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，經北京大興區(qū)、北京新機場、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，經常能看到盾構機這樣的龐然大物。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設計應用也主要依托山嶺隧道展開，針對這種情況，依托京雄鐵路機場隧道項目，開展了BIM技術在明挖隧道設計中的研究應用。

明挖隧道設計流程

與暗挖山嶺隧道相比，基于BIM的明挖隧道設計由于涉及隧道開挖及圍護，設計內容及設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構、隧道開挖以及隧道圍護。在BIM環(huán)境下，為了在提高建模效率的情況下又能快速進行方案的比選，明挖隧道各部分模型的建立，既要考慮設計過程的邏輯性，又要考慮模型的聯(lián)動性。

在明挖隧道施工過程中，首先進行開挖與圍護結構的施工，之后才開展隧道結構的施工。但在BIM設計中，由于開挖面的斷面尺寸與隧道結構有關，為了保證模型間的聯(lián)動性，首先進行隧道結構的設計，然后進行開挖面設計；同理，由于圍護結構與開挖面有關，需在進行完開挖面設計后再開展圍護結構設計。綜上所述，制訂明挖隧道BIM設計流程，主要包括：三維線位、地形、地質等基礎數據分析；隧道縱向段落劃分，生成隧道結構骨架；建立隧道結構模板，生成隧道結構模型；依托隧道結構模型生成隧道開挖面骨架；應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結構骨架；建立圍護結構模板，生成圍護結構模型；根據隧道開挖信息反饋，優(yōu)化隧道結構設計。

明挖隧道BIM設計流程

明挖隧道結構設計

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

明挖隧道結構模型

明挖基坑開挖面設計

基于BIM的明挖基坑開挖面設計為明挖隧道所特有，其設計流程主要包括：根據隧道埋深及地質情況確定不同段落隧道開挖參數；基于隧道結構模型生成開挖面骨架；應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、同護樁開挖以及“放坡+同護樁”開挖等多種常見開挖方法，實現了同一模塊不同開挖情況的參數化設計，開挖面與地形面自適應，可快速進行方案比選，真正實現了隧道開挖正向設計。此外，由于開挖面基于隧道結構生成，當隧道結構參數調整時，開挖面聯(lián)動調整，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

明挖基坑圍護結構設計

基于BlM的明挖基坑同護結構設計同樣為明挖隧道所特有，其主要設計流程包括：根據開挖及地質情況確定不同段落隧道支護參數；基于隧道開挖面模型生成隧道同護結構骨架；建立圍護結構模板，生成圍護結構模型；對于有內支撐的情況需基于圍護結構模型生成內支撐骨架；建立內支撐模板，生成內支撐模型。

圍護結構模型體量較大，為了便于方案比選，需實現圍護結構骨架及模型的參數化。此外，由于圍護結構模型基于開挖面模型生成，而開挖面模型又基于隧道結構模型生成，所以當隧道結構或開挖面模型調整時，圍護結構模型聯(lián)動，極大提高了模型建立、修改以及優(yōu)化效率。

挖基坑圍護結構模型

明挖隧道設計流程

路隧接口設計是專業(yè)間系統(tǒng)設計的重要組成部分，在本項目中，通過參數化的方法實現了路隧接口位置的比選。在設計過程中，隧道、路基設計在同一環(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)設計，當隧道缺口里程調整時，路隧接口位置聯(lián)動。

雄鐵路路隧接口模型

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

基于京雄鐵路機場隧道項目，應用BIM技術對明挖隧道結構、明挖基坑開挖面、明挖基坑圍護以及路隧接口設計開展深入研究，摸索出一條適用于明挖隧道的BIM設計流程，在某些關鍵節(jié)點上實現了真正意義上的正向設計，促進了BIM技術在隧道領域的發(fā)展，同時對實現基于BIM的鐵路工程正向設計具有一定的指導意義。