中铁第四勘察设计院集团有限公司-BIM技术助力铁四院隧道设计创新

公司简介：

中铁第四勘察设计院集团有限公司（简称铁四院），前身是总部设在湖北省武汉市的铁道第四勘察设计院。成立于1953年，是国家大型综合性勘察设计单位。原隶属于铁道部，2003年10月划归国务院国资委所属的中国铁道建筑总公司。2007年拥有工程技术人员3000多人，其中中国工程设计大师2名，高级工程师1000多人，工程师1700多人，各类执业注册工程师600多人。公司被湖北省认定为高新技术企业，国家批准设立博士后工作站，先后获得“全国五一劳动奖状”、“中央企业先进集体”、建国六十周年全国勘察设计行业“十佳自主创新企业”称号。

项目简介：

新鼓山隧道穿越福州市鼓山风景区，进口位于福州市东山村东侧，距离东山村约400m，分别在DK5+205、DK5+230下穿南三环和机场高速；出口位于福州市东村北侧的山坡上，线路分别在DK12+189、DK13+009、DK13+319自既有温福、福厦铁路联络线隧道上方立体交叉通过。隧道起讫里程DK5+095～DK13+294，全长8199m。隧道设置辅助施工横洞一处，位于隧道右侧，与洞身交于DK9+220，夹角90°，长400m。

项目挑战：

隧道BIM设计一直以来都是工程建设行业中的难题，在国内也没有现成的实施标准，因此面临的挑战也非常巨大。主要体现在以下几方面：

一、隧道设计复杂，可借鉴的BIM经验少

隧道设计复杂、专业性强、涉及专业多。而目前国内隧道BIM技术应用尚处于起步阶段，有关本行业BIM技术实施、交付的标准或规范尚不成熟。

二、实现三维地质实体难度大

三维地质一直是基础设施行业内实现BIM的一大难题。尤其是三维地质实体实现难度极大，目前尚无成熟的软件产品能够实现，必须要专业研究、软件研发二者并行，内外兼修方能实现。

三、项目主体设计复杂

涉及58种断面类型,如何参数化以提高设计效率？ 90个支护段落，49个段落位于曲线上，如何定位以确保设计质量？

四、本项目体量极大

如何拆分项目进行有序的分工设计，以保证效率？

项目成果：

一、该项目主要应用IDS套包和Inventor为主要BIM核心软件，其中Civil3D和AIW相配合负责航察和线路专业以及土方的开挖

二、利用地大开发的地质软件进行地质专业的设计

三、隧道结构部分采用Inventor的参数化设计工具，为客户建立了属于自己的材质库，高参数化的隧道横断面库，各类锚杆、型钢、导管等标准件库，并通过并行设计的设计理念，完成了整条隧道的协同设计工作。

四、多专业的配合，在Navisworks中实现全长8199m的多专业整合和施工进度4D模拟。并利用现成的模型完成了3D MAX动画的渲染

项目过程：

方案策划阶段：这是本项目难度更大，攻关最困难的阶段，由于之前没有这方面的实施案例作为参考，什么都是全新研究，加之隧道行业本身是个什么专业的东西，涉及的词汇、术语还有设计概念、图纸表达都和其他行业不同，所以策划方案的同时也是一种学习的过程，通过方案的拟定，基本确定了隧道BIM项目实施的应用软件以Inventor结合IDS套件为主。流程则是从航察到隧道主体结构的全专业配合性质涉及的专业跨度大，软件种类多协同和整合难度也非常高。

培训阶段：这是一个专项培训，所以不可能用通用课件去替代。铁四院给出了三大本总共300多张图纸，连学带看画了接近半个月的时间，极具针对性的给他们做了与之对应的培训课件，通过培训给他们讲解了如何做工程可行性设计，如何拆分方案图，如何做初步设计，如何利用Inventor的项目协同模式做施工图详细设计，仅Inventor的培训持续了半个月的时间。

实施阶段：本项目实施的重要难点有三处，但都一一完成了，第一，开挖难度大，需要深入研究Civil 3D的开挖功能；第二，隧道主体结构设计难度大，在实施初期碰到过许多障碍，如课件是按照直线隧道在讲，但实际情况是全程缓和曲线，如何在这么长的缓和曲线上去精确定位每个段落的钢结构，衬砌和各类特征是个难题，还有面对如此多的段落，能否在规定时间内完成是所有参与人员所担心的问题。最后经过商讨和研究，为了具有代表意义，研究意义，最后仍然决定从此较大较难的隧道项目着手，但提前确定了科学的协同模式和精密的项目计划，以保证项目进度与效率，最终顺利完成项目。第三，后期整合、渲染和施工模拟，这是一个非常繁琐和重复性很大的工作，之前也没有这方面的经验，由于软件种类多，专业跨度大，如何将各式各样的设计成果整合进Navisworks并且精确定位是个问题，另外，隧道在地下，抛开地面从远处看就是一个长着刺的管子，如何更好的展现隧道的视觉效果也着实周折了一番，经过北纬华元工程师的反复修改也完成了定位和渲染问题。在项目实施过程中也遇到过很多其它的小的困难，但都一一得到了解决

标准定制阶段：最后是结案定制标准，由于过去没有这方面的标准，所以必须重新开始写，同建筑BIM一样，也是从设计资源，设计行为和设计交付三大方面切入，花了一个月的时间完成了标准的定制。

最终在武汉北纬华软的工程师们的共同努力下，完成了这项在BIM基础设施行业具有代表性的项目，并获得了全国创新杯BIM大赛二等奖，湖北BIM大赛一等奖。

项目总结：

通过北纬华元武汉团队的不懈努力，这次隧道BIM实施项目，从预可研开始到最后施工图、整合和动画渲染，期间经历了很多困难，克服了重重难关，最终得到了客户的认可，实现了铁四院隧道处预定的目标，为BIM技术在隧道行业的进一步标准化应用打下了坚实的基础。

项目价值：

隧道和桥梁一直都是基础设施行业BIM设计的重难点，很多从事桥隧的设计院都对BIM望而却步，即便有BIM实施，也多半停留在工程可行性设计（概念设计）阶段，而铁四院这次的BIM项目，是一次大胆的挑战，基本上完成了从工程可行性设计（概念设计）到施工图设计的全设计流程的工作，在创新杯和湖北BIM大赛的评选中也得到了行业专家们的认可，经过北纬华元工程师的整理和总结，这种设计模式对日后的隧道甚至桥梁BIM设计的进步都具有非常重要的参考价值。