陶琦， 張忠， 劉正元， 酒靜超

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司）

1 引言

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的大力推廣和應(yīng)用，一些大中城市提出了基于BIM 技術(shù)的軌道交通行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，采用BIM 技術(shù)來(lái)指導(dǎo)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工。王豐倉(cāng)等[1]探討了BIM 技術(shù)在地鐵鋪軌施工中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地鐵鋪軌施工精細(xì)化管理；潘澤鐸[2]依托BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地鐵工程項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等信息的高效傳遞與集成；張楠等[3]基于建筑信息模型研發(fā)了地鐵施工設(shè)備物資精細(xì)化管理系統(tǒng)，提升了施工過(guò)程的信息化管理水平；林藝勇[4]利用BIM 技術(shù)對(duì)地鐵車站建筑進(jìn)行了可視化和三維化協(xié)同設(shè)計(jì)；王朋霞[5]研發(fā)了軌道交通BIM施工管理系統(tǒng)，提升了軌道交通管理質(zhì)量和效率。針對(duì)鐵路模型建模過(guò)程煩瑣、各組件拼接復(fù)雜、建模效率低等問(wèn)題，一些學(xué)者嘗試著進(jìn)行參數(shù)化建模。黃瑩等[6]基于Revit平臺(tái)探索了參數(shù)化建模的思路與方法，驗(yàn)證了鐵路參數(shù)化建模的實(shí)效性；馬騰[7]提出了參數(shù)化建模方案，實(shí)現(xiàn)了隧道盾構(gòu)管片BIM模型的參數(shù)化創(chuàng)建；張紅薇[8]總結(jié)歸納了在Revit 族文件中創(chuàng)建盾構(gòu)管片的重要參數(shù)和方法，通過(guò)編寫的程序界面快速生成了盾構(gòu)管片模型；高建新等[9]開(kāi)展了基于BIM 的參數(shù)化隧道標(biāo)準(zhǔn)建模方法研究，實(shí)現(xiàn)了隧道BIM 模型的信息交互；龐思雨等[10]采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)三維模型生成的方法，驗(yàn)證了參數(shù)化設(shè)計(jì)在信息模型建立過(guò)程中的可行性和必要性。然而，由于地鐵的軌道結(jié)構(gòu)形式、鋪設(shè)方式及施工組織設(shè)計(jì)等方面均與普通、高速鐵路存在較大差異，因此無(wú)法在地鐵軌道建模中實(shí)現(xiàn)信息交互和信息共享，亟待開(kāi)展地鐵軌道方面的BIM構(gòu)件參數(shù)化建模，提高地鐵鋪軌建模效率。

本文以廣州地鐵十四號(hào)線二期工程軌道鋪設(shè)項(xiàng)目為工程依托，開(kāi)展基于Revit的地鐵鋪軌參數(shù)化建模研究，使模型尺寸更加精細(xì)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)輸入線路相關(guān)參數(shù)就可完成地鐵軌道工程三維模型的裝配和搭接，以降低施工出錯(cuò)率，提高施工質(zhì)量和效率。

2 工程背景

廣州地鐵十四號(hào)線二期工程（廣州火車站 -嘉禾望崗），起于廣州火車站，沿廣園西路、機(jī)場(chǎng)路、106國(guó)道至嘉禾望崗站，線路全長(zhǎng)約為11.9km，全部為地下鋪設(shè)，共計(jì)9座車站，8個(gè)區(qū)間，其中換乘車站3座，平均站間距1.5km。線路圖如圖1所示。

圖1 廣州地鐵十四號(hào)線二期工程線路圖

廣州地鐵十四號(hào)線二期工程正線一般扣件整體道床11.669km，中等減振段1.891km，高等減振段1.485km，特殊減振段8.064km，輔助線一般扣件整體道床0.518km。60kg/m鋼軌9號(hào)單開(kāi)道岔5組，交叉渡線4組，全線設(shè)置2個(gè)鋪軌基地，分別在崗貝站、創(chuàng)意園站。

3 參數(shù)化建模實(shí)例

3.1 地鐵軌道線路形式

根據(jù)鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范，鐵路線路平面線形由直線、圓曲線和緩和曲線構(gòu)成，稱之為平面線形三要素。

1）直線

直線在鐵路線路設(shè)計(jì)中被廣泛采用，直線路段的布設(shè)應(yīng)考慮沿線地形、地物條件，駕駛員的視覺(jué)感受以及保證行車安全等因素，不宜過(guò)長(zhǎng)和過(guò)短。直線線路參數(shù)化模型如圖2所示。

