隧道施工是一个复杂系统的动态调整过程，由于前期勘探信息匮乏，预设计方案有一定盲目性[1]，因此“观察法施工”“信息化施工”等强调反馈控制的施工理念得到重视[2,3]。隧道施工过程涉及繁杂而抽象的信息数据，建立可视化的隧道管理信息系统(Manage Information System，MIS)显得尤为必要。朱合华等[4]建立了基础设施智慧服务系统(in frastructure Smart Service System，iS3)平台框架，形成一套针对岩体隧道的精细化采集、分析与服务系统并应用。王国欣等[5]实现了隧道三维计算机空间模型与可视化施工顺序表现。姜谙男等[6]建立隧道的可视化反分析平台，基于可视化类库(Visualization Toolkit，VTK)对隧道施工中围岩应力、应变和节点位移等结果数据进行图像显示。

随着信息采集手段和分析方法的不断进步，目前包括监控量测信息、地质信息、施工过程分析信息等在内的隧道施工信息量呈爆炸式增长。数据多元性与格式不统一的矛盾日益突出。如何采用统一数据标准和可视化手段来共享和分析隧道施工多元信息成为有待解决的重要问题。建筑信息模型BIM(Building Information Modeling) 通过共同数据标准IFC(Industry Foundation Classes)集成工程各类信息，成为土木建筑行业的热点[7]。Hegemann等[8]基于IFC标准扩展了隧道TBM(Tunnel Boring Machine)施工的模型，并开发了显示IFC模型的软件。Li等[9]建立了基于BIM的地下工程施工风险的分析系统，并针对基坑进行应用。Zhou Ying等[10,11]从盾构管片拼装施工方面对IFC标准进行扩展。孙钰杰等[12]提出基于IFC 的水电设备运行可视化管理模式，并在此基础上使用C#语言进行系统开发。

基于BIM的工程管理信息系统已经逐渐引起重视，IFC为行业提供了信息集成的公共数据标准，这也是土木工程信息管理的发展趋势。但将BIM与隧道施工反馈分析相结合的研究还不多见。本文首先研究隧道IFC标准扩展和集成信息模型表达方法，然后进行基于IFC的反馈分析MIS的开发，并进行初步的工程应用。

1 隧道施工反馈分析流程

1.1 隧道施工反馈分析方法

围岩支护系统具有开放的复杂的系统特点，人工观测、监控量测和地质超前预报等多种手段获取多元信息可以看作该系统的输出。开挖方法和支护方案是该系统的输入。隧道施工过程反馈分析表现在一方面通过多元信息进行系统的辨识，即获得围岩的等级和围岩参数；另一方面通过施工方案调整实现控制，使地下工程的稳定状态向预期目标转化。隧道反馈分析流程见图1。

图1 隧道反馈分析流程

反馈分析中的信息获取区域包含了掌子面前方、掌子面、掌子面后方的不同空间位置；分析方法包含了统计分析、模式识别和智能优化等算法。

本文将BIM模型和其IFC数据标准引入隧道施工反馈分析过程。分析流程如下：

(1)利用Revit软件创建隧道BIM模型，通过IFC扩展形成隧道参数化组件库。

(2)将采集的多元信息及有关属性通过EXPRESS语言添加到BIM模型的扩展组件库。然后导出为 IFC 格式的模型文件。调用自主开发的反馈分析计算模块，进行围岩动态分级、围岩参数识别和监测信息预警。

(3)调用施工方案优化计算程序获得开挖施工方案和支护参数。在此过程中的计算结果数据也会实时地更新到BIM集成信息模型中。多种分析计算模型与BIM模型读写交互，支持IFC的各类主流BIM平台均可查询。基于IFC标准的隧道反馈分析模式见图2。

图2 基于IFC的隧道反馈分析模式

1.2 基于IFC的隧道反馈分析MIS设计

在图2的基础上，设计建立了基于IFC的反馈分析MIS。系统功能分为六大模块，即BIM模型库操作(IFC数据三维图形交互)、监测信息管理、围岩分级、有限元分析、动态设计以及分析报告等模块，系统的功能结构见图3。

图3 反馈分析MIS功能结构

本系统采用SQL Server 2010数据库，与一般MIS相比其显著特点是：(1)可以进行BIM模型数据解析以及三维模型可视化；(2)包含了监测数据统计分析、围岩动态分级、围岩参数识别和隧道工法选择以及支护参数优化的专业计算模块；(3)实现该系统与BIM集成模型的双向数据传递，并实现IFC信息存储和数据库存储的映射备份；(4)采用BIM建模软件Revit和结构分析软件ABAQUS之间模型数据转换方法，实现BIM有限元的正反计算。上述计算方法经过验证测试，在此不再详述，可参考文献[13]。以下介绍IFC模型信息表达方法、IFC模型解析和可视化显示等内容。

文章来源：《信息记录材料》 网址: http://www.xxjlcl.cn/qikandaodu/2021/0317/1277.html