宋 浩 韓廣暉 劉永峰

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

與傳統(tǒng)軌道交通不同，跨坐式單軌交通以“獨軌”的形式來引導(dǎo)車輛行駛，軌道梁既是承載結(jié)構(gòu)又是車輛行駛時的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(如圖1所示)[1]。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系分類，軌道梁可分為簡支體系和連續(xù)剛構(gòu)體系。無論是簡支還是連續(xù)剛構(gòu)體系，其線形總是隨著線路平縱曲線、超高的變化而變化[2]。因軌道梁的梁跨布置、預(yù)拱度設(shè)置等因素，造成每榀軌道梁線形均不相同。在傳統(tǒng)設(shè)計中，需根據(jù)線路線形去設(shè)計每一榀軌道梁，再由施工單位進行軌道梁的預(yù)制架設(shè)。而跨坐式單軌交通建設(shè)過程中多采用軌道梁和橋墩同時預(yù)制施工的方式，以期縮短施工周期，減少施工費用[3]。在這種施工方式下，設(shè)計人員需要準確了解軌道梁不同齡期的線形姿態(tài)；施工人員需要保證軌道梁制作的精度，并根據(jù)軌道梁的出場參數(shù)、施工參數(shù)進行軌道梁的精準架設(shè)[4-5]。因此，各階段信息傳遞的及時性和完整性顯得尤為重要。以下基于BIM技術(shù)，對軌道梁的線形控制進行研究。

圖1 跨坐式單軌軌道梁

2 軌道梁信息化模型的構(gòu)筑

2.1 模型搭載信息

BIM技術(shù)的出現(xiàn)為基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)提供了信息化解決方案，設(shè)計、施工、運營的全壽命周期信息都包含在BIM模型中[6-9]。因此，要實現(xiàn)信息的集成與共享，軌道梁模型必須能夠搭載多種信息。

跨坐式單軌軌道梁需要搭載多種信息，包括區(qū)間信息，線路線形信息，軌道梁線形構(gòu)造信息，附屬結(jié)構(gòu)信息，軌道梁的制造、出場、架設(shè)信息，軌道梁運營檢測信息等。因此，需要在軌道梁全壽命周期內(nèi)的每個階段之間進行信息的對接，應(yīng)根據(jù)軌道梁所處的不同階段搭建動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)軌道梁信息的可視化查看與編輯修改，這是軌道梁模型信息化、數(shù)字化的基礎(chǔ)(如圖2)。

2.2 軌道梁模型的建立

軌道梁三維模型的建立需要基本信息與工法信息的支持，以工法數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，獲取建模所需的截面控制點坐標、端模板轉(zhuǎn)角等控制信息。傳統(tǒng)方式下工法信息的計算需要輸入每榀軌道梁的大量數(shù)據(jù)信息，工作繁瑣且耗時。為實現(xiàn)軌道梁模型的快速建立，可將工法信息的計算作為軌道梁信息化模型建立的一個環(huán)節(jié)，使用戶在輸入極少控制參數(shù)的條件下，快速獲取軌道梁工法數(shù)據(jù)。具體解決方法為：從所建立的數(shù)據(jù)庫獲取計算工法所需信息，以此連接信息孤島，再輸入不同齡期梁體的理論撓度值、壓縮量、修正值等必要計算參數(shù)，通過軟件內(nèi)部調(diào)用計算，即可生成工法信息，并將其添加至數(shù)據(jù)庫。

圖2 軌道梁模型信息管理

在MicroStation中建立軌道梁模型有兩種方法[10]。第一種是利用樣條曲線建立軌道梁邊線，然后通過線→面→體縫合為智能實體軌道梁模型；另一種則是直接建立軌道梁橫截面，通過橫截面放樣形成實體。對兩種方法的精確度進行了比較，認為第一種方法建立的軌道梁邊線線形更加貼合實際。軌道梁模型建立后，根據(jù)端模板與底模板數(shù)據(jù)對軌道梁進行布爾運算，得到軌道梁的理論模型，從而可以對不同齡期軌道梁姿態(tài)進行監(jiān)控與查看，實現(xiàn)軌道梁設(shè)計的可視化(如圖3所示)。

圖3 軌道梁模型的查看

3 軌道梁施工過程模擬

跨坐式單軌交通采用“墩梁并舉”的施工方式，下部橋墩和基礎(chǔ)在現(xiàn)場進行原位施工，軌道梁在梁場中進行預(yù)制生產(chǎn)[11]。簡支軌道梁橋墩頂部設(shè)置支撐墊石，連續(xù)剛構(gòu)軌道梁橋墩頂部預(yù)埋臨時支撐預(yù)埋件，以方便軌道梁架設(shè)定位[12]。簡支體系軌道梁的架設(shè)過程中，可通過支座和墊石進行定位調(diào)整；連續(xù)剛構(gòu)體系軌道梁可通過墩頂預(yù)埋支撐件和臨時固定千斤頂來進行定位調(diào)整(調(diào)整余量較小，后澆段施工完成后幾乎不能再進行調(diào)整)[13-14]。因此，有必要在施工前對軌道梁進行模擬施工，以期能夠減少線形偏差，提高架梁施工效率。軌道梁施工過程模擬主要包括區(qū)間軌道梁模型的架設(shè)、軌道梁架設(shè)位置的調(diào)整和模型后澆段的建立。

3.1 區(qū)間軌道梁的模擬架設(shè)

首先要確定軌道梁模型大、小里程測點等控制點，使其與實際軌道梁控制點相對應(yīng)，并以此控制點為基礎(chǔ)，經(jīng)旋轉(zhuǎn)、平移等操作后放置至設(shè)計位置，具體流程如圖4所示。

圖4 模擬軌道梁架設(shè)安裝流程

3.2 軌道梁安裝位置調(diào)整

實際生產(chǎn)過程中，往往會有部分軌道梁偏離設(shè)計線形。應(yīng)對其進行出場前的檢查，確認合格后方可進行運梁、架梁等操作[15]。應(yīng)根據(jù)合格軌道梁的檢測數(shù)據(jù)(比如軌道梁梁長(弦長)、軌道梁實際伸縮量等)，在線路上規(guī)劃落梁控制點，調(diào)整軌道梁超高、高程等控制因素。具體步驟為：①根據(jù)軌道梁變形值，計算控制點坐標和設(shè)計超高；②以軌道梁一側(cè)控制點作為參考點，進行軌道梁的架設(shè)；③進行各截面超高和高程的檢查，直至軌道梁各截面安裝符合規(guī)范要求。

3.3 軌道梁后澆段模型建立

預(yù)制軌道梁架設(shè)完成后，連續(xù)剛構(gòu)體系的軌道梁還要進行后澆段澆筑。利用BIM技術(shù)，經(jīng)過對模型的觀察、測量，亦可對軌道梁模型做出評價，避免產(chǎn)生不可恢復(fù)的安裝誤差。后澆段的區(qū)間軌道梁模型如圖5所示。

圖5 區(qū)間軌道梁模型

4 總結(jié)

借助MicroStation平臺與其二次開發(fā)技術(shù)，編制了跨坐式軌道交通PC軌道梁三維工法設(shè)計軟件，并對 BIM技術(shù)在軌道梁線形控制領(lǐng)域的應(yīng)用進行探索研究。

通過BIM技術(shù)，建立了從設(shè)計到施工工法的完整數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)了軌道梁全壽命周期內(nèi)的信息集成；實現(xiàn)了軌道梁的可視化、信息化管理，使連續(xù)剛構(gòu)體系軌道梁的線形控制精度達到毫米級，為BIM技術(shù)在跨坐式軌道交通領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。