CN108108566A - 基于bim的公路隧道设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的公路隧道设计方法，1：根据测绘和勘测数据建立地形、地质模型，确定隧道围岩级别；2：定义隧道材质特征库，根据计算建立隧道横断面模板库；3：根据项目总体设计方案，建立隧道三维路线和横通道及斜井空间曲线模型；4：根据隧道各横断面设计里程，建立隧道主洞分段模型；5：建立斜井、横通道、洞门结构模型；6：建立隧道其他辅助工程措施构件，钢筋、钢支撑、钢架，机电构件；7：所述隧道工程量统计，BIM模型应用。本发明将地形和地质模型同隧道主体融合，能够对三维线路进行实时修改、相关联图纸自动修改，从而达到工程设计信息在BIM模型中的完整体现目的，为后期模型信息传递和应用提供帮助。

Description

基于BIM的公路隧道设计方法

技术领域

本发明涉及公路隧道设计方法，尤其是涉及基于BIM的公路隧道设计方法。

背景技术

BIM（建筑信息模型；英文Building Information Modeling的缩写）技术发展迅速，从民用建筑行业逐步延伸发展至市政工程、轨道交通、公路、铁路、水运港口等基础设施建设领域，使得BIM也从设计阶段向后期运营维护阶段快速发展。

公路基础设施行业的三维设计软件与标准规范的制定与建筑行业相比较为滞后，在公路隧道设计方面BIM应用则更少。这是因为，公路隧道设计工作是一项高度复杂的任务，在考虑设计效率的同时还受诸多外部条件的约束。因此，将BIM三维设计方法应用于公路隧道设计，则能够将未来对工程可能受影响的约束问题提前显示并快速解决；从施工方和业主的角度来看，设计方提供精确、易用的三维模型，能够解决当前公路隧道建设中存在的诸多管理问题，还能够避免传统二维施工图纸信息缺失造成的经济损失，但目前还未见诸有关报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于BIM的公路隧道设计方法，将隧道模型分解为不同等级构件，通过建立断面模板库、材质库和构件库，达到随设计需求快速自定义和调用，实现快速高效完成隧道工程设计任务。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述基于BIM的公路隧道设计方法，包括下述步骤：

步骤1：根据测绘和勘测数据建立地形、地质模型，确定隧道围岩级别；

步骤2：定义所述隧道材质特征库，根据计算建立隧道横断面模板库；

步骤3：根据项目总体设计方案，建立所述隧道三维路线和横通道及斜井空间曲线模型；

步骤4：根据所述隧道各横断面设计里程，建立隧道主洞分段模型；

步骤5：建立所述斜井、横通道、洞门结构模型；

步骤6：建立所述隧道其他辅助工程措施构件，钢筋、钢支撑、钢架，机电构件；

步骤7：所述隧道工程量统计，BIM模型应用。

步骤1中，所述的根据测绘和勘测数据建立地形、地质模型，确定隧道围岩级别的步骤为：S11、根据测绘专业提供的地形图，选取设定范围等高线和高程点，创建过滤器组，使用“特征”来定义数字地形模型生成的源数据，所述源数据的类型为随机、断裂线、外部边界、内部边界或轮廓；S12、通过所述过滤器组中“自动选择”工具对所述高程点最近的三个点来创建三角形平面，通过对所述等高线内部和外部边界进行三角网组合形成三维地形，根据钻孔桩数据建立隧道段地质模型；S13、按照设计规范划分隧道围岩等级。

步骤2中，所述的定义所述隧道材质特征库，根据计算建立隧道横断面模板库的步骤为：S21、定义隧道构件材质库模板，包含建筑材料名称种类、混凝土等级、强度标准、材料性能和贴图类型，通过特征定义关联图层完成特征库自定义；S22、根据设计规范和设计要求确定隧道建筑限界、进行衬砌结构设计，确定对应围岩横断面，然后添加和关联已定义的所述隧道构件材质特征，包含主洞、车行横通道、人行横通道、斜井、紧急停车带，完成隧道横断面模板库定制。

