以西成高鐵紙坊1號(hào)隧道為例開展高陡邊坡BIM應(yīng)用，該隧道位于西安市鄠邑區(qū)境內(nèi)，是穿越秦嶺山區(qū)的重點(diǎn)工程，隧道全長(zhǎng)8378m，最大埋深657.5m。

　　紙坊1號(hào)隧道所面臨的工程難點(diǎn)如下：

　?。?） 工程環(huán)境危險(xiǎn)。該隧道地處秦嶺山區(qū)，為西成高鐵穿越秦嶺的第2座隧道，出露巖性主要為花崗巖、片巖及片麻巖。隧道進(jìn)出口危巖落石極為發(fā)育，嚴(yán)重危及高鐵安全。洞口進(jìn)出口地形陡峭，平均坡度高達(dá)60°~70°，專業(yè)人員難以達(dá)到陡坡現(xiàn)場(chǎng)，并且嚴(yán)重危及調(diào)查人員的生命安全。

　　（2） 施工工期緊張。當(dāng)時(shí)環(huán)境是全線已經(jīng)開展高鐵的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，距離最后的通車時(shí)間不足3個(gè)月，邊坡加固工程施工工程約2個(gè)月，其中勘察設(shè)計(jì)周期不足1個(gè)月，要完成地形測(cè)量、地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)成果整理、邊坡加固方案設(shè)計(jì)等工作，面臨很大挑戰(zhàn)。

　　（3） 傳統(tǒng)外業(yè)工作效率低下。外業(yè)工作主要包括地形測(cè)量和地質(zhì)調(diào)查，地形測(cè)量工作流程一般為路基專業(yè)提供邊坡斷面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，由測(cè)量人員攜帶測(cè)量?jī)x器到現(xiàn)場(chǎng)采集測(cè)量數(shù)據(jù)。由于地形高陡、植被茂密，外業(yè)工作進(jìn)展十分緩慢，每組只能完成斷面數(shù)據(jù)1~2處。同時(shí)也給地質(zhì)人員的不良地質(zhì)調(diào)查工作帶來極大的困難，難以查清危巖落石的具體分布。

　　西成高鐵紙坊1號(hào)隧道概況

　　BIM應(yīng)用

　　BIM人員配置

　　BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)主要包括專業(yè)指導(dǎo)和BIM指導(dǎo)，建立了多專業(yè)協(xié)同工作機(jī)制。線路專業(yè)為總體專業(yè)，負(fù)責(zé)BIM設(shè)計(jì)統(tǒng)一協(xié)調(diào)和安排；測(cè)繪專業(yè)負(fù)責(zé)工程區(qū)地形數(shù)據(jù)的采集；地質(zhì)專業(yè)負(fù)責(zé)三維地質(zhì)模型的建立；路基專業(yè)負(fù)責(zé)高陡邊坡加固方案的設(shè)計(jì)；橋梁專業(yè)和隧道專業(yè)根據(jù)加固方案評(píng)估不良地質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)體的影響程度。

　　BIM軟件配置

　　該項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)采用的軟件體系分為三大類：地理信息采集軟件、三維地質(zhì)建模軟件和工程設(shè)計(jì)分析軟件。

　　項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)軟件體系

　　在地理信息采集方面，通過無人機(jī)采集隧道洞口相關(guān)數(shù)據(jù)，采用Bentley ContextCapture軟件處理形成三維傾斜攝影模型，并通過Bigemap下載大區(qū)域場(chǎng)景輔助建模；在三維地質(zhì)建模方面，主要通過自主研發(fā)的二維勘察地質(zhì)系統(tǒng)和三維地質(zhì)建模系統(tǒng)，完成復(fù)雜三維地質(zhì)模型的創(chuàng)建；在工程設(shè)計(jì)分析方面，通過巖土計(jì)算軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，然后利用Rock Fall軟件模擬落石運(yùn)動(dòng)軌跡，路基和隧道專業(yè)在Revit 和Civil 3D平臺(tái)通過自主研發(fā)的路基BIM和隧道BIM軟件完成邊坡加固模型和隧道模型的創(chuàng)建。

　　項(xiàng)目BIM勘察

　　在項(xiàng)目BIM勘察過程中，主要工作流程如下：

　?。?） 通過無人機(jī)采集隧道工程區(qū)地形和影像原始數(shù)據(jù)，在ContextCapture軟件處理后，形成洞口范圍內(nèi)三維傾斜攝影模型，利用傾斜攝影模型高清影像特點(diǎn)，開展高陡邊坡危巖落石的調(diào)查。

　　隧道洞口傾斜攝影模型

　　共查明危巖落石群14處，并開展洞口地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)：自然工況下，危巖體可能發(fā)生滾落，砸向軌道；暴雨工況下，可能誘發(fā)小規(guī)?？逅?，嚴(yán)重影響行車安全。

　?。?） 通過Tisger創(chuàng)建三維地質(zhì)模型。

　　對(duì)地質(zhì)模型添加與地層相關(guān)的屬性信息，如地層時(shí)代、成因、巖性、風(fēng)化程度、承載力等。

　　在模型應(yīng)用方面，模擬了隧道開挖，自動(dòng)獲取圍巖等級(jí)，輔助隧道專業(yè)開展設(shè)計(jì)。

　　項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)

