谢 吉 星
(山东交通学院，山东 济南 250357)
BIM是建筑信息模型((Building Information Modeling)的简称，是一个通过建立三维模型，对整个项目进行设计、施工和运营以及维护的过程，通过工程项目数字化模型的建立及使用，提高工程的整体施工和运营管理水平，其中心思想是整个工程全生命周期信息的交互和共享[1]。Revit建筑、结构和机电系列是Autodesk公司研发出的BIM绘制软件，已经普遍应用在民用建筑市场[2]。
大型工程在施工前的准备阶段，常常都会借助设计中创建好的三维模型，对整体工程进行受力分析。本文通过Revit给有限元软件提供的接口*.sat文件，Revit与有限元软件之间有一个*.sat文件来连接的通道，据此可在有限元软件中载入三维模型，然后对导入之后的三维模型进行网格划分和受力分析，以分析结果为依据对模型进行优化，从而制定出最终的施工方案[3]。
1 工程概述
济南某高速公路隧道工程，左线暗挖段Z1K7+360～Z1K8+000,采用小净距隧道S-XVa型衬砌结构,暗挖段为岩质隧道，拱形断面，断面尺寸宽18.2 m，高12.16 m，隧道暗洞均采用新奥法施工，对于Ⅳ级围岩段，施工开挖前必须做好相应的超前支护，浅埋小净距段采用单侧壁导坑法开挖，一般浅埋段隧道施工采用微台阶弧形导坑留核心土的方法开挖，深埋段隧道施工采用三台阶法。
该地区地质情况为：隧址区地处千佛山断裂带东，项目区区域地质构造较简单。区内新构造运动形成的形变极为微弱，主要表现以水平运动和差异性升降为主。未见对线路安全有明显影响的活动性大构造或大断裂，地质构造相对稳定，区域稳定性较好。
2 建立模型
在BIM建模软件Revit中绘制出该隧道的隧道整体外轮廓图，如图1所示。并利用Revit的三位参数化以及拉伸的功能，可以得到隧道开挖部分的三维实体模型，如图2所示。然后导出通过Revit软件创建的三维实体模型，且保存为SAT数据格式。
3 ABAQUS中的网格划分
ABAQUS软件具有强大的有限元分析功能和CAE功能，已经作为工程软件之一，被广泛应用于机械制造、土木工程、隧道桥梁、汽车制造等领域[4]。
在ABAQUS的工作文件夹中，放入已经从Revit导出并保存为SAT格式的三维实体模型文件，然后在ABAQUS的主界面中选择文件—导入，将三维实体模型的单元类型改为壳，进入之后选择需要导入的SAT格式的文件。将实体模型导入之后，进入ABAQUS的网格划分模块，对隧道模型进行简单的剖分，然后对各个边进行种子分配，将每条边都分配合理的种子数，再对单元进行网格属性指派，对于隧道开挖部分实体模型，我们采用六面体结构网格划分技术，划分结果如图3所示。对网格划分完之后，就可以回到材料属性模块对隧道开挖部分实体模型进行材料属性的指派，然后进行分析步的创建，荷载的添加以及各个约束的设置，然后就可以根据自己的需求在有限元软件中进行所需要的计算。通过上述步骤，我们就达到了用有限元分析软件把Revit中创建的三维模型进行网格划分从而进行后续计算的目的。
4 拓展模型
采用相同的方法可以对开挖前后的支护结构等部件进行处理，用于计算在采取支护后山体围岩对支护结构的作用及变形情况。隧道岩体开挖前，由于是Ⅳ级围岩，故需要对其进行超前小导管注浆处理，对超前小导管的网格划分如图4所示。隧道岩体开挖完之后需要对隧道内壁进行喷浆来形成初期支护，为了研究岩体对于初期支护结构的作用，可将初期支护进行如图5所示的网格划分。在对隧道内部进行二次衬砌之后，二次衬砌与初期支护构成完整的维持隧道整体结构稳定的复合式衬砌结构，同理对该复合式衬砌结构进行网格来研究隧道山体对整体衬砌的作用，如图6所示。
5 结语
与传统的CAD二维图纸相比，BIM的三维模型实体有着压倒性的优势，不仅仅是在施工中的动态控制以及四维模拟施工，尤其是在像隧道这种需要长期管理运营的项目中，可以对照明系统、通风系统和排水系统等方面进行全方位的管理与运营，真正实现了从设计到施工，再到运营和管理一体化。并且，采用Revit软件进行三维参数化建模，无论是简单还是复杂的构件或者工程模型，都可以一步到位。再结合有限元分析，可以简化很多传统建模分析模式中的繁琐步骤，通过后期计算结果对比可知，Revit三维建模与有限元软件独立建模分析结果相同，说明这种方法是完全可行的，并且在很大程度上提高了建模分析的效率。
