拟技术构建隧道的掘进模型，通过对掘进过程的模拟，判断当前地质条件下的掘进工艺是否能够保证施工安全，同时还能够对隧道内壁的受力情况进行模拟，使得衬砌设计得到优化，增加施工的安全性。公路隧道工程建模的本质是为了勘明施工工序是否存在冲突，从而避免施工过程中诸如系统锚杆、锁脚锚杆等相互干扰施工冲突现象的存在，使得施工能够顺利进行。
BIM技术这种施工模拟的优势在传统公路隧道工程设计中，基本能够清楚地对设计意图进行表达，也能促使其达到预期的施工目标，满足了公路隧道工程的设计需求。特别是在遇到较为复杂的隧道施工环境条件下，其必然面临着更为复杂的设计内容，传统设计模式下，施工人员无法有效对施工顺序图进行理解，施工意图的表达不到位，施工质量和进度也就无法保证。
在这样的情况下，利用BIM技术的三维施工模拟功能，对施工过程进行动态化的模拟，并将施工流程进行细致的划分，使得施工人员更清楚地理解施工工序和施工状态，在施工过程中能够根据现场条件进行与之相对应的调整，使得公路隧道建设的安全性得以保证。
2.3基于BIM技术的隧道三维模型构建实践
模型建立：
1.建立地质模型。地质模型的建立需要在地质剖面图以及钻孔数据的基础上，构建岩层柱状模型图，继而根据工程界限范围内相同数据的岩层生产不同的岩层面，并进行切割加厚，使得不同的地质实体模型得以建立，在模型中对不同岩层赋予与之对应的属性参数，使得地质模型以及资料库得以建立。地质模型建立的流程主要有以下几点：首先，对地质条件数据进行勘查，并在所获取数据的基础上，构建地形曲面；其次，将岩层的钻孔数据导入到地形曲面模型中，将各个钻孔所获取的岩层高差等信息进行录入，录入方式以某岩层钻孔数据录入为例，先将钻孔所穿过的不同地质层信息进行记录，再分别对钻入各地质层时，地面的高度差进行记录，从而获取各个地质层的厚度和距地高度；然后将地形曲面同钻孔截面进行剪切，同时对Z值进行调整，使初步的岩层柱状模型得以建立；同样以此方法将其他钻孔数据进行录入，并将所获取的不同柱状岩层模型进行连接，形成最终的地质三维模型。为确保地质三维模型数据准确，应当按照国家相关标准进行钻孔补勘，使得其模型数据精度得以提升，达到二维方式所编审和出版的精度。
2.借助CivilStation Designer软件将隧道断面的模板进行批量的生成，同时根据隧道的走向，在Bentley PowerCivil中构建隧道路线文件，将断面模板和路线文件进行汇合，使得隧道初步模型得以构建，此时可以将断面模板进一步深化为模板库，以便于后期对其进行修改和更新。在断面模板的基础上，采用各级围岩衬砌支护的形式，使得隧道的结构在模型中可以可视化。
3.在传统二维设计模式下，钢筋、型钢等对接交叉工艺不够明确，工程量计算也有很大误差，在BIM技术三维可视化的支持下，不仅能够对这些交叉、对接进行精确的设计，还能统计出精确的施工工程量，实现了隧道内部结构的精准衔接，解决了传统模式下设计意图表达不清晰的难题。
4.隧道洞口模型的建立。考虑到隧道洞口地形、地质以及水文条件的影响，隧道洞口的开挖不仅需要考虑边坡的稳定性，还要兼顾洞口排水的需求，通过对隧道洞口三维模型的建立，能够在模型中直观地反映出洞口仰坡的高度、坡度等地形信息，继而在此基础上选择合适的洞门形式，减少了传统设计模式下，重复设计的弊端，提高了设计的准确性的同时，使得其设计效率也得到了有效的提升。
3、BIM在公路隧道设计应用现状及建议
3.1 BIM技术在我国公路隧道工程设计中的应用由于BIM技术在我国公路隧道工程设计中的应用较晚，尚未形成统一的设计标准，导致当前公路隧道设计的架构体系难以有效统一，不仅影响到设计的效率，还使得BIM技术的优势无法充分发挥出来，建议相关单位抓紧统一标准体系的建设，以推动BIM技术的深入应用。
3.2 BIM技术存在的缺点目前，在公路隧道工程设计中只是作为一个建模工具而进行利用，其应用的普遍性较差，导致BIM技术的施工模拟、资料库等功能均未能得到充分的发挥。不仅如此，与BIM技术相关的软件平台如Autodesk平台、Bentley平台等均未能同BIM技术进行良好的衔接，软件平台之间的信息导入和导出功能尚不完善，建议相关单位应当针对公路隧道工程建设的特点，加快软件统一平台建设，以确保设计过程信息交流和共享的完整性和准确性。
3.3 公路隧道工程的设计与施工现场的地质条件有着密切的联系BIM技术在公路隧道工程设计中的应用主要体现在设计阶段，公路隧道工程建设的各个参与方如监理、施工等之间信息连接不畅，使得BIM技术在公路隧道工程设计中的应用受到了一定的阻碍。相关单位应当根据实际情况，适当对管理模式进行创新和转变，采用新的管理模式以促使BIM技术的应用优势得到充分发挥。
4、结束语
通过探究发现，BIM技术在公路隧道工程三维设计中的应用，不仅优化了设计流程和方式，为设计人员提供了极大的便利，还提高了工程设计的质量，使得工程的设计意图得到了清晰的表达，从而使得公路隧道工程的施工质量得到了保证。
参考文献：
[1]樊康佳.BIM技术在公路隧道工程设计中的应用探索[J].居舍,2020(13).
[2]熊海兵.BIM技术在公路隧道施工管理中的应用研究[J].四川水泥,2019(12).
[3]解晓明.BIM技术在山区公路工程项目全寿命周期管理中的应用[J].公路工程,2018(04).