　　在項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)過程中，首先將地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)導(dǎo)入到邊坡穩(wěn)定性分析軟件中進(jìn)行高陡邊坡的穩(wěn)定性分析。

　　洞口邊坡穩(wěn)定性分析

　　其次在Revit中創(chuàng)建被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等族庫，實(shí)現(xiàn)邊坡防護(hù)的可視化設(shè)計(jì)。

　　邊坡防護(hù)族庫

　　高陡邊坡主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　再次基于BIM模型實(shí)現(xiàn)錨索、錨桿的加固設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)一鍵式生成工程數(shù)量表。

　　項(xiàng)目BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

　　利用自主研發(fā)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)PL系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全院多專業(yè)流程管理及數(shù)據(jù)傳遞、資料互提、版本管理等工作，極大提高了協(xié)同設(shè)計(jì)效率。

　　項(xiàng)目BIM協(xié)同設(shè)計(jì)流程

　　在高陡邊坡加固防護(hù)措施中，對(duì)邊坡防護(hù)BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)施工效果進(jìn)行了對(duì)比分析，主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的布置、數(shù)據(jù)與BIM模型保持一致（見下圖）。

　　BIM應(yīng)用拓展

　　地質(zhì)建模

　　自主研發(fā)的三維地質(zhì)建模軟件具有正向、高效的特點(diǎn)。利用勘測(cè)多源地質(zhì)數(shù)據(jù)，快速創(chuàng)建三維地質(zhì)模型。根據(jù)工點(diǎn)類型分為場(chǎng)地建模和長(zhǎng)大帶狀建模。

　　場(chǎng)地建模主要適用于房建工點(diǎn)，場(chǎng)地分布有多排鉆孔情況，通過三維地質(zhì)建模軟件可以自動(dòng)插值形成層面，最終形成各種地質(zhì)體。長(zhǎng)大帶狀建模方法主要是針對(duì)鐵路工程一般僅有單排鉆孔的特點(diǎn)，先通過鉆孔完成地質(zhì)縱斷面的填繪工作，然后再結(jié)合平面地質(zhì)數(shù)據(jù)源，通過插值算法形成地層界面，再與地形體進(jìn)行布爾運(yùn)算，形成最終的形狀異性的地質(zhì)體。

　　針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)體的單獨(dú)建模方法。根據(jù)巖層特征和滑坡體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了巖體層理面建模、多級(jí)滑坡建模，模型表達(dá)精度極大提高。

　　地質(zhì)單體建模方法

　　勘察

　　地質(zhì)BIM軟件能夠?qū)崿F(xiàn)模型的參數(shù)開挖，輸入線路的起止里程、邊界條件、開挖深度，能夠快速獲取不同土石等級(jí)的土方量，提高了土石方工程造價(jià)的準(zhǔn)確性，并支持多種格式文件導(dǎo)出，保證地質(zhì)模型數(shù)據(jù)的傳遞，輔助下游專業(yè)開展設(shè)計(jì)。

　　地質(zhì)模型開挖統(tǒng)計(jì)

　　設(shè)計(jì)

　　Revit平臺(tái)對(duì)房建工程BIM設(shè)計(jì)支持性較好，但無法滿足鐵路工程路基和隧道BIM設(shè)計(jì)，路基和隧道BIM設(shè)計(jì)主要是通過二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)本專業(yè)的BIM設(shè)計(jì)。

　　路基專業(yè)在Revit平臺(tái)中通過二次開發(fā)，基于線路骨架，基本實(shí)現(xiàn)了路基本體模型、坡面防護(hù)模型、地基處理模型的自動(dòng)化拼裝，極大提高路基設(shè)計(jì)效率。

　　隧道專業(yè)在Revit平臺(tái)中主要建模思路如下：首先賦予線路參數(shù)，其次輸入隧道設(shè)計(jì)參數(shù)，最后一鍵式批量生成隧道BIM模型。

　　隧道本體建模

　　運(yùn)維

　　在運(yùn)維方面，通過BIM+無人機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鐵路運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控，具體操作流程為：通過無人機(jī)及時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后實(shí)時(shí)生成三維地形，在疊加多源地形地質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，最后建立三維地質(zhì)傾斜攝影模型。

　　BIM 應(yīng)用運(yùn)維操作流程

　　對(duì)既有風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開展多期對(duì)比分析，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控?cái)?shù)據(jù)庫，保證鐵路運(yùn)營(yíng)安全。BIM應(yīng)用運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多期分析對(duì)比見下圖。

　　利用BIM解決了高鐵施工中復(fù)雜的工程地質(zhì)問題，取得良好效果。在傳統(tǒng)勘察的基礎(chǔ)上引入無人機(jī)新型勘測(cè)手段，極大提高了勘測(cè)效率和勘察質(zhì)量。

　　在今后的BIM 推廣中，將繼續(xù)深化4個(gè)方面的研究：標(biāo)準(zhǔn)、正向、協(xié)同、新技術(shù)，推進(jìn)BIM的全生命周期應(yīng)用，主要包括：結(jié)合IFD、IFC完善地質(zhì)BIM的標(biāo)準(zhǔn)建立；深入研究地質(zhì)BIM的正向設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效目標(biāo)；加強(qiáng)全專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的覆蓋推廣面；強(qiáng)化新型勘測(cè)技術(shù)與BIM的融合、研發(fā)。