李建軍 （中鐵三局集團(tuán)線橋工程有限公司,河北 廊坊 065201）

1 引言

當(dāng)前，BIM技術(shù)發(fā)展迅速，正向設(shè)計受到人們越來越多的關(guān)注，日漸受到重視。BIM正向設(shè)計指的是在三維環(huán)境下完成工程項目的設(shè)計工作，BIM技術(shù)是工程管理建設(shè)行業(yè)創(chuàng)新性的表現(xiàn)之一，信息化和智能化均是BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)中的優(yōu)勢，其創(chuàng)新性進(jìn)一步改變了傳統(tǒng)工程的建設(shè)理念，比如設(shè)計、施工及工程管理理念等方面。這些特點對促進(jìn)工程發(fā)展的信息化、精細(xì)化與標(biāo)準(zhǔn)化等方面均具有十分重要的意義。

由于鐵路工程的特點是線路長、體量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用程度相較于建筑業(yè)較少，但仍有很多學(xué)者對BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，并得出一些成果。比如：徐博[1]針對由于專業(yè)間BIM資源不能很好地相互利用,鐵路工程BIM仍以單專業(yè)翻模為主，研究了基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法，并對鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初步應(yīng)用嘗試,為今后鐵路工程應(yīng)用BIM設(shè)計提供了一定借鑒；張軒[2]對基于Bentley平臺的鐵路隧道BIM技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行了相關(guān)研究，在一定程度上解決了不同精度要求導(dǎo)致的模型有時無法重復(fù)利用，以及模型的應(yīng)用在設(shè)計、施工、運維間缺乏聯(lián)系等問題；曹政國等人[3]探討了BIM在鐵路施工組織設(shè)計中的應(yīng)用，提出了通過協(xié)同平臺共享和傳遞數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用BIM技術(shù)的方法，為以后在鐵路施工組織設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)提供一定理論基礎(chǔ)。除了以上學(xué)者外，還有一些學(xué)者對該領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了一定成果，在此不再贅述。

盡管很多學(xué)者對BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，但現(xiàn)在BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用仍處于以翻模為主的初期階段，因為技術(shù)人員在使用BIM技術(shù)的源頭上出現(xiàn)了問題，根據(jù)已有二維設(shè)計成果建模和檢驗成果，常常會使設(shè)計中存在差錯。因此對BIM技術(shù)在鐵路工程正向設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行研究已經(jīng)非常必要。通過實驗證明，此次設(shè)計的基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法比傳統(tǒng)方法施工時間短，提高了施工速度，具備實際應(yīng)用意義。

2 基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計流程

2.1 鐵路工程構(gòu)件信息標(biāo)識

鐵路工程中為了提高設(shè)計效率，在使用BIM技術(shù)時需要按照鐵路工程中的BIM標(biāo)準(zhǔn)。在BIM設(shè)計時根據(jù)設(shè)計階段和所要表達(dá)的信息力度，確定BIM技術(shù)構(gòu)件組成，在標(biāo)注控制構(gòu)件的具體參數(shù)，將不同尺寸的構(gòu)件及產(chǎn)品都進(jìn)行參數(shù)化控制，在建模時可以減少工作量，實現(xiàn)提高設(shè)計效率的目的。在標(biāo)識時，為了在后期能更容易地對BIM進(jìn)行有效維護(hù)，需要使用各種精密程度較高的單元和屬性集組合表達(dá)設(shè)計意圖，并處理鐵路工程中的構(gòu)件編碼處理，在處理過程中，區(qū)分構(gòu)件模板，以形成獨立的構(gòu)件，再按照專業(yè)領(lǐng)域、空間結(jié)構(gòu)單元、構(gòu)件等信息將其分類，最終完成唯一的身份標(biāo)識。在分類完成后，將所有構(gòu)件的屬性信息添加到模型中，添加方式為按照鐵路中擴(kuò)展類和邏輯關(guān)系創(chuàng)建類，為其創(chuàng)建屬性集，以獲得構(gòu)件的相關(guān)信息。

2.2 鐵路工程地形、地質(zhì)模型創(chuàng)建

在上述鐵路工程構(gòu)件信息標(biāo)識完成后，以鐵路工程區(qū)域的地形、地質(zhì)為基本的設(shè)計資料，按照相關(guān)流程對線路進(jìn)行設(shè)計。在這一過程中將BIM技術(shù)與GIS（地理信息系統(tǒng)）相結(jié)合，確定最合理的走線方案，并將方案通過三維方式展現(xiàn)出來。在此基礎(chǔ)上，將鐵路改造工程構(gòu)件中心位置與路線中心線相結(jié)合，將高程起點與路中心線高程關(guān)聯(lián)，以保證關(guān)聯(lián)的構(gòu)件隨著道路中心線一起聯(lián)動，以保證快速建模。先運用BIM技術(shù)整合不同來源的測繪數(shù)據(jù)，用以保證建立模型的精度，并且為設(shè)計提供強(qiáng)有力的支撐。BIM的可視化技術(shù)功能，在檢驗和校核視距指標(biāo)時起到很大的作用，其能夠起到輔助選線，優(yōu)化路線平縱等作用。對空間視距測算的原因是在現(xiàn)有的工作模式下，對于鐵路工程的設(shè)計長度計算還不夠完善，鐵路工程是三維曲線，而計算時采用平面曲線，導(dǎo)致實際長度大于設(shè)計長度。因此在分割鐵路工程軸線前，利用下述公式對鐵路工程的距離數(shù)列的項進(jìn)行修正：

