黃 瑩，宋 賽，衛(wèi) 浩

(廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，南寧 530004)

市政路網(wǎng)系統(tǒng)延伸、綜合管廊建設(shè)、城市軌道交通發(fā)展、平面改為立面交通網(wǎng)形式等形成侵入鐵路營業(yè)線保護(hù)區(qū)內(nèi)地方涉鐵工程類項(xiàng)目[1]。傳統(tǒng)粗放式管理難以滿足企業(yè)對(duì)工程建設(shè)的需求，BIM技術(shù)被引入涉鐵工程的施工管理過程中，而構(gòu)建信息模型是精細(xì)化管理的前端基礎(chǔ)。

相關(guān)學(xué)者對(duì)于多類專業(yè)工程參數(shù)化建模問題做了大量研究。侯娜[2]通過分析電氣化鐵路接觸網(wǎng)的特點(diǎn)，構(gòu)建接觸網(wǎng)模型平臺(tái)。劉沛[3]利用Bentley-OpenRail Designer，以地形和線路數(shù)據(jù)庫建立鐵路站場(chǎng)場(chǎng)坪高精度模型。邰宇[4]根據(jù)水利工程的特性對(duì)混凝土重力壩進(jìn)行構(gòu)件分類,對(duì)壩段各構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化建模研究,將Civil3D軟件與Revit進(jìn)行交互設(shè)計(jì)生成地形數(shù)字模型。齊成龍[5]針對(duì)鐵路橋梁工程使用達(dá)索/CAA架構(gòu)開發(fā)構(gòu)建件批量建模程序。

涉鐵工程線路加固貫穿于鋼筋混凝土框架橋涵現(xiàn)澆或頂進(jìn)施工全過程中，是工程項(xiàng)目施工階段對(duì)既有鐵路營運(yùn)線安全運(yùn)營的重要保證，目前對(duì)于線路加固的專項(xiàng)研究主要集中在結(jié)構(gòu)體系有限元分析[6-9]、相關(guān)加固和橋涵頂進(jìn)的施工工藝[11-13]，利用BIM技術(shù)研究可繼承使用的高精度參數(shù)化族庫，搭建相關(guān)模型，進(jìn)行安全加固方案設(shè)計(jì)、模擬和比選，利用模型進(jìn)行目標(biāo)控管提供信息載體。

1 線路加固三維信息模型構(gòu)建要點(diǎn)分析

1.1 幾何信息的提取

由于加固工法、施工方案和現(xiàn)場(chǎng)施工條件等各類因素的影響，所建立的線路加固三維信息模型族不能只針對(duì)某一具體構(gòu)件或構(gòu)筑物，為了避免僅為單一工程項(xiàng)目建模，方案數(shù)據(jù)更改則無法使用，建立基于幾何信息的參數(shù)化族庫，通過幾何參數(shù)的可變性選取適用于本地工程的族類型。

1.2 非幾何信息的提取

管理者基于BIM技術(shù)所需求的管理目標(biāo)不同，對(duì)于基于幾何參數(shù)建立的三維信息模型附著非幾何信息。例如基于成本管理視角賦予模型單元信息價(jià)，基于進(jìn)度管理視角賦予模型施工周期信息等。

2 參數(shù)化族庫構(gòu)建

2.1 工程案例

以廣西柳州市航二路延長線工程作為數(shù)據(jù)源，航二路延長線框架下穿柳南四場(chǎng)段道岔區(qū)，西聯(lián)線及機(jī)4、機(jī)5道為電氣化線路，其余為普通線路。采用孔樁、施工便梁、工字鋼加固線路后，挖空現(xiàn)澆法施工，基坑南北兩側(cè)采取支護(hù)樁+樁板墻+鋼支撐支護(hù),隧道主體采用2×12.5 m連續(xù)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，在隧道工程下穿作業(yè)前，需對(duì)鐵路編組站站場(chǎng)內(nèi)道岔密集區(qū)33股道、17組道岔進(jìn)行線路安全加固，總計(jì)布置30組施工便梁、75根樁基。

2.2 參數(shù)化族庫的構(gòu)建

2.2.1 關(guān)鍵參數(shù)的選擇

以樁基中的人工挖孔樁護(hù)臂族為例，該類型族幾何類參數(shù)由多個(gè)參數(shù)值確定，但作為三維信息模型一個(gè)固定參數(shù)值由多個(gè)參數(shù)共同設(shè)置容易導(dǎo)致設(shè)參沖突，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范和施工工法確定。護(hù)壁施工采用分段向下開挖，為了保持土壁直立不塌方，需確定其護(hù)壁高度，一般取0.9～1.2 m。各段鋼混護(hù)壁為了便于上下連接，之間要有50～100 m的咬口錯(cuò)位連接，在參數(shù)族設(shè)置的時(shí)候考慮咬口高度。

