雷曉雨，王 建，閆東旭，王海龍

（1. 中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司，天津 300251；2. 中鐵九局集團(tuán)工程檢測試驗有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

鐵路路基工程設(shè)計BIM技術(shù)應(yīng)用研究尚處于起步階段，在技術(shù)層面存在很多障礙：一是缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，BIM軟件間沒有統(tǒng)一的信息交換標(biāo)準(zhǔn)，BIM應(yīng)用各協(xié)作方?jīng)]有統(tǒng)一的交付標(biāo)準(zhǔn)；二是缺乏明確的應(yīng)用需求，鐵路行業(yè)路基工程BIM技術(shù)應(yīng)用價值點尚不明確；三是缺乏專業(yè)軟件工具，沒有完全適用于鐵路工程多專業(yè)BIM軟件平臺[1-3]。

為探索鐵路BIM協(xié)同設(shè)計方法，經(jīng)過充分調(diào)研，在此選擇達(dá)索平臺作為BIM主平臺，基于中國鐵路總公司某試點項目，對路基工程BIM協(xié)同設(shè)計方法進(jìn)行適用性研究，并總結(jié)了路基工程BIM設(shè)計流程。

1 路基工程BIM設(shè)計流程

某無砟軌道鐵路BIM試點工程，線路長6.4 km，其中涉及路基工點4處，總長度2.2 km。路基工程BIM設(shè)計任務(wù)主要包括：建立路基左右路肩線、路堤及路塹本體設(shè)計，側(cè)溝設(shè)計，邊坡防護(hù)設(shè)計，支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計，地基處理設(shè)計等。

基于達(dá)索平臺明確了路基工程BIM設(shè)計流程，根據(jù)該流程完成了路基BIM設(shè)計，即根據(jù)線路空間線（軌頂線）及地形三維曲面等基礎(chǔ)資料研發(fā)路肩線、路基本體結(jié)構(gòu)、側(cè)溝、路基邊坡、重力擋墻、CFG樁基處理的模型設(shè)計，完成了BIM工程數(shù)量計算方法與路堤模板的結(jié)合，實現(xiàn)了與線路、測繪、軌道、地質(zhì)專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計[4]。路基工程BIM設(shè)計流程見圖1。

圖1 路基工程BIM設(shè)計流程

2 路基工程BIM設(shè)計要點[3-4]

2.1 模型搭建

在該試點項目中，路基工程的4個工點包含高路堤、深路塹、擋墻以及地基處理等工程類型[5]。模型搭建中充分利用三維地形，確定路堤路塹分界，在此基礎(chǔ)上選用不同的工程模板建立路堤、路塹、側(cè)溝及邊坡模型；然后在總的路堤或路塹實體模型下，檢查是否有設(shè)置支擋的需要，進(jìn)而從三維模型中直觀地確定設(shè)置支擋工程的范圍和形式；最后進(jìn)行地基處理模型的搭建。路堤、擋墻模板實例化效果見圖2。

圖2 路堤、擋墻模板實例化效果

2.2 路基專業(yè)與各專業(yè)的協(xié)同

利用達(dá)索平臺，通過專業(yè)間結(jié)構(gòu)樹的協(xié)同作業(yè)空間，路基專業(yè)共完成以下工作：

（1）路基專業(yè)與線路專業(yè)：依托線路空間線完成路基專業(yè)路肩線設(shè)計，并提交路基專業(yè)外輪廓線用來確定用地界。

（2）路基專業(yè)與測繪專業(yè)：結(jié)合測繪地形，對路基專業(yè)路基結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確定路基放坡參考。模板與地模交互見圖3，反映了路堤放坡、排水溝與地面地形的緊密結(jié)合。為提高三維模型展示效果，路基專業(yè)向測繪專業(yè)提供地形修剪范圍線，確定路基及路塹范圍。

（3）路基專業(yè)與地質(zhì)專業(yè)：與地質(zhì)專業(yè)地層模型結(jié)合，檢算地基處理長度與范圍。模板與地層信息交互見圖4。由圖4可知，進(jìn)行樁基處理的地段為新黃土層較厚段落，地基處理樁基均打穿地質(zhì)新黃土層進(jìn)入較好土層，符合設(shè)計原則要求，設(shè)計樁長合理。

（4）路基專業(yè)與軌道專業(yè)：向軌道專業(yè)提供路基工點在空間左線上的起訖里程點，為線路及相關(guān)專業(yè)提供單平臺的協(xié)同參數(shù)。

圖3 模板與地模交互

圖4 模板與地層信息交互

3 與傳統(tǒng)設(shè)計方法對比分析

（1）從二維設(shè)計到三維設(shè)計。傳統(tǒng)路基設(shè)計模式是建立在橫斷面基礎(chǔ)上的二維設(shè)計，采用的地形參考為測繪提供的橫斷面；BIM設(shè)計則是在三維地形上建立的三維立體模型，再根據(jù)三維模型進(jìn)行設(shè)計。BIM三維設(shè)計模型更直觀，對于細(xì)節(jié)及控制點的表現(xiàn)更突出。