上述公式（1）中，L3D代表三維鐵路工程軸線的實際長度，L2D代表鐵路工程設(shè)計長度，L1代表修正前距離數(shù)列的項，L2代表修正后的鐵路工程距離數(shù)列的項。

在此基礎(chǔ)上，將地形曲面轉(zhuǎn)化為多重曲面[4]，向下拉伸特定長度生成處理地質(zhì)實體，并對鐵路工程的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。鉆孔數(shù)量越多越好，數(shù)量越多所得曲面越平滑，在環(huán)境資金允許的情況下應(yīng)獲取盡量多的鉆孔數(shù)。因此選用科學(xué)的方式，在已有鉆孔數(shù)據(jù)上進(jìn)行加密處理，以獲得大量的鐵路工程新數(shù)據(jù)。其計算表達(dá)式為：

通過上述步驟完成鐵路工程地形、地質(zhì)模型創(chuàng)建，為BIM在鐵路工程正向設(shè)計中的應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)。

2.3 工點設(shè)計

以鐵路工程地形、地質(zhì)模型創(chuàng)建結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合地形地質(zhì)條件對鐵路工點設(shè)計。以鐵路工程工點設(shè)計為例，利用BIM技術(shù)創(chuàng)建工點所需的標(biāo)準(zhǔn)斷面庫，利用本特利平臺第三方軟件將鐵路工程的構(gòu)件為單位導(dǎo)入模板庫，然后通過PW將地形、地質(zhì)與相關(guān)線路文件參考到模型空間中，以初步確定進(jìn)出口里程[5-6]。最后進(jìn)行工程數(shù)量統(tǒng)計，采用本特利軟件中自帶的工程數(shù)量計算與統(tǒng)計功能進(jìn)行統(tǒng)計，以便于專業(yè)間模型和數(shù)據(jù)相互調(diào)用，提高設(shè)計速度。在此基礎(chǔ)上，對站場運營管理，站場是鐵路工程建設(shè)的節(jié)點，在選線確定后，對工點環(huán)境分析，以確定工點存放臨時設(shè)備的最優(yōu)位置、危險區(qū)域與建筑材料等，從而實現(xiàn)全線路的BIM展示，以此完成BIM技術(shù)在鐵路工程正向設(shè)計中的應(yīng)用研究。

3 實驗對比

為驗證基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法的有效性，進(jìn)行實驗，并將傳統(tǒng)的方法與此次設(shè)計方法對比，對比兩種方法的施工時間。以某鐵路工程為實驗對象，選取其中四部分設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，對比結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同方法時間對比實驗結(jié)果

分析圖1可知，在四個項目的設(shè)計上，此次研究的基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法的施工時間均比傳統(tǒng)方法施工時間短，并且相差較大。其中相差最大的是第二個項目，此次研究的方法比傳統(tǒng)方法施工時間短的原因：此次研究的方法采用BIM技術(shù)對鐵路工程正向設(shè)計，通過BIM技術(shù)對鐵路工程建模、對鐵路工程相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行分類管理，減少了圖紙設(shè)計的時間。并通過建模減少了碰撞問題的發(fā)生，從而提高了鐵路工程施工速度，具有實際應(yīng)用意義。

為了進(jìn)一步驗證本文基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法的有效性，對該方法的效率做進(jìn)一步的實驗研究，同樣采取傳統(tǒng)方法與本次設(shè)計的方法進(jìn)行對比。實驗對象仍采取上一實驗中的某鐵路工程，選取其中四部分設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同方法效率對比實驗結(jié)果

分析圖2可知，在該四個項目的設(shè)計上，本文研究的基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法的施工效率均比傳統(tǒng)方法施工效率高，而且兩種方法的效率相差較大，比如當(dāng)本文設(shè)計方法在第三個項目時效率達(dá)到了92%，但傳統(tǒng)方法效率僅在70%。從該分析可以看出本次設(shè)計的基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法比傳統(tǒng)方法施工效率高，可以提高鐵路工程施工速度，更加證實了該方法具有一定的實際應(yīng)用意義。

根據(jù)以上兩組實驗的結(jié)果可以看出本文設(shè)計的基于BIM技術(shù)的鐵路工程正向設(shè)計方法相較于傳統(tǒng)方法所用時間更短，效率更高，有效證明了本文方法能夠在鐵路工程設(shè)計領(lǐng)域取得更好的應(yīng)用效果，證明了本文方法的合理性。

4 結(jié)語

隨著工程師們的不斷研究與探索，BIM技術(shù)在鐵路工程設(shè)計領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用效果，本文首先建立了鐵路工程構(gòu)件信息標(biāo)識，區(qū)分構(gòu)件模板，以形成獨立的構(gòu)件，然后對鐵路工程的距離數(shù)列逐項修正，最后鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，完成地形、地質(zhì)模型的創(chuàng)建。通過對BIM技術(shù)在鐵路工程正向設(shè)計中的應(yīng)用研究，能夠很好的解決BIM技術(shù)在鐵路工程中的問題，減少設(shè)計人員工作量，提高工作效率，縮短鐵路工程設(shè)計中將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型的時間。提高鐵路工程設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)BIM技術(shù)的真正價值。