■ 趙月悅

BIM技術(shù)在武襄十城際鐵路橋梁專業(yè)的應(yīng)用

■ 趙月悅

BIM由于具備可視化、碰撞檢查、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為未來(lái)工程設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。武襄十城際鐵路試點(diǎn)項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了橋梁專業(yè)完全基于達(dá)索平臺(tái)建模設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了與歐特克平臺(tái)數(shù)據(jù)交互及模型整合。設(shè)計(jì)成果具有可視化的優(yōu)勢(shì)，可直觀、形象地進(jìn)行設(shè)計(jì)交底指導(dǎo)施工，為今后基于達(dá)索平臺(tái)進(jìn)行橋梁BIM設(shè)計(jì)提供借鑒，也可為多平臺(tái)BIM設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

BIM；橋梁；達(dá)索；可視化；協(xié)同設(shè)計(jì)

0 引言

BIM（Building Information Modeling）全稱建筑信息模型，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5大特點(diǎn)［1］。

隨著BIM應(yīng)用的深入，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱鐵四院）橋梁專業(yè)在橋梁三維建模、由外部數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)支梁橋自動(dòng)三維建模、與其他專業(yè)提供的三維模型的集成等方面取得一定成果。武襄十城際鐵路試點(diǎn)項(xiàng)目的橋梁部分完全基于達(dá)索平臺(tái)進(jìn)行建模、設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)與歐特克平臺(tái)數(shù)據(jù)交互和模型整合。

1 項(xiàng)目概況

選取武襄十城際鐵路DK418+300.00—DK426+600.00（武當(dāng)山西站—王家莊隧道出口）作為BIM技術(shù)應(yīng)用的試點(diǎn)，在此試驗(yàn)段完成綜合多個(gè)專業(yè)的完整BIM設(shè)計(jì)。項(xiàng)目包括中間站（武當(dāng)山西站）、線路、路基、橋梁10座（共3.5 km）、隧道6座（共約2.5 km），約合正線長(zhǎng)度8.3 km。

項(xiàng)目中橋梁專業(yè)工作量大，合計(jì)10座大中橋、1座框架橋、5座涵洞。10座大中橋內(nèi)含有（40+72+40）m連續(xù)彎梁特殊結(jié)構(gòu)、（6×32）m道岔連續(xù)梁特殊結(jié)構(gòu)、武當(dāng)山西1號(hào)多線橋（含正線、到發(fā)線、站臺(tái)梁）大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)?？蚣軜蚝秃磸?fù)雜結(jié)構(gòu)，按類型可分為4座框架涵、2座蓋板涵；按與線路方向交匯方式可分為3座斜交涵、3座正交涵。

2 技術(shù)實(shí)施

2.1 技術(shù)路線

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程：（1）BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、原則、規(guī)范的確定；（2）創(chuàng)建參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)幾何模型零件庫(kù)；（3）搭建骨架模型；（4）模型裝配；（5）碰撞檢查；（6）反饋與調(diào)試；（7）工程量及工程出圖；（8）模型輕量化、施工瀏覽及復(fù)核等。

2.2 實(shí)施難點(diǎn)

BIM設(shè)計(jì)中存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：

（1）復(fù)雜幾何模型創(chuàng)建方面，如（40+72+40）m連續(xù)彎梁變截面段梁底空間曲線的創(chuàng)建，涵洞出入口翼墻、邊坡、錐體和垂裙的創(chuàng)建，空間三維線路骨架線的創(chuàng)建等；

（2）幾何模型屬性賦予方面，包括材料屬性、相關(guān)模型信息等；

（3）三維建模軟件自動(dòng)二維出圖方面；（4）滿足EBS標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)工程算量。

2.3 解決方案

針對(duì)BIM設(shè)計(jì)中存在的各個(gè)難點(diǎn)，在實(shí)施過(guò)程中的解決方案如下：

（1）利用線路資料以及自主開(kāi)發(fā)的橋梁工程師軟件中的線路數(shù)據(jù)文件，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，將這些資料文件接入達(dá)索平臺(tái)CATIA模塊，自動(dòng)生成線路骨架線。

