卞友艷

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

引言

BIM作為一種全新的技術(shù)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者和業(yè)界的廣泛重視。住建部和各地方政府也不斷出臺(tái)相關(guān)政策推進(jìn)BIM技術(shù)在工程建設(shè)全生命周期中的應(yīng)用。中國(guó)建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報(bào)告連續(xù)多年均以BIM為核心主題，這些都體現(xiàn)了BIM技術(shù)的應(yīng)用將成為新經(jīng)濟(jì)時(shí)代設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)新技術(shù)、新產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用也層出不窮，雖然BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)應(yīng)用較建筑、水電等行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速[1-15]。2013年12月，“中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟”正式成立，隨后相繼頒布鐵路行業(yè)BIM應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[16-18]。然而，鐵路工程因具有場(chǎng)地廣大、專業(yè)眾多、施工組織復(fù)雜、運(yùn)營(yíng)維護(hù)不便等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的BIM設(shè)計(jì)軟件模型底層編碼及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式都是按照建筑物的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行編寫的，均不能滿足中國(guó)鐵路行業(yè)的規(guī)范要求。尤其車站綜合路基工程，涉及專業(yè)多，相關(guān)BIM設(shè)計(jì)軟件不夠成熟，BIM技術(shù)應(yīng)用研究較少[19-20]。本文基于滬通鐵路，通過(guò)選取Bentley平臺(tái)，并結(jié)合少量二次開發(fā)，探索了鐵路工程中路基BIM技術(shù)應(yīng)用路線，為BIM正向設(shè)計(jì)的發(fā)展提供參考。

1 項(xiàng)目概況

滬通鐵路位于長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，是中國(guó)鐵路總公司16個(gè)BIM推廣應(yīng)用項(xiàng)目之一。為研究BIM技術(shù)在鐵路綜合路基中的應(yīng)用，選取太倉(cāng)港站開展BIM設(shè)計(jì)。太倉(cāng)港站位于太倉(cāng)市與常熟市交界處，地形平坦，全長(zhǎng)2 600 m，站前工程包含測(cè)繪、線路、站場(chǎng)、路基、橋梁、軌道等多個(gè)專業(yè)。該車站為軟土路堤，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括路堤基床結(jié)構(gòu)、地基加固、邊坡防護(hù)、排水系統(tǒng)以及框架橋涵。

2 BIM設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)有BIM設(shè)計(jì)主流軟件平臺(tái)主要有Autodesk、Bentley和Dassault，三者均有各自的BIM軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)交換接口。Autodesk在建筑行業(yè)應(yīng)用最成熟，Bentley在水電行業(yè)應(yīng)用較多，Dassault在建立精細(xì)化設(shè)計(jì)方面有獨(dú)特之處。然而，目前沒(méi)有任何一款軟件能夠解決所有BIM問(wèn)題。滬通鐵路太倉(cāng)港站綜合路基涉及專業(yè)多，Bentley的協(xié)同管理平臺(tái)ProjectWise可與Bentley設(shè)計(jì)軟件無(wú)縫集成，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)管理。Bentley面向道路、鐵路、橋隧、場(chǎng)地、地下管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)的專業(yè)軟件PowerCivil(以下簡(jiǎn)稱PC)基本可以滿足鐵路站前相關(guān)專業(yè)的BIM設(shè)計(jì)[21-22]。

本文基于PC進(jìn)行綜合路基BIM設(shè)計(jì)的工作是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)“平-縱-橫”的工作流程基礎(chǔ)上，根據(jù)BIM設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以協(xié)同工作的理念，按照“設(shè)計(jì)準(zhǔn)備—平面設(shè)計(jì)—縱斷面設(shè)計(jì)—橫斷面模板設(shè)計(jì)—?jiǎng)?chuàng)建廊道—附屬設(shè)施設(shè)計(jì)”的工作流程開展工作，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 基于PC的綜合路基BIM設(shè)計(jì)流程

3 項(xiàng)目應(yīng)用研究

3.1 搭建協(xié)同管理平臺(tái)

為規(guī)范ProjectWise協(xié)同管理環(huán)境，結(jié)合工程項(xiàng)目分解要求，依據(jù)《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》(IFD)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定“滬通鐵路BIM項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)框架”，明確ProjectWise中目錄框架、文件及文件夾命名標(biāo)準(zhǔn)、角色、權(quán)限、流程、通知等規(guī)則，完成基于Bentley的ProjectWise協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建，如圖2所示。

圖2 ProjectWise協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建

3.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

3.2.1 創(chuàng)建數(shù)字地模

地形信息是項(xiàng)目最重要的設(shè)計(jì)資料之一，為生成地面線、邊坡放置以及工程量分析等工作的必須資料，設(shè)計(jì)準(zhǔn)備需要對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理，完成數(shù)字地模的創(chuàng)建和導(dǎo)入。將DWG地形文件參考至PC中，通過(guò)“最大三角形長(zhǎng)度”法構(gòu)建地形三角網(wǎng)，如圖3所示，形成三維地面模型。

圖3 地形三角網(wǎng)

3.2.2 線路平縱設(shè)計(jì)