步骤3中，所述的根据项目总体设计方案，建立所述隧道三维路线和横通道及斜井曲线模型的步骤为：S31、将隧道三维路线数据导入并生成隧道段的三维路线曲线，并定义桩号；S32、人行横通道和车行横通道路线及斜井段采用平面线赋予纵断面方式添加，然后建立相应的三维路线曲线，将所有三维路线曲线文件合并为一个文件。

步骤4中，所述的根据所述隧道各横断面设计里程，建立隧道主洞分段模型的步骤为：S41、在三维曲线路线上设置隧道不同桩号段所对应的横断面，完成对应段隧道结构模型，其中包含喷射混凝土、二次衬砌拱墙、二次衬砌仰拱、左右电缆沟、中央排水沟、排水沟盖板、电缆沟盖板、路面结构、装饰面；S42、按照对应的围岩建立初期支护锚杆模型，将锚杆单元沿路径设置等距放样。

步骤5中，所述的建立所述斜井、横通道、洞门结构模型的步骤为：S51、斜井模型的建立通过设定桩号和断面，放样拉伸斜井横断面完成；S52、人行横通道和车行横通道模型建立后，处理和主洞交接处多余模型，通过在所述人行、车行横通道所在的主洞处建立隧道内壁轮廓封闭实体模型，将所述隧道内壁轮廓封闭实体模型和人行、车行横通道所有构件进行布尔运算，保留人行、车行横通道和主洞交叉外部部分，去掉人行、车行横通道和隧道内壁轮廓封闭实体部分，完成人行、车行横通道多余部分剪切；S53、人行、车行横通道对应主洞洞门的开洞采用建立人行、车行横通道内壁轮廓封闭实体模型，将所述横通道内壁轮廓封闭实体模型与主洞喷射混凝土和二次衬砌拱墙、二次衬砌仰拱、横通道侧电缆沟结构以及电缆沟盖板进行布尔运算，保留主洞结构；S54、对车行横通道和主洞车道入口处理，将两侧八字检修道外壁和电缆沟盖板制作为整体单元，对应纵坡和平面位置将所述整体单元放置在剪切口内；S55、洞门结构建立整体单元，按照桩号与隧道轴线正交放置。

步骤6中，所述的建立所述隧道其他辅助工程措施构件，包括钢筋和钢支撑、钢架，机电及其他排水设施构件的步骤为：

S61、将辅助工程措施构件作为独立单元沿三维路径准确放样；

S62、横向钢筋、钢架和钢支撑采用独立单元沿三维路径放样，纵断面钢筋通过坐标建立钢筋截面放样；

S63、机电及其他排水设施按照桩号和位置布置，标线采用平面投影到隧道路面。

步骤7中，所述的工程量统计，BIM模型应用为：利用建立的模型，自动统计构件工程量，输出表格，横断面、纵断面出图，局部施工工艺，动画模拟，施工进度展示。

本发明优点在于实现了三维公路隧道设计基本流程。在三维设计中，将地形和地质模型同隧道主体融合，达到实时查看隧道主体任意横断面地形、地质围岩情况，同时能够对三维线路进行实时修改、相关联图纸自动修改，从而达到工程设计信息在BIM模型中的完整体现目的，为后期模型信息传递和应用提供帮助。

附图说明

图1是本发明的方法步骤流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本发明所述基于BIM的公路隧道设计方法，按照下述步骤进行：

步骤1、根据测绘和勘测数据建立地形、地质模型并确定隧道围岩级别；根据测绘专业提供的地形图，选取特定范围等高线和高程点，创建过滤器组，使用“特征”来定义数字地形模型生成的源数据，源数据可以是五种类型之一：随机，断裂线，外部边界，内部边界或轮廓；通过过滤器组中“自动选择”工具对高程点最近的三个点进行创建三角形平面，通过对等高线内部和外部边界进行三角网组合形成三维地形；根据钻孔桩数据建立隧道段地质模型；调查并综合考虑按照设计规范划分隧道围岩等级。