（2）對(duì)于復(fù)雜構(gòu)建進(jìn)行細(xì)化構(gòu)建。創(chuàng)建參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)幾何模型零件庫(kù)，涵蓋橋梁上、下部結(jié)構(gòu)等各種標(biāo)準(zhǔn)零件類型，如標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支箱梁、圓端形實(shí)體橋墩、矩形空心橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)等（見(jiàn)圖1）。

圖1 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)零件BIM模型

在CATIA中，橋墩和樁基礎(chǔ)可通過(guò)設(shè)置參數(shù)模塊直接生成（見(jiàn)圖2）。

圖2 橋墩和樁基礎(chǔ)參數(shù)及模型

創(chuàng)建特殊結(jié)構(gòu)零件，如（40+72+40）m連續(xù)彎梁、蓋板涵、框架涵等（見(jiàn)圖3）。

圖3 特殊結(jié)構(gòu)零件BIM模型

創(chuàng)建橋梁附屬結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，如防護(hù)墻、電纜槽豎墻、人行蓋板、遮板、欄桿立柱、柱帽、托梁、扶手、欄片等，通過(guò)裝配梁體和附屬結(jié)構(gòu)完成模型設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖4）。

（3）在TXO模塊下進(jìn)行屬性定制和擴(kuò)展，通過(guò)數(shù)據(jù)模型特殊化創(chuàng)建程序包、新建屬性名、屬性類型及其他信息。針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需要人為創(chuàng)建定制的類別屬性，并對(duì)類別屬性進(jìn)行構(gòu)件編號(hào)、構(gòu)件類型、材料類型、工程數(shù)量等相關(guān)屬性的擴(kuò)展（見(jiàn)圖5）。

（4）在CATIA的Drafting模塊下，通過(guò)選擇投影面自動(dòng)出立面圖，通過(guò)剖切線位置自動(dòng)出剖面圖，并且可設(shè)置圖幅尺寸、線型顏色、寬度等。BIM出圖的主要優(yōu)點(diǎn)在于二維圖根據(jù)三維模型修改自動(dòng)更新。

圖4 CATIA裝配模板

圖5 橋墩擴(kuò)展屬性

（5）自動(dòng)工程算量結(jié)合Engineering Rules Capture模塊和CATIA Automation技術(shù)開(kāi)發(fā)，目前所開(kāi)發(fā)的代碼是針對(duì)3Dpart零件級(jí)別，可實(shí)現(xiàn)裝配產(chǎn)品下每一個(gè)零件均有對(duì)應(yīng)的工程數(shù)量結(jié)果。

（6）復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)用碰撞檢查來(lái)核算，三維模型能很好地反映出二維圖難以表達(dá)的情形，并能有效檢查出構(gòu)件的碰撞（見(jiàn)圖6）。圖6所示武當(dāng)山西1號(hào)大橋到發(fā)線十堰臺(tái)與梁體的碰撞，經(jīng)核實(shí)是設(shè)計(jì)欠缺考慮，缺少曲線布置計(jì)算。通過(guò)這種方式，能有效地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核和檢查，并能盡快反饋給設(shè)計(jì)者進(jìn)行修改。

圖6 梁體碰撞顯示圖

3 項(xiàng)目成果

3.1 裝配全橋

在傳統(tǒng)的施工技術(shù)交底中受二維圖紙的局限性影響，不同使用者專業(yè)知識(shí)層次不同，會(huì)對(duì)圖紙有不同的理解，在實(shí)際的工程施工過(guò)程中，可能出現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的誤讀現(xiàn)象。利用BIM模型特有的立體、可視、全角度特點(diǎn)，BIM設(shè)計(jì)成果可以直接指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可視化交底［2］。

本項(xiàng)目根據(jù)線路專業(yè)提供的線路資料創(chuàng)建線路骨架線，然后根據(jù)線路骨架線創(chuàng)建墩臺(tái)梁定位軸系，最后將梁體、橋墩、橋臺(tái)、基礎(chǔ)等參數(shù)化構(gòu)件用軸系對(duì)軸系的方式裝配全橋，如武當(dāng)山西1號(hào)大橋（見(jiàn)圖7）和潘鳳溝大橋（見(jiàn)圖8）。