線路平縱設(shè)計(jì)是路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，線路方案從根本上決定了道路總體設(shè)計(jì)的水平。在PC中按照“交點(diǎn)法”繪制平面線位；點(diǎn)選平面線位，打開其縱斷面視圖，采用先插入坡度線再插入豎曲線的方式進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 三維線位模型

3.3 站場(chǎng)路基設(shè)計(jì)

3.3.1 創(chuàng)建橫斷面模板

導(dǎo)入線路平縱和三維地面模型后，采用PC軟件廊道功能創(chuàng)建站場(chǎng)橫斷面。先利用橫斷面模板功能將路基面、基床、邊坡、平臺(tái)、腳墻以及排水溝等構(gòu)筑物建成通用性的構(gòu)件子模板，再通過(guò)“點(diǎn)特征”設(shè)置通用子模板之間的約束關(guān)系，使其實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，從而合成路基橫斷面模板。如圖5所示。

3.3.2 廊道設(shè)計(jì)

橫斷面模板創(chuàng)建以后，激活地形模型，結(jié)合鐵路帶狀構(gòu)造的特點(diǎn)，以“沿路徑拉伸創(chuàng)建實(shí)體”為原理，利用PC廊道功能，將橫斷面模板沿站場(chǎng)中心線對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的里程范圍，從而創(chuàng)建三維站場(chǎng)路基模型，如圖6(a)所示。

圖5 創(chuàng)建橫斷面模板

對(duì)于復(fù)雜斷面，分別創(chuàng)建對(duì)應(yīng)廊道，然后在匯合處進(jìn)行模型剪切，再用共同的路基橫斷面模板構(gòu)建融合以后的廊道，如圖6(b)所示，曲線股道對(duì)應(yīng)的路基，外邊緣沿著曲線建模，解決了模型“以直代曲”造成的鋸齒問(wèn)題。

圖6 路基模型

對(duì)于不同橫斷面模板之間的過(guò)渡，利用漸變法創(chuàng)建廊道。將前后橫斷面模板中，對(duì)應(yīng)的漸變點(diǎn)，設(shè)置參數(shù)約束，從起始斷面到終止斷面，該參數(shù)由a值逐漸線性過(guò)渡到b值，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜斷面之間的漸變過(guò)程，如圖7所示。

3.3.3 創(chuàng)建地基處理樁

地基處理樁為離散型布置，無(wú)法通過(guò)PC廊道功能直接實(shí)現(xiàn)。太倉(cāng)港站為軟土路基，整個(gè)車站范圍都有地基處理樁，為提高建模效率，基于PC開發(fā)插件，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化快速建模?；诼坊鹊滥Ｐ吞崛〉鼗幚順兜脑O(shè)計(jì)邊界，再利用開發(fā)插件，通過(guò)指定路線、起訖里程、設(shè)計(jì)范圍及樁的設(shè)計(jì)參數(shù)創(chuàng)建地基處理樁模型，如圖8所示。

3.3.4 邊坡加固防護(hù)

路基邊坡防護(hù)模型先通過(guò)橫斷面模板功能創(chuàng)建邊坡構(gòu)件，然后與路基模板組裝起來(lái)，通過(guò)廊道建模一起生成。骨架護(hù)坡等坡面防護(hù)通過(guò)建立面模型，利用Bentley材質(zhì)貼圖功能進(jìn)行渲染，鑲邊與腳墻則建立網(wǎng)格的體模型，如圖9所示。

圖7 多路基橫斷面模板圖8 地基處理樁模型圖9 邊坡防護(hù)模型

3.4 橋涵設(shè)計(jì)

滬通鐵路太倉(cāng)港站含有6座框架橋和6座框架涵，為實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，基于PC開發(fā)框架橋涵設(shè)計(jì)插件，支持1孔～3孔框架橋涵參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)直交及斜交設(shè)計(jì)，如圖10所示，將設(shè)計(jì)效率提高了20倍以上。

圖10 框架橋涵模型

3.5 模型整合

利用PC的參考功能，將各專業(yè)的模型成果鏈接到總裝模型中。首先對(duì)總模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，以供進(jìn)行效果演示及其他深化應(yīng)用。如圖11～圖13所示。

圖11 總裝模型參考各專業(yè)模型

圖12 模型碰撞檢測(cè)

圖13 總裝模型全景

4 結(jié)語(yǔ)

本文探索了基于Bentley平臺(tái)進(jìn)行站場(chǎng)路基BIM綜合設(shè)計(jì)的解決方案，通過(guò)多專業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，主要結(jié)論如下。

(1)基于Bentley的ProjectWise協(xié)同管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，方便專業(yè)間的設(shè)計(jì)交互。

(2)Bentley的設(shè)計(jì)軟件PowerCivil，基本可以滿足鐵路工程三維地模創(chuàng)建、線路平縱設(shè)計(jì)、站場(chǎng)簡(jiǎn)單路基的設(shè)計(jì)，對(duì)于不同斷面之間的過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較大，相關(guān)功能還有待改進(jìn)。

(3)PowerCivil無(wú)法直接進(jìn)行地基加固樁及框架橋涵等離散型構(gòu)建的高效設(shè)計(jì)，通過(guò)二次開發(fā)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，解決了重復(fù)性工作多、工作量大的難題，有效提高了設(shè)計(jì)效率，初步實(shí)現(xiàn)了基于Bentley的正向設(shè)計(jì)。