BIM在全球隧道工程中的突破性发展

1．国外现状

BIM的概念最早可以追溯到20世纪70年代末，卡内基梅隆大学建筑和计算机科学专业教授Chuck Eastman于1975年提出了“Building Description System（BDS）”的概念，可以视为最早提出的与BIM相关的概念。随后，作为美国建筑师协会成员、建筑师以及Autodesk建筑业分析师的菲尔伯恩斯坦，首次使用了更准确的术语——BIM建筑信息模型。杰里莱瑟灵随后在建筑过程中促进了这一数字表示法的推广和规范。近年来，各界看法逐渐趋于一致，建筑信息模型（BIM）的说法得到广泛认同。

美国是较早启动建筑业信息化研究的国家，其BIM研究与应用都走在世界前列。2003年起，美国总务管理局（GSA）通过其下属的公共建筑服务处开始实施一项被称为国家3D-4D BIM计划的项目，从整个项目生命周期的角度来探索BIM的应用，其包含的领域有空间规划验证、4D进度控制、激光扫描、能量分析、人流和安全验证以及建筑设备分析及决策支持等。据调研统计，2016年工程建设行业采用BIM的比例从2007年的28% 增加到2016年的82%，其中85%的承包商已经实施了BIM。

英国虽起步稍晚，但国家比较重视，内阁办公室于2011年5月发布了“政府建设战略（Government Construction Strategy）”文件，其中有整个章节关于建筑信息模型（BIM），并明确指出到2016年，政府要求全面协同3D BIM，并将全部的文件以信息化管理，这就相当于政府要求强制使用BIM。客观上，伦敦是众多全球领先设计企业的总部，也有很多领先设计企业的欧洲总部，在这些背景下，英国政府发布的强制使用BIM的文件可以得到有效执行。因此，与世界其他地方相比，英国BIM技术发展速度更快，英国的设计公司在BIM实施方面已经相当领先了。

但是，国外的BIM技术发展主要集中在房屋建筑行业，其他土木建筑行业的发展则比较缓慢，相关行业标准和软件也不成熟。与房屋建筑行业相比，铁路、公路行业对于BIM技术的使用还处于探索阶段，隧道方面的BIM研究主要集中在韩国及欧洲一些国家。

韩国2011年开展了设计、施工、运维阶段的隧道结构、开挖土方的工程算量研究；2015年在工业基础类标准（IFC）的基础上进行拓展，研发了针对新奥法隧道设计阶段的数据框架；2016年基于BIM技术研发了盾构隧道管片设计系统，可结合有限元分析软件自动计算管片受力情况并利用人工神经网络系统对计算结果进行迭代优化，最终得出最优管片尺寸。

德国结合具体铁路隧道项目，从工程顾问角度全面探讨BIM技术在规范、项目、设计上的应用，结合BIM与GIS（Geographic Information System）技术讨论了盾构隧道的不同精度表达模式，用于隧道BIM信息管理、设计模型构建的运用等。意大利结合地铁项目，描述了基于BIM技术的隧道参数化建模、项目管理、设计模型与计算模型的接口问题，运用Inventor做管片单体，运用Revit制作隧道区间，运用Dynamo制作隧道区间，并结合BIM模型基础，划分计算模型网格。

2．国内现状(www.xing528.com)

我国建筑业信息化发展进程大致可以分为四个阶段：第一阶段是20世纪80年代到90年代，以解决结构受力为主的工程计算问题；第二阶段是20世纪90年代末期，解决计算机辅助绘图问题，即CAD应用；第三阶段是21世纪初，解决计算机辅助管理问题；第四阶段是近年BIM的推广与开发应用阶段。

我国工程建设行业从2003年开始在实际项目中应用及研究BIM技术，2008年之后，BIM的应用得到一定的发展。我国在2011年将BIM纳入第十二个五年规划。次年，我国建筑科学研究院联合有关单位发起成立BIM发展联盟，积极发展、建设我国BIM技术与标准、软件开发创新平台。2015年，住房和城乡建设部发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，一大批具有一定规模且复杂的工程引入BIM技术，如北京奥林匹克体育场、南京南站、济南西客站等。2016年，住房和城乡建设部印发了《2016—2020年建筑业信息化（BIM）发展纲要》，提出到2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。到2020年末，在新立项项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用BIM的项目比率达到90%，进一步加大了BIM在建筑行业的推广力度。目前，我国关于BIM应用主要有以下实施标准：

①《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T 51212—2016），2017年7月1日实施；

②《建筑信息模型施工应用标准》（GB/T 51235—2017），2018年1月1日实施；

③ 住房和城乡建设部标准定额司的《建筑工程设计信息模型制图标准（征求意见稿）》意见函，建标工征〔2017〕68号。

隧道工程主要存在于铁路、公路及市政工程中，而BIM技术在我国公路、铁路行业的应用相对较晚。2013年，中国铁路总公司大力推动BIM技术在铁路工程建设中的应用，启动了铁路工程建设信息化关键技术的研究，并开展BIM技术的应用研究和配套标准的建立工作。目前，国内铁路各局集团公司及铁路行业大型设计单位均有相关研究成果。例如，中铁二院在宝兰客专石鼓山隧道中运用BIM 3D设计，在西部某高速铁路中运用基于3D GIS平台的空间选线系统规划铁路线路，线路规划完成后，将其平、纵数据直接导入AutoCAD Civil 3D软件，快速创建铁路路基3D模型，同时在车站、桥梁中实现了3D设计。目前，隧道BIM应用主要集中在铁路和地铁行业中，市政隧道也有一定的应用研究，公路隧道方面则刚刚起步，尚未有较大规模的应用。由此可见，虽然BIM技术有了一定发展，但无论是BIM技术本身还是隧道工程BIM应用，都还有很长的路要走。