京雄城際鐵路是北京與雄安新區(qū)間的新建城際鐵路，起自京九鐵路李營站，經(jīng)北京大興區(qū)、北京新機(jī)場、固安縣、霸州市，終至雄安新區(qū)（保定市雄縣），正線全長92.4km。

如今的隧道施工，經(jīng)常能看到盾構(gòu)機(jī)這樣的龐然大物。不過，我國第1條地下鐵路，即北京地鐵1期工程（今天1號線和2號線的一部分），是采用明挖法建造的，夸張的說法是把長安街給翻了。明挖法相較于暗挖法，無疑有施工簡單的好處，但是也擾民，因而城區(qū)較少使用。京雄鐵路是城際鐵路，因而可以在部分路段采用明挖施工。

中國鐵路總公司BIM試點項目中，隧道項目主要為山嶺隧道，隧道BIM設(shè)計應(yīng)用也主要依托山嶺隧道展開，針對這種情況，依托京雄鐵路機(jī)場隧道項目，開展了BIM技術(shù)在明挖隧道設(shè)計中的研究應(yīng)用。

明挖隧道設(shè)計流程

與暗挖山嶺隧道相比，基于BIM的明挖隧道設(shè)計由于涉及隧道開挖及圍護(hù)，設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計思路均有較大變化。對于明挖隧道，主體工程主要包括隧道結(jié)構(gòu)、隧道開挖以及隧道圍護(hù)。在BIM環(huán)境下，為了在提高建模效率的情況下又能快速進(jìn)行方案的比選，明挖隧道各部分模型的建立，既要考慮設(shè)計過程的邏輯性，又要考慮模型的聯(lián)動性。

在明挖隧道施工過程中，首先進(jìn)行開挖與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，之后才開展隧道結(jié)構(gòu)的施工。但在BIM設(shè)計中，由于開挖面的斷面尺寸與隧道結(jié)構(gòu)有關(guān)，為了保證模型間的聯(lián)動性，首先進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計，然后進(jìn)行開挖面設(shè)計；同理，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)與開挖面有關(guān)，需在進(jìn)行完開挖面設(shè)計后再開展圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。綜上所述，制訂明挖隧道BIM設(shè)計流程，主要包括：三維線位、地形、地質(zhì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析；隧道縱向段落劃分，生成隧道結(jié)構(gòu)骨架；建立隧道結(jié)構(gòu)模板，生成隧道結(jié)構(gòu)模型；依托隧道結(jié)構(gòu)模型生成隧道開挖面骨架；應(yīng)用隧道開挖功能模塊生成隧道開挖面模型；依托隧道開挖面模型生成隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)骨架；建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)模板，生成圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)隧道開挖信息反饋，優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計。

明挖隧道BIM設(shè)計流程

明挖隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于BIM的明挖隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計與暗挖隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計流程基本一致，其設(shè)計流程主要包括：提取地質(zhì)信息，生成隧道縱斷信息；依托縱斷信息生成隧道結(jié)構(gòu)骨架；建立隧道結(jié)構(gòu)模板；實例化模板生成隧道結(jié)構(gòu)模型；模犁后期處理。在建模過程中，對隧道骨架及隧道模型進(jìn)行參數(shù)化處理，極大提高了模型的建立、修改以及方案優(yōu)化效率。

明挖隧道結(jié)構(gòu)模型

明挖基坑開挖面設(shè)計

基于BIM的明挖基坑開挖面設(shè)計為明挖隧道所特有，其設(shè)計流程主要包括：根據(jù)隧道埋深及地質(zhì)情況確定不同段落隧道開挖參數(shù)；基于隧道結(jié)構(gòu)模型生成開挖面骨架；應(yīng)用隧道開挖功能模塊分別生成不同段落隧道開挖面模型。

隧道開挖功能模塊為二次開發(fā)成果，此模塊綜合考慮了放坡開挖、同護(hù)樁開挖以及“放坡+同護(hù)樁”開挖等多種常見開挖方法，實現(xiàn)了同一模塊不同開挖情況的參數(shù)化設(shè)計，開挖面與地形面自適應(yīng)，可快速進(jìn)行方案比選，真正實現(xiàn)了隧道開挖正向設(shè)計。此外，由于開挖面基于隧道結(jié)構(gòu)生成，當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整時，開挖面聯(lián)動調(diào)整，極大提高了模型的建立、修改以及優(yōu)化效率。

明挖基坑開挖面模型

明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于BlM的明挖基坑同護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣為明挖隧道所特有，其主要設(shè)計流程包括：根據(jù)開挖及地質(zhì)情況確定不同段落隧道支護(hù)參數(shù)；基于隧道開挖面模型生成隧道同護(hù)結(jié)構(gòu)骨架；建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)模板，生成圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型；對于有內(nèi)支撐的情況需基于圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型生成內(nèi)支撐骨架；建立內(nèi)支撐模板，生成內(nèi)支撐模型。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型體量較大，為了便于方案比選，需實現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)骨架及模型的參數(shù)化。此外，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型基于開挖面模型生成，而開挖面模型又基于隧道結(jié)構(gòu)模型生成，所以當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)或開挖面模型調(diào)整時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型聯(lián)動，極大提高了模型建立、修改以及優(yōu)化效率。

挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型

明挖隧道設(shè)計流程

路隧接口設(shè)計是專業(yè)間系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，在本項目中，通過參數(shù)化的方法實現(xiàn)了路隧接口位置的比選。在設(shè)計過程中，隧道、路基設(shè)計在同一環(huán)境下開展，隧道專業(yè)首先發(fā)布隧道缺口，路基專業(yè)基于此缺口開展本專業(yè)設(shè)計，當(dāng)隧道缺口里程調(diào)整時，路隧接口位置聯(lián)動。

雄鐵路路隧接口模型

此外，本項目還將工程數(shù)量植入了隧道、路基模型，當(dāng)隧道缺口位置調(diào)整時，不僅隧道、路基模型聯(lián)動，工程數(shù)量也同步更新，實現(xiàn)了基于安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等多方面的路隧接口位置的合理性判斷，對更科學(xué)地確定路隧接口位置意義重大。

基于京雄鐵路機(jī)場隧道項目，應(yīng)用BIM技術(shù)對明挖隧道結(jié)構(gòu)、明挖基坑開挖面、明挖基坑圍護(hù)以及路隧接口設(shè)計開展深入研究，摸索出一條適用于明挖隧道的BIM設(shè)計流程，在某些關(guān)鍵節(jié)點上實現(xiàn)了真正意義上的正向設(shè)計，促進(jìn)了BIM技術(shù)在隧道領(lǐng)域的發(fā)展，同時對實現(xiàn)基于BIM的鐵路工程正向設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。