何锁宋， 王玉锁

(西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031)

BIM(Building Information Modeling)技术作为“甩开图板转变为二维计算机绘图”后的又一次工程建设行业的技术革命，已然成为了当今工程建设领域的绝对热点[1]。其发展可追溯到20世纪70年代，Chuck Eastman教授提出了一种名为Building Description System的工作模式，是对BIM的最初探索[2]。进入21世纪以来，随着软件巨头Autodesk，Bentley，Dassault等公司的一系列以数字化建造为核心概念的新一代软件产品的推广应用，BIM在工程建设领域取得了前所未有的发展。但是，目前BIM技术在地下工程领域的应用仍处于起步阶段，而随着我国社会经济飞速发展，在地下工程的全生命周期中引入BIM技术已是必然[3]。目前，我国正大力推进地下工程BIM的研究与应用工作，以尽快将BIM技术真正应用到地下工程领域中[4]。但是在实际应用中，由于三维建模时间成本较大，故实际工程设计施工中仍基本依据二维平面绘图[5]。因此，针对如何提高三维建模效率，同时减少建模成本投入进行深入研究是推动BIM技术在地下工程领域应用的重中之重[6]。张凯韬[7]应用Revit和Dynamo建立了山岭隧道参数化和宏操作的建模程序，同时基于CATIA建立了管片拼装脚本，实现区间全长内的管片BIM模型，并分析了隧道曲线拟合精度。李中元、程熙竣[8]利用Revit+Dynamo等建立了长螺旋隧道真三维模型，并构建了一套参数化创建精细化三维模型的方法。王阳生、何兴富[9]基于GIS平台，建立了面向道路模拟的三维信息模型，将设计施工信息数据整合到模型内，大大提高了项目方案设计及调整的效率和科学性。本文依托成都地铁9号线一期工程5标项目，由于项目涉及到3条重叠隧道的施工，工程量较大，为能实现在隧道施工中准确把握施工进度、实现高效施工管理和提高施工质量，经过综合分析，采用“Revit+Dynamo”建立重叠隧道三维参数化模型。

1 工程概况

成都地铁9号线一期工程5标共包括武青南路站—机投桥站和机投桥站—培风站2个盾构区间及一个武青车辆段出段线矿山法隧道。出段线隧道起止里程为：CDK0+091.729～CDK0+880.000，长度799.271 m，其中，里程CDK0+340.291～CDK0+753.000(412.709 m)段采用矿山法施工，埋深10 m左右，其余段均采用明挖法施工。盾构区间包括武青南路站—机投桥站和机投桥站—培风站。武青南路站—机投桥站：左线(515#)全长2 435.299 m，右线(517#)全长2 427.717 m。机投桥站—培风站：左线(518#)长604.040 m，右线(516#)长1 238.231 m。项目平、纵断面分别如图1、图2所示。

图1 成都地铁9号线一期工程5标施工平面

图2 成都地铁9号线一期工程5标施工纵断面

2 参数化建模技术流程

2.1 使用Civil 3D生成隧道三维空间设计线

设计资料一般只包含隧道的平、纵断面图，而对于BIM模型建立则需要隧道的三维空间设计线，理论上可以根据隧道的平纵断面图直接采用Revit绘制，但缓和曲线在Revit中的建模将面对困难，因此，考虑到Revit和AutoCAD Civil 3D具有良好的互交性，采用AutoCAD Civil 3D建立空间曲线，再导入Revit。

2.2 建立自适应管片族

盾构隧道一般由3个标准块，2个邻接块，1个封顶块组成，均可通过内外圆弧半径进行控制。本文利用Revit中的自适应族模块，建立自适应管片，每个自适应管片有12个自适应点，通过确定这12个点的安装位置，通过编程实现自适应管片族的安装，建立的自适应管片如图3所示。

图3 自适应管片

2.3 安装自适应管片

Autodesk公司的Revit，在房建领域拥有大量的项目样板和族样板，对于房建方面的建筑拥有极高的效率与准确性。但是，在桥梁隧道方面建模一般是采用Dynamo软件。Dynamo是一款开源可视化编程软件，在Revit2014版本之后在Revit中作为插件使用。在Revit中使用Dynamo插件是Revit平台解决异形建筑的一次飞跃性进步，Dynamo的可视化编程过程将计算机语言编程门槛降低引进工程师世界，通过大量类似于自带函数的基础节点，完成各种建模功能。

盾构管片建模具有相似性，通过Dynamo建立文件后，对于不同的线路中心线、不同的盾构隧道尺寸与拼装方式，只需改变相应参数即可快速生成隧道模型。具体流程：

(1)在Revit中通过链接CAD导入前期建好的空间曲线。

(2)通过选择节点获取中心线，按照管片宽度切分隧道中心线，确定每环安装位置。

(3)通过隧道标准块角度，邻接块的内圆弧弧度和邻接块的内圆弧弧度对圆弧进行切分，找到自适应管片安装的自适应点位置，如图4所示，为实现圆弧切分所编辑的模块。

图4 圆弧切分

(4)切分好后，通过旋转实现隧道的不同形式的错缝布置，图5为实现错缝布置所编写的模块，图6为通缝布置效果图，图7为环向错缝效果图。

图5 错缝布置模块

图6 通缝布置效果图

图7 环向错缝布置效果图

(5)通过控制点将自适应管片按照指定路径进行拼装。

2.4 矿山法隧道建模

建模流程：

(1)对马蹄形断面进行编程绘制，绘制过程如图8所示。

图8 五心圆马蹄形断面的绘制

(2)通过Surface.BySweep节点实现横断面线沿着隧道中心线生成面，再通过Surface.Thicken节点将面加厚，形成初支与二衬，如图9所示。

图9 矿山隧道建模的实现

2.5 重叠隧道BIM模型建立

将建好Dynamo文件导入到建好的隧道中心线模型中，完成重叠隧道建模，如图10所示。

图10 建模的总体效果图

3 结论

本文以成都地铁9号线一期工程5标中的重叠隧道段为工程依托，以BIM为核心，探讨了Revit+Dynamo在重叠隧道参数化建模中的研究与应用。主要研究成果：

(1)采用Civil 3D建立空间曲线，导入Revit，再通过Revit中的Dynamo插件编程建立自适应管片模型并进行了自适应安装。

(2)建立了参数化的盾构管片及矿山法隧道族库，将各构件族载入同一项目文件中，并通过Dynamo插件可视化编程，以构件编码信息作为人机交互的媒介，实现了隧道BIM模型相关工程信息的快捷添加，提升了建模效率。

(3)提出了在建模中使用控制参数控制的方法，在编写模型建立程序中将建模的控制参数尽量精简，只保留必要的控制参数(矿山法隧道使用了13个参数)，在遇到同类问题时就可只用改变控制参数进行模型快速建立。

通过本次研究，在地下交通工程中有针对性地运用BIM技术解决实际应用问题，并对BIM技术在地下交通隧道领域参数化建模的研究提供了一套解决方案，积累了宝贵的经验。