步骤2、定义隧道材质特征库，根据计算并建立隧道横断面模板库：定义隧道构件材质库模板，包含建筑材料名称种类、混凝土等级、强度标准，材料性能、贴图类型，特征定义关联图层，完成隧道材质特征库自定义；根据计算建立隧道横断面模板库：根据设计规范和设计要求确定隧道建筑限界并进行衬砌结构设计，然后确定对应围岩横断面，添加和关联已定义的隧道构件材质特征，包含主洞、车行横通道，人行横通道、斜井、紧急停车带，完成隧道横断面模板库定制。

步骤3、根据项目总体设计方案，建立目标三维路线和横通道及斜井曲线模型：将三维路线数据导入并生成隧道段的三维路线曲线，并定义桩号；人行横通道和车行横通道路线及斜井段采用平面线赋予纵断面方式添加，建立相应三维路线曲线，将所有三维路线文件合并为一个文件。

步骤4、根据隧道各横断面设计里程，建立隧道主洞分段模型：在三维曲线路线上设置隧道不同桩号段所对应的横断面，自动完成对应段隧道结构模型，其中包含喷射混凝土、二次衬砌拱墙、二次衬砌仰拱（如存在）、左右电缆沟、中央排水沟、排水沟盖板、电缆沟盖板、路面结构、装饰面；再按照对应围岩建立初期支护锚杆模型，将锚杆单元沿路径设置等距放样。

步骤5、建立斜井、横通道、洞门结构模型：斜井模型的建立通过设定桩号和断面，放样拉伸斜井横断面完成；人行横通道和车行横通道模型建立后，需处理和主洞交接处的多余模型，通过在人行、车行横通道所在的主洞处建立隧道内壁轮廓封闭实体模型，将此模型和人行、车行横通道所有构件进行布尔运算，保留人行、车行横通道和主洞交叉外部部分，自动去掉人行、车行横通道和隧道内壁轮廓封闭实体部分，完成人行、车行横通道多余部分剪切；人行、车行横通道对应主洞洞门开洞采用建立横通道内壁轮廓封闭实体模型，将此模型与主洞喷射混凝土和二次衬砌拱墙、二次衬砌仰拱、横通道侧电缆沟结构和电缆沟盖板进行布尔运算，保留主洞结构；车行横通道和主洞车道入口处理：将两侧八字检修道外壁和电缆沟盖板制作为整体单元，对应纵坡和平面位置将该整体单元放置在剪切口内；洞门结构建立整体单元，按照桩号与隧道轴线正交放置。

步骤6、建立隧道其他辅助工程措施，钢筋和钢支撑、钢架，机电及其他排水设施构件：S61、将辅助工程措施构件作为独立单元沿三维路径准确放样；

S62、横向钢筋、钢架和钢支撑采用独立单元沿三维路径放样，纵断面钢筋通过坐标建立钢筋截面放样；

S63、机电及其他排水设施按照桩号和位置布置，标线采用平面投影到隧道路面。

步骤7、工程量统计，BIM模型应用：利用建立的模型，自动统计构件工程量，输出统计表格，横断面、纵断面出图，局部施工工艺，动画模拟，施工进度展示。

Claims (8)

1.一种基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1：根据测绘和勘测数据建立地形、地质模型，确定隧道围岩级别；

步骤2：定义所述隧道材质特征库，根据计算建立隧道横断面模板库；

步骤3：根据项目总体设计方案，建立所述隧道三维路线和横通道及斜井空间曲线模型；

步骤4：根据所述隧道各横断面设计里程，建立隧道主洞分段模型；

步骤5：建立所述斜井、横通道、洞门结构模型；

步骤6：建立所述隧道其他辅助工程措施构件，包括钢筋、钢支撑、钢架、机电构件；

步骤7：所述隧道工程量统计，BIM模型应用。

2.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤1中，所述的根据测绘和勘测数据建立地形、地质模型，确定隧道围岩级别的步骤为：S11、根据测绘专业提供的地形图，选取设定范围等高线和高程点，创建过滤器组，使用“特征”来定义数字地形模型生成的源数据，所述源数据的类型为随机、断裂线、外部边界、内部边界或轮廓；S12、通过所述过滤器组中 “自动选择”工具对所述高程点最近的三个点来创建三角形平面，通过对所述等高线内部和外部边界进行三角网组合形成三维地形，根据钻孔桩数据建立隧道段地质模型；S13、按照设计规范划分隧道围岩等级。

