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BIM技术的铁路路基设计应用研究

发表时间：2021/4/15 来源：《建筑科技》2020年10月上作者：季学亮

[导读] 随着经济的高速增长，科学技术的快速进步，BIM技术在铁路行业得到了广泛的应用。为满足铁路BIM联盟颁布的铁路工程信息模型相关标准，基于欧特克平台，针对铁路路基BIM技术正向设计需要，进行了多项二次开发。研发系统以数据为核心，结合快速建模、模型出图、数量计算等功能，探索铁路路基BIM正向设计技术。

中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司季学亮 401120

摘要：随着经济的高速增长，科学技术的快速进步，BIM技术在铁路行业得到了广泛的应用。为满足铁路BIM联盟颁布的铁路工程信息模型相关标准，基于欧特克平台，针对铁路路基BIM技术正向设计需要，进行了多项二次开发。研发系统以数据为核心，结合快速建模、模型出图、数量计算等功能，探索铁路路基BIM正向设计技术。充分利用欧特克平台BIM设计软件的优势，结合既有CAD设计软件，在铁路建设项目进行了技术验证。结果表明，研发系统的铁路路基BIM技术设计路线可行，设计深度基本满足正向设计要求，不断地进行深化研究，可以进行推广应用。
关键词：BIM技术；铁路路基设计；应用
        引言
        随着交通运输行业的快速发展，铁路基础工程项目建设数量和规模均不断增加及扩大。铁路路基工程结构形式复杂，在工程设计中，传统的设计理念无法满足铁路建设要求。BIM为新型智能化技术，通过将其应用于铁路工程设计中，可发挥信息共享功能，以动态形式充分展现出道路全寿命周期，据此对道路工程设计方案进行优化调整，提高铁路路基设计水平。因此，文章对BIM技术在铁路路基工程设计优化中的应用方式进行深入研究。
        1BIM技术的特点
        ①可视性。BIM技术具有可视性，能够实现工程周边环境状况和公路路面路基设计的可视化展现，清晰地呈现公路工程的三维情况和立体模型，将公路工程施工各环节展示出来。三维模型的呈现能够让设计人员在立体模型中寻找设计灵感。②协同性。公路工程设计涉及的环节众多，需要各部门加强沟通，尤其是设计单位、施工单位之间的沟通与交流。BIM具有协同作用，能够提供协同服务，为相关单位提供信息，使信息得到共享，使工程相关的各个主体准确表达需求，减少因沟通不畅造成的失误，有效节约设计成本，避免设计人员为了得到数据信息而重复工作，提高设计方案的实效性。③准确性。BIM技术利用获取的数据作为参数，直观地展示公路工程三维立体模型。通过大数据分析，设计人员可以快速计算出工程现有曲面及设计曲面之间的土方量，并生成土方调配表，确定工程挖填量、土方堆放位置及移动方向等数据，进而明确工程材料需求量。各项数据信息的精准计算减少了工程施工的误差率。④模拟性。不同于其他技术，BIM技术能够实现可视化模拟。设计人员可以利用计算机技术的分析能力和筛选能力，有效获取相关参数，并建立公路工程三维立体模型，优化设计方案。在公路工程中，设计人员运用BIM技术，能够快速确定公路的坡度、线型、交互式平面交叉路口模型等，由于施工图和标注始终处于最新状态，设计人员可以集中精力优化设计。
        2BIM技术的铁路路基设计应用
        2.1设计流程
        铁路建设项目路基BIM设计使用欧特克平台Civil3D软件，组装模型为Revit软件格式模型。为提高建模质量及效率，以路基数据库为核心，对Revit软件做了二次开发以辅助设计，包含快速建模、模型出图、数量统计等内容，路基的最终模型是Revit软件格式模型。①路基本体模型设计需要沿线路进行模板放样，并与地形进行交互。路基与线路结合较为紧密，而Revit软件没有线路相关功能，无法生成路基本体。利用欧特克平台Civil3D软件线路路基相关功能，生成路基本体模型以及沿线路放样的路肩、电缆槽、排水沟等。对路基本体及附属结构物模型信息进行读取，同时读取线路信息，并把信息传入数据库。②通过数据库存储信息，在Revit软件平台对路基本体模型进行重建，并利用数据信息，调用路基族库，批量布设路基边坡防护、支挡结构及地基处理桩、桩板结构等附属结构物，在布设的同时提取结构物信息进行数量统计，并利用Revit软件平台功能对模型进行剖切，生成路基横断面图和纵断面图，完成路基出图。路基模型统一为Revit模型，在项目中进行拼装、碰撞检查。③在地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）软件平台统一进行研发管理功能，载入各专业BIM模型，进行项目管理。

