2024年5月7日发(作者：)

基于 BIM 技术的隧道施工过程模拟

摘要：当前，国内市场竞争尤为激烈，为了满足施工项目的复杂多变，BIM 技术

应运而生，它不仅能将项目的实际信息转化成数字模型， 还能在项目的生命周期

中，有效的进行控制和资源共享。目前，BIM 技术已经在建筑、机械等行业得到

了迅速的发展，并取得了一定的成就， 然而在铁路行业中与其相比，仍还相差甚

远。中国铁路总公司及时认识到铁路信息化的重要性，于是在2013 年5 月召

集了各大铁路设计院围绕“铁路BIM 应用技术”进行研讨，确定了未来BIM 技术在

铁路应用的目标，这标志着中国铁路信息化进入了一个全新的发展阶段。

关键词：BIM 技术；隧道；施工过程模拟

1 工程概况

隧道位于我国东南沿海，全长 6280m，施工方法采用 CRD 法和三台阶开挖法。其中跨海

宽度 2km，跨海段采用 2 孔行车隧道+1 孔服务隧道的形式。施工标段设行人横洞 9 处，行车

横洞 4 处。明挖段部分地层含水量较为丰富，主要为地表杂填土、淤泥层、全风化层中的孔

隙水与强风化层中的裂隙水，开挖时坑内设置部分疏干井来疏干地下水以确保边仰坡的稳定。

在施工段设置了雨水泵房，因开挖深度较深， 围护结构采用钻孔灌注桩。隧道围岩等级多为

Ⅱ级～Ⅴ级，隧道洞身 结构按照新奥法原理进行设计，采用锚杆、喷射混凝土、钢架和钢筋

网组成的初期支护与模筑混凝土二次衬砌相结合的复合衬砌方式。

2 基于 BIM 技术的隧道施工过程模拟

隧道施工 CRD 工法模拟

CRD 施工工法主要应用于隧道围岩环境最差的V 级围岩，工序比较复杂。利用 Autodesk

Navisworks 软件对隧道施工所应用的 CRD 工法进行模拟，预先对隧道开挖过程进行了生动形

象的演示，帮助施工人员对施工工法有更深的理解，便于优化施工方案。模拟CRD 工法具体

包括利用 Autodesk Revit 软件建立 CRD 施工工序开挖模型，将三维模型导入 Autodesk

Navisworks 软件并进行模型渲染; 利用Time Liner 工具并按照 CRD 施工开挖顺序编制模型开挖

进度表，关联匹配模型构件 ; 最终生成隧道CRD 工法开挖三维动画，对施工开挖进行模拟，

生动形象地交流施工方案，便于施工人员理解。同时根据动画演示的开挖过程， 可以预先调

整施工工序。

隧道施工 4D 进度模拟

利用施工单位编制的项目整体施工计划与 BIM 技术相结合，虚拟项目施工建设，通过进

行多次施工过程模拟，管理隧道工程施工进度。 对施工阶段可能发生的问题进行提前模拟，

逐步修改并提前制定对策， 优化进度和施工方案，指导实际工程施工。比较计划进度和实际

施工 进度，随时调整项目建设进度，确保项目建设顺利完成。隧道施工 4D 进度模拟具体包

括 : 根据施工单位提供的隧道施工进度计划表分别生成项目左线隧道、右线隧道、服务隧道

的施工进度文件 ; 在 BIM5D 软件中对隧道模型进行流水段划分关联，将进度文件导入并关联

图元， 匹配构件实际施工进度和计划进度; 设置不同时段隧道施工 4D 进度显示动画，对比实

际和计划进度时用不同颜色进行区分，看出哪里进度 落后或者进度提前，在哪个里程段哪个

步骤，宏观调控施工进度，具 体应用步骤如图 1 所示。根据进度动态模拟结果显示，从 2017

年 3 月计划施工开始到 2018 年 5 月期间，隧道左侧开挖速度过慢，严重影响施工进度。如图

2 所示，A 部分里程段全部属于未能按照计划施工的部分，B 部分里程段表示正在施工部分，

C 部分里程段表示已经完工部分。从施工项目的整体把握施工进度节奏，分析施工延迟的原

因， 管理人员并及时调整施工计划。

图 2 隧道项目施工进度计划过程方案模拟对比

隧道施工 5D 进度成本模拟

广联达BIM5D 软件可以统计隧道材料工程量以及材料成本和消耗量，指导编制采购计划

和物资供应计划。在软件界面中可以进行工程 量统计，选定时间区间，然后导出工程量就可

以查询某一时间段的隧道施工材料消耗量，按照建模单元分类。基于 BIM 模型可以协助统计

项目工程量。本次项目应用过程中统计了混凝土用量以及消耗成本， 并且对混凝土消耗成本

作出计划与实际的对比如图 3，图 4 所示。根据模拟结果可以看出，从 2017 年 3 月至 2018

年 1 月，混凝土的计划用量为 8380m3 左右，实际用量仅为 6075m3 左右，比计划用量少了

2000 多立方米。计划资金消费 7000 万元左右，实际消费金额仅有 4000 万元左右。数据显示

混凝土材料实际消耗比预算金额消耗少得多。再根 据图中的进度显示可知，工程施工进度严

重落后，说明项目管理人员 在此时间段内对建设进度和资金消耗的把控欠佳，需要及时做出

调整。BIM 技术对项目管理方控制资金成本起到了很大作用。

图 4 混凝土计划与实际消耗资金曲线图3 基于 BIM 技术的施工管理优化

1）根据设计图纸，完善 BIM 模型，赋予 BIM 模型唯一的施工工

序信息、属性参数信息、质量信息；2）根据施工进度和现场人力物力的供应情况，利

用 BIM 平台中的 project 功能，调出与每个施工工序相关的任务项数据源，其中涵盖施工开始

时间、完成时间、任务名称等多个方面的信息；3）采用 Autodesk Navisworks 相关工序时间

信息内容， 完善涵盖工程进度的 4DBIM 模型，在虚拟仿真过程中推断工程的进展， 找出可

能会出现的碰撞问题，有针对性地采取优化措施，公路隧道工程本身的隐蔽性极为突出，但

采用 BIM 技术就能够在施工前实现超前的预报；4）施工前，针对复杂的技术方法及难以直

观描述的施工过程， 利用 BIM 平台进行施工技术交底；5）施工过程中，各参建方可利用

BIM 平台直观地沟通工程中存在的复杂性问题，进行全面的磋商、研究， 找出相应的解决方

案；6）在施工现场的安全风险点，设置监控装置， 同时将其连接至 BIM 平台，施工管理人

员可通过 BIM 平台实现对现场的有效监控，规避安全事故的发生。

结语

综上所述，BIM 技术作为可续技术发展衍变而来的新型技术，在各种基础建设中被广泛

应用，将其应用到隧道工程中，不仅能够简化 隧道工程的流程，还能够提高隧道工程的质量，

有着极其广阔的发展 前景。

参考文献

[1] 秦海洋，赖金星，唐亚森，等．BIM 在隧道工程中的应用现状与展望［J］．公路，

2016，61(11):174-178．

[2] 常建军．BIM 技术在地铁隧道工程施工中的应用［J］．甘肃科技纵横，2016，

45(6):35-42．