圖7 武當(dāng)山西1號(hào)大橋

圖8 潘鳳溝大橋

武襄十城際鐵路試點(diǎn)項(xiàng)目中，橋梁專業(yè)完成了全部BIM設(shè)計(jì)，BIM模型展示見(jiàn)圖9。

圖9 武襄十城際鐵路橋梁BIM模型

3.2 二維出圖

設(shè)計(jì)完成的BIM模型可直接生成CAD二維圖紙，用于指導(dǎo)施工。

3.3 工程量

工程量是項(xiàng)目采購(gòu)與項(xiàng)目概預(yù)算的基礎(chǔ)，也是項(xiàng)目投資管理的基礎(chǔ)，BIM自動(dòng)工程算量結(jié)合Engineering Rules Capture模塊和CATIA Automation技術(shù)做開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)裝配產(chǎn)品下每一零件均有對(duì)應(yīng)的工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如武當(dāng)山西2號(hào)中橋工程數(shù)量（見(jiàn)表1）。

表1 武當(dāng)山西2號(hào)中橋工程數(shù)量

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目按照合理的技術(shù)路線進(jìn)行實(shí)施，克服了BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的困難，實(shí)現(xiàn)了橋梁部分完全基于達(dá)索平臺(tái)實(shí)現(xiàn)建模、設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了與歐特克平臺(tái)數(shù)據(jù)交互和模型整合。

03030E1 B0 S1編01碼020104層EB 8級(jí)SEB承S名臺(tái)稱構(gòu)件1#墩從基屬礎(chǔ)類型C35材鋼料筋類混型凝土構(gòu)類承件型臺(tái)1數(shù)73量.4單m位303030101010201078鉆孔樁1#墩基礎(chǔ)C35鋼筋混凝土樁身200.3m3030301010102027墩臺(tái)222.2m303030101010202018混凝土1#墩C35鋼筋混凝土墩身220.2m31#墩C40鋼筋混凝土墊石2m303030101010362#墩442.664m3030301010103017地基及基礎(chǔ)276.464m303030101010301048承臺(tái)2#墩基礎(chǔ)C35鋼筋混凝土承臺(tái)125.664m303030101010301078鉆孔樁2#墩基礎(chǔ)C35鋼筋混凝土樁身150.8m3030301010103027墩臺(tái)166.2m303030101010302018混凝土2#墩C35鋼筋混凝土墩身164.2m32#墩C40鋼筋混凝土墊石2m303030101010463#臺(tái)543.04m3030301010104017地基及基礎(chǔ)294.94m303030101010401048承臺(tái)十堰臺(tái)基礎(chǔ)C35鋼筋混凝土承臺(tái)157.14m303030101010401078鉆孔樁十堰臺(tái)基礎(chǔ)C35鋼筋混凝土樁身137.8m3030301010104027墩臺(tái)248.1m3十堰臺(tái)C35鋼筋混凝土后墻158.6m3十堰臺(tái)C35鋼筋混凝土前墻36.5m303030101010402018混凝土十堰臺(tái)C35鋼筋混凝土軌道板42.6m3十堰臺(tái)C35鋼筋混凝土頂帽9.2m3十堰臺(tái)C40鋼筋混凝土墊石1.2m303030101025上部3孔0303010102016預(yù)應(yīng)力混凝土3孔簡(jiǎn)支箱梁030301010201017預(yù)制正線32 m標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支箱梁（雙線）C50預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁1孔030301010201017預(yù)制正線24 m標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支箱梁（雙線）C50預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁2孔

BIM技術(shù)在武襄十城際鐵路橋梁專業(yè)的成功應(yīng)用具有以下意義：（1）橋梁專業(yè)完全基于達(dá)索平臺(tái)進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)利用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)提供借鑒指導(dǎo)價(jià)值；（2）與其他專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，推進(jìn)新的溝通、協(xié)調(diào)方式；（3）通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，加深掌握屬性定制、自動(dòng)算量、碰撞檢查在BIM設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

［1］ 清華大學(xué)BIM課題組. 中國(guó)建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究［M］. 北京：中國(guó)建筑工程出版社，2011.

［2］ 劉延宏. BIM技術(shù)在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用［J］. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015（3）：47-50.

趙月悅：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，助理工程師，湖北 武漢，430063

責(zé)任編輯 苑曉蒙

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1672-061X（2016）03-0083-05