非幾何參數(shù)信息主要是為施工方管理者使用。管理者利用信息模型對(duì)施工過程中樁位定位，開挖樁孔土方的算量提取、支設(shè)護(hù)壁模板、澆筑混凝土施工班組及時(shí)間信息?；炷翗?biāo)號(hào)供管理者在目標(biāo)管理中可以提取相應(yīng)的信息。

2.2.2 樁基參數(shù)化族庫的構(gòu)建

第一部分為挖孔樁護(hù)壁族，采用“公制常規(guī)模型”族樣板，其幾何參數(shù)分為樁護(hù)壁外徑、樁護(hù)壁頂部內(nèi)徑、樁護(hù)壁底部內(nèi)徑和樁護(hù)壁標(biāo)高，土及地下水對(duì)護(hù)壁的側(cè)壓力?；炷凛S心受壓的安全系數(shù)，混凝土軸心受壓的抗壓強(qiáng)度，非幾何參數(shù)為護(hù)壁材質(zhì)，施工班組及時(shí)間信息，混凝土標(biāo)號(hào)。外徑參數(shù)、樁護(hù)壁標(biāo)高與拉伸命令下的模型參照線和參照平面分別進(jìn)行對(duì)齊約束，其余參數(shù)與空心放樣融合命令下的參照線進(jìn)行對(duì)齊約束。

第二部分為樁基嵌套族，由樁基墩帽族嵌套進(jìn)樁基樁身族構(gòu)成。兩類族全部采用“公制常規(guī)模型”族樣板，其幾何參數(shù)部分包括樁身直徑、樁身標(biāo)高、冠梁長度、冠梁寬度和冠梁標(biāo)高。其中樁身直徑需采用參照線先繪制并創(chuàng)建參數(shù)，再通過拉伸命令下的拾取線進(jìn)行對(duì)齊約束，其余幾何參數(shù)則直接通過注釋參照平面線距創(chuàng)建并拾取參數(shù)，繪制并對(duì)齊約束，而非幾何參數(shù)包括使用場(chǎng)合、入巖要求、混凝土強(qiáng)度等通過族類型中的創(chuàng)建參數(shù)直接分類創(chuàng)建，樁基嵌套族三維信息模型參數(shù)界面如圖1所示。

圖1 樁基嵌套族類型參數(shù)界面

將建立完成的樁基參數(shù)化族載入施工場(chǎng)地項(xiàng)目樣板中，以A類樁基為例，輸入相關(guān)參數(shù)得出A類樁基三維信息模型，并參照人工挖孔樁工法將挖孔樁護(hù)壁族上下兩節(jié)搭接10 cm采用內(nèi)齒式階梯形式與樁基中心點(diǎn)對(duì)齊，如圖2所示。確定墩帽和樁身各面層鋼筋保護(hù)層厚度，按照相關(guān)類型和最大間距布置N1到N9鋼筋，可直接根據(jù)模型提取鋼筋明細(xì)，通過調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)得出其他樁基族的三維信息模型，實(shí)現(xiàn)樁基族的參數(shù)化。

圖2 A類樁基族建筑信息模型

2.2.3 上部結(jié)構(gòu)參數(shù)化族

參數(shù)化族主要由三大部分組成，幾何參數(shù)信息均為構(gòu)件的幾何尺寸。第一部分為D型施工便梁族，其參數(shù)化族的幾何參數(shù)部分按照現(xiàn)行線路加固主要D型施工便梁分類，由D12、D16、D20、D24和D24拼接5類組成。相較于“基于線的公制常規(guī)模型”族模板，對(duì)于只有固定間距的D型施工便梁，為減少幾何類參數(shù)的對(duì)照，即采用“公制常規(guī)模型”，以嵌套族的形式將翼板族加載進(jìn)工型縱梁族中。翼板的幾何參數(shù)為長、寬、高，工型縱梁族的幾何參數(shù)分為縱梁長、縱梁寬、縱梁高和蓋板高。通過設(shè)置并注釋參照平面，對(duì)齊三維圖形，對(duì)齊幾何參數(shù)，其中蓋板的寬度和長度分別和工型縱梁族的各個(gè)平面對(duì)齊鎖定，保證在調(diào)整縱梁參數(shù)的情況下同步調(diào)整蓋板參數(shù)。第二部分為聯(lián)接部件族，上壓條、鋼板、錨具墊板、U型鋼筋參數(shù)族參數(shù)部分信息見表1。第三部分為工字鋼族，可利用Revit系統(tǒng)平臺(tái)自帶的結(jié)構(gòu)載入族代替。