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④利用欧特克平台系列软件如Navisworks软件进行施工模型、漫游展示等，更为直观地表达设计成果。
        2.2道路路基优化设计
        在铁路路基设计中，应重点关注挡土墙碰撞问题，在路基设计方案优化中，可利用BIM技术创建铁路工程三维模型。比如，在某铁路工程设计中发现，挡土墙存在碰撞隐患，在实际施工中，会对施工质量以及施工进度造成不良影响。对此，可采用BIM技术对设计方案进行全面分析，然后提出整改意见，同时，对于挡土墙边缘位置，也需进行优化设计，避免在施工过程中对生态环境造成不良影响。在挡土墙结构设计中，可利用BIM技术软件进行建模，创建挡土墙三维模型，然后通过BIM设计软件平台进行计算分析，对设计参数和方案进行优化调整，保证挡土墙结构的稳定性。在利用BIM技术创建三维模型后，可根据距离理论对挡土墙结构进行验算以及模拟分析，制订完善的设计方案。
        2.3路基路面建模
        利用PowerCivil软件进行路基路面建模，在创建横断面时需要重点考虑3个主要参数，分别为特征点、组件和末端条件。常见的特征点有铁路路基边缘点、路基肩边缘和铁路中心线等，各节点间通过斜率或直线距离这两个约束条件进行定义。通过对各约束规定标签，可实现对横断面具体位置描述，实现参数化设计目标。组件是一个点组，对其规定开口类型，可表征人行道或基层等材质区域。末端条件主要为实现边坡设计功能，通过逻辑分支确定边坡设置，能和地形模型进行自动拾取。
        2.4BIM数字化在路基施工管理中应用
        随着高速公路建设行业的快速发展，过去的项目管理模式已不能适应当前高速公路行业工程管理的实际需求，严重制约了项目管理效率，BIM技术的引入与应用，为整个高速公路建设行业的信息化带来了新的发展契机（见图5）。BIM理念和技术在高速公路建设管理中虽然仍处于起步阶段，把BIM数字化技术运用到路基施工管理中不仅能保证工程质量，加快工程进度，节约成本，还可以提高项目管理效率和质量，取得良好的应用效益。BIM数字化技术在路基施工管理中的应用包括：①工序报验将BIM模型与工程量清单进行关联，通过使用移动端APP进行工序报验、试验检测和报验审核，报验过程数据直接上传至BIM数字化平台，与BIM模型挂接，直观展示工程报验质量和进度情况。另外，可根据不同周期、分部分项工程等检索条件，导出报验计量汇总情况，有效减少工程报验工作量，提高工作效率。②技术交底改变传统施工过程中的技术交底采取纸质文件或者口头的形式，将施工过程中的技术交底进行三维可视化，施工工艺、质量验收标准、规划和要求等融入BIM模型中，形成施工、验收样板库。基于BIM模型的技术交底，可直观、精确表达施工过程工艺，便于施工人员理解，提高工作效率
        结语
        综上所述，文章主要对BIM技术在铁路工程设计优化中的应用方式进行详细探究。现今，铁路工程建设数量不断增多，在具体的规划建设中需综合考虑所处环境特征、交通因素、复杂管网结构等，而传统的二维设计方式逐渐暴露出很多弊端。对此，可推广应用BIM技术，创建铁路工程三维模型，综合考虑项目建设要求以及施工环境特征对设计方案进行优化调整，保证铁路工程施工的顺利进行，提高项目建设效益。
参考文献
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［3］刘彦明，沙培洲，徐博.BIM技术在银西高铁工程中的应用研究［J］.铁道标准设计，2018（8）：54-58.
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