（2）與傳統(tǒng)三維設(shè)計模式的比較。傳統(tǒng)的路基三維設(shè)計同樣是建立在橫斷面的基礎(chǔ)上，在施工圖紙已經(jīng)確定后，根據(jù)圖紙進(jìn)行相鄰橫斷面間點線面的連接形成三維模型，即倒模設(shè)計；BIM設(shè)計模式則根本不同，采用模板或程序生產(chǎn)三維模型，再用三維模型與地形面或地質(zhì)體進(jìn)行運算得到三維實體。這種設(shè)計模式不依賴于圖紙，是一種正向設(shè)計形式，可應(yīng)用于設(shè)計的不同階段，甚至可利用三維模型生成路基需要的二維圖紙。

（3）措施的選取。路基傳統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計措施的選取與地質(zhì)資料、外業(yè)資料、平縱斷面及測繪資料相關(guān)；BIM設(shè)計措施的選取方法與傳統(tǒng)設(shè)計方式基本相同，但也有自身的特點，例如在外業(yè)調(diào)查方面，以往外業(yè)人員根據(jù)1∶2 000圖進(jìn)行調(diào)查并為措施的制定提供參考，而BIM設(shè)計模式中航測資料是一種重要手段。在BIM設(shè)計中，相對于1∶2 000圖，航測圖寬度更大、更精細(xì)。因其可參考的范圍更廣，對于路基的限制條件增多，使路基專業(yè)人員現(xiàn)場確定措施時考慮的因素增加，需要調(diào)查的范圍擴大，外業(yè)工作量相對增加。但另一方面，這項工作量的增加會使措施制定更加合理，危險源的發(fā)現(xiàn)更加及時，在一定程度上減少了內(nèi)業(yè)工作量，減少了設(shè)計變更。

（4）設(shè)計修改。傳統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計修改需要工程師在CAD圖上進(jìn)行手動改正。某個工點、某個尺寸的變動可能需要多步手動操作來實現(xiàn)；BIM設(shè)計由于是參數(shù)化建模，當(dāng)設(shè)計的模板參數(shù)合理時，如需對模型某一參數(shù)化的尺寸進(jìn)行修改，只需改動1個數(shù)字就能完成，若幾個工點均需要做同樣的修改，則效率較傳統(tǒng)設(shè)計有明顯提升。然而，對于若干細(xì)節(jié)參數(shù)需要修改而大部分不需修改的工點，如果分段不夠詳細(xì)，還需對工點重新進(jìn)行劃分，則效率較傳統(tǒng)模式將大大降低。

（5）協(xié)同作業(yè)方式及內(nèi)容的變化見表1。

（6）數(shù)據(jù)存儲的變化。在數(shù)據(jù)存儲方面，達(dá)索平臺與傳統(tǒng)設(shè)計模式相比有以下不同：所有版本均可在達(dá)索平臺上按照一定的權(quán)限進(jìn)行專業(yè)內(nèi)與專業(yè)間的搜索、瀏覽和修改操作，實現(xiàn)設(shè)計資源的協(xié)同共享，免去傳統(tǒng)設(shè)計互傳資料的環(huán)節(jié)；每個設(shè)計節(jié)點均對應(yīng)相應(yīng)的責(zé)任者，不同的責(zé)任者之間可進(jìn)行節(jié)點責(zé)任的轉(zhuǎn)移變更，方便設(shè)計任務(wù)的分配與管理；通過二次開發(fā)可實現(xiàn)工程量計算方案與IFD、IFC專業(yè)分類編碼的對接，可實現(xiàn)專業(yè)設(shè)計同行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)的對接。

4 適用性分析

基于達(dá)索平臺的BIM設(shè)計模式適用性分析見表2。通過分析BIM設(shè)計模式及達(dá)索平臺的優(yōu)勢及不足，得出以下結(jié)論：

表1 協(xié)同作業(yè)方式及內(nèi)容的變化

表2 基于達(dá)索平臺的BIM設(shè)計模式適用性分析

（1）對于路基工程設(shè)計而言，目前BIM設(shè)計模式更適合于初設(shè)或施工圖階段方案相對穩(wěn)定的情況。

（2）措施的把控不再受制于橫斷面的疏密，基于三維地形的路基設(shè)計更具全局性。

（3）模板需要依托大量BIM項目進(jìn)行積累，當(dāng)基礎(chǔ)資料（三維地模、地質(zhì)模型、線位精度等）可靠時，采用這種正向的三維設(shè)計模式在一定程度上能夠減少變更。但與傳統(tǒng)路基設(shè)計作業(yè)效率相比，還有一定差距，需要通過大量研發(fā)工作來提高效率。

（4）由于平臺的統(tǒng)一性，基本實現(xiàn)了各專業(yè)的平行作業(yè)及協(xié)同作業(yè)，平臺在數(shù)據(jù)保密方面效果突出。

（5）面對路基復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，BIM平臺對結(jié)構(gòu)體建模的支持較完善，而對半結(jié)構(gòu)體的設(shè)計要達(dá)到設(shè)計需求還有很大差距，造成專業(yè)設(shè)計人員在開展BIM項目工作中，需根據(jù)平臺優(yōu)勢調(diào)整設(shè)計思路，結(jié)合本專業(yè)特點針對平臺缺陷進(jìn)行大量研究和開發(fā)，因此對于路基工程BIM設(shè)計研究與應(yīng)用，二次開發(fā)工作將是今后一段時間的主要工作。

（6）平臺兼容性有待提高，開發(fā)端口需更加開放，交互界面需進(jìn)一步優(yōu)化。