表1 聯(lián)接部件族參數(shù)信息

通過調(diào)整幾何參數(shù)及非幾何參數(shù)分別可以獲得雙拼D16和雙拼D20施工便梁族，I25b工字鋼族，I56b、雙拼I56b工字鋼族和四拼I56b工字鋼族以及各聯(lián)接部件族，系統(tǒng)載入族部分需根據(jù)屬性瀏覽器中的起點(diǎn)、終點(diǎn)偏移調(diào)整位置標(biāo)高，自建族部分則通過對(duì)齊命令進(jìn)行調(diào)整。其中以聯(lián)接部件族為主要邊縱梁、中縱梁和橫梁扣件體系，具有結(jié)構(gòu)類型單一、扣件量高的特點(diǎn)，以組的命令構(gòu)成構(gòu)件組搭建三維信息模型具有快速建模的能力。圖3和圖4所示，為雙拼D16施工便梁和雙拼I56b工字鋼組成的縱挑橫抬式結(jié)構(gòu)建筑信息模型及現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖3 縱挑橫抬式族建筑信息模型

圖4 縱挑橫抬式現(xiàn)場(chǎng)

2.2.4 下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化族

線路安全加固體系下為鋼筋混凝土框架涵和底部墊層。按照施工工法，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架涵為分節(jié)段建造，綁扎鋼筋骨架，分底板、邊墻和頂板澆筑并拼接。其箱涵族幾何參數(shù)有限宜采用“公制常規(guī)模型”族模板，關(guān)聯(lián)參數(shù)信息，插入N1到N28各類型鋼筋族，放置流程同樁基參數(shù)化族，并可由此參數(shù)化族建筑信息模型得出單節(jié)框架涵鋼筋明細(xì)表，其鋼筋骨架三維信息模型與現(xiàn)場(chǎng)分別如圖5和圖6所示?？蚣芎瓋?nèi)部市政、通信、消防等族采用自建族的形式并以對(duì)齊命令所示，分別放置于箱涵族的頂板、邊墻、中墻等面，以組命令構(gòu)成同構(gòu)件組。

圖5 框架涵族鋼筋骨架建筑信息模型

圖6 現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架涵

2.3 線路加固三維信息模型

線路加固建筑信息模型如圖7所示，其建立流程如下：①在線路加固信息模型建立前，選擇Revit自帶的基礎(chǔ)項(xiàng)目樣板，導(dǎo)入CAD圖紙，繪制好標(biāo)高、軸網(wǎng)，建立好符合該項(xiàng)目的線路加固專項(xiàng)項(xiàng)目樣板；②載入施工場(chǎng)地建筑信息模型；③按照線路加固專項(xiàng)工程施工工序，在相應(yīng)標(biāo)高內(nèi)將不同樁基類型的支護(hù)樁和支撐樁族分別放置；④按照不同橋跨位置，分別放置不同型號(hào)的縱挑橫抬式施工便梁整體族、縱抬橫橫挑式施工便梁整體族以及含有中縱梁的施工便梁整體族；⑤以Revit系統(tǒng)族構(gòu)建樁護(hù)墻，連梁等構(gòu)建族；⑥載入鋼筋混凝土框架涵族，調(diào)整參數(shù)，完成線路加固建筑信息模型的搭建。

圖7 線路加固建筑信息模型

3 結(jié)論

通過Revit平臺(tái)參數(shù)化族庫的搭建和線路安全加固三維信息模型的構(gòu)建，得出以下結(jié)論。

1)基于Revit平臺(tái)可滿足基礎(chǔ)設(shè)施工程類項(xiàng)目鐵路工程線路安全加固中高精度復(fù)雜模型的參數(shù)化族庫搭建，通過各類型關(guān)鍵參數(shù)調(diào)節(jié)控制，獲得一類型專項(xiàng)方案可繼承重復(fù)使用的高精度族庫，加快建模精度，避免反復(fù)建模造成的資源浪費(fèi)。

2)基于Revit平臺(tái)建立的三維信息模型具有豐富的幾何和非參數(shù)信息，供管理者調(diào)錄使用，為專項(xiàng)方案設(shè)計(jì)、模擬、比選及施工過程中的目標(biāo)控管提供信息支撐。