圖2 直線線路參數(shù)化模型

2）圓曲線

圓曲線是平面線形中常用的線形要素，行駛在圓曲線上的車輛由于受離心力作用，其穩(wěn)定性受到影響。為抵消或減小離心力的作用，圓曲線上路面須做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低的形式，稱為橫向超高，同時(shí)圓曲線的半徑應(yīng)盡可能采用較大的值。圓曲線線路參數(shù)化模型如圖3所示。

3）緩和曲線

緩和曲線是設(shè)置在直線與圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線。由于車輛要在緩和曲線上完成不同曲率的過(guò)渡行駛，緩和曲線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，圓曲線上的超高和加寬的過(guò)渡也得在緩和曲線內(nèi)平順完成。緩和曲線線路參數(shù)化模型如圖4所示。

圖4 緩和曲線線路參數(shù)化模型

3.2 地鐵軌道道床輪廓

地下線整體道床是由混凝土整體灌筑而成的道床，道床內(nèi)可預(yù)埋木枕或混凝土枕，也可在混凝土整體道床上直接安裝扣件、彈性墊層和鋼軌等。本工程地下線整體道床包括明挖矩形隧道整體道床、盾構(gòu)圓形隧道整體道床和暗挖馬蹄形隧道整體道床。參數(shù)化模型分別如圖5～7所示。

圖5 明挖矩形隧道整體道床輪廓參數(shù)化模型

圖6 盾構(gòu)圓形隧道整體道床輪廓參數(shù)化模型

圖7 暗挖馬蹄形隧道整體道床輪廓參數(shù)化模型

4 參數(shù)化模型工程應(yīng)用

廣州地鐵十四號(hào)線二期工程施工配合協(xié)調(diào)工作量大，干擾與制約因素多。鋪軌工程作為一個(gè)承前啟后的關(guān)鍵工序，通常在“關(guān)門工期不變，前道工序滯后，后道工序工期有限”的狀態(tài)下組織施工，鋪軌施工處于“前擠后壓”的一個(gè)不利態(tài)勢(shì)。本條線路共涉及預(yù)制板減振道床約9.85km，高等減振段1.485km，特殊減振段8.064km，各類道床布置比較分散，且因施工精度要求高，施工工藝轉(zhuǎn)換較頻繁，預(yù)制板鋪設(shè)周期長(zhǎng)，施工難度較大，嚴(yán)重影響軌道工程的施工工期和施工質(zhì)量控制。

本研究基于Revit建立地鐵鋪軌參數(shù)化模型，完善模型施工過(guò)程信息，通過(guò)改變參數(shù)生成不同類別的線路形式、道床形式、枕軌形式等，可完成地鐵軌道工程三維模型的裝配和搭接，以達(dá)到快速建模的效果。廣州地鐵十四號(hào)線二期工程部分區(qū)間鋪軌效果如圖8所示。

圖8 廣州火車站-樂(lè)嘉路站區(qū)間鋪軌效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

本研究以廣州地鐵十四號(hào)線二期工程軌道鋪設(shè)項(xiàng)目為工程依托，基于Revit軟件開(kāi)展了地鐵鋪軌參數(shù)化建模研究，完善了適用于地鐵軌道的BIM 構(gòu)件參數(shù)化族庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了地鐵軌道模型的快速搭接工作。主要研究結(jié)論如下：

①結(jié)合鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)及軌道專業(yè)構(gòu)件尺寸，建立了地鐵軌道及附屬部件的參數(shù)化模型，并完善了參數(shù)化族庫(kù)。在進(jìn)行類似地鐵工程建模時(shí)可根據(jù)模型要求直接從族庫(kù)中調(diào)用特定的族，然后進(jìn)行參數(shù)控制以滿足項(xiàng)目所需，為相關(guān)地鐵軌道鋪設(shè)項(xiàng)目提供了技術(shù)支持。

②基于BIM技術(shù)開(kāi)展的地鐵鋪軌參數(shù)化建模顯著提升了地鐵軌道構(gòu)件的建模效率，降低了建模出錯(cuò)率，可提高地鐵軌道工程三維模型的裝配和搭接效率，加快施工進(jìn)度，研究成果可為地鐵軌道鋪設(shè)的施工管控提供有效指導(dǎo)和技術(shù)支持。