3.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤2中，所述的定义所述隧道材质特征库，根据计算建立隧道横断面模板库的步骤为：S21、定义隧道构件材质库模板，包含建筑材料名称种类、混凝土等级、强度标准、材料性能和贴图类型，通过特征定义关联图层完成特征库自定义；S22、根据设计规范和设计要求确定隧道建筑限界、进行衬砌结构设计，确定对应围岩横断面，然后添加和关联已定义的所述隧道构件材质特征，包含主洞、车行横通道、人行横通道、斜井、紧急停车带，完成隧道横断面模板库定制。

4.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤3中，所述的根据项目总体设计方案，建立所述隧道三维路线和横通道及斜井空间曲线模型的步骤为：S31、将隧道三维路线数据导入并生成隧道段的三维路线曲线，并定义桩号；S32、人行横通道和车行横通道路线及斜井段采用平面线赋予纵断面方式添加，然后建立相应的三维路线曲线，将所有三维路线曲线文件合并为一个文件。

5.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤4中，所述的根据所述隧道各横断面设计里程，建立隧道主洞分段模型的步骤为：S41、在三维曲线路线上设置隧道不同桩号段所对应的横断面，完成对应段隧道结构模型，其中包含喷射混凝土、二次衬砌拱墙、二次衬砌仰拱、左右电缆沟、中央排水沟、排水沟盖板、电缆沟盖板、路面结构、装饰面；S42、按照对应的围岩建立初期支护锚杆模型，将锚杆单元沿路径设置等距放样。

6.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤5中，所述的建立所述斜井、横通道、洞门结构模型的步骤为：S51、斜井模型的建立通过设定桩号和断面，放样拉伸斜井横断面完成；S52、人行横通道和车行横通道模型建立后，处理和主洞交接处多余模型，通过在所述人行、车行横通道所在的主洞处建立隧道内壁轮廓封闭实体模型，将所述隧道内壁轮廓封闭实体模型和人行、车行横通道所有构件进行布尔运算，保留人行、车行横通道和主洞交叉外部部分，去掉人行、车行横通道和隧道内壁轮廓封闭实体部分，完成人行、车行横通道多余部分剪切；S53、人行、车行横通道对应主洞洞门的开洞采用建立人行、车行横通道内壁轮廓封闭实体模型，将所述横通道内壁轮廓封闭实体模型与主洞喷射混凝土和二次衬砌拱墙、二次衬砌仰拱、横通道侧电缆沟结构以及电缆沟盖板进行布尔运算，保留主洞结构；S54、对车行横通道和主洞车道入口处理，将两侧八字检修道外壁和电缆沟盖板制作为整体单元，对应纵坡和平面位置将所述整体单元放置在剪切口内；S55、洞门结构建立整体单元，按照桩号与隧道轴线正交放置。

7.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤6中，所述的建立所述隧道其他辅助工程措施构件，包括钢筋和钢支撑、钢架、机电及其他排水设施构件的步骤为：

S61、将辅助工程措施构件作为独立单元沿三维路径准确放样；

S62、横向钢筋、钢架和钢支撑采用独立单元沿三维路径放样，纵断面钢筋通过坐标建立钢筋截面放样；

S63、机电及其他排水设施按照桩号和位置布置；标线采用平面投影到隧道路面。

8.根据权利要求1所述基于BIM的公路隧道设计方法，其特征在于：步骤7中，所述的工程量统计，BIM模型应用为：利用建立的模型，自动统计构件工程量，输出表格，横断面、纵断面出图，局部施工工艺，动画模拟，施工进度展示。