BIM在铁道工程技术专业教学中的作用

高 卿, 周 威

(河北轨道运输职业技术学院 管理工程系，河北 石家庄 050051)

1975年，美国佐治亚理工学院的Chunk Eastman教授提出了BIM(Building Information Modeling，译为建筑信息模型)理念，认为它是一个以计算机为基础的描述平台.通过该平台，可方便实现各类工程的量化分析和可视化分析，提高工程的建设效率.随着社会的发展，BIM技术推广应用的重要性日益凸显.我国的《建筑业信息化发展纲要》就提到了要应用和推广BIM技术[1].

但在铁道工程技术专业教学中，应用BIM技术尚处于起步阶段.原因在于：一是铁道工程与建筑工程有明显差异，中国国家铁路集团有限公司关于BIM的应用要求有待完善，应用BIM的案例较少，BIM技术在铁路工程的实际应用中处于起步和探索阶段；二是配套教材匮乏，由于BIM软件种类较多，难度也不尽相同，导致教材编写困难[2]，适合学生使用的教材较少；三是教师尚未完全掌握BIM技术，无法将BIM技术引入课堂教学中.

针对铁道工程技术专业教学的实际情况，笔者在教学中采用BIM技术的Autodesk Revit建模软件，引导学生学习，并对实际铁路桥梁工程进行建模，教学效果较好，激发了学生的学习兴趣.

1 BIM建筑工程模型的创建

BIM技术起源于建筑行业，通过它可将工程模型的几何属性进行数字化、可视化表达，能为项目的各种决策提供全生命周期的可靠服务[3].BIM可以将各类工程(建筑工程、铁道工程、桥梁工程等)的数据信息作为建模的基础，模拟各类工程.

BIM的建模软件包括Autodesk Revit，Bentley Building等.我国在工程方面应用较多、较为广泛的是Autodesk Revit软件.

教学过程中，在学习建立铁路桥梁工程模型之前，先让学生使用Autodesk Revit软件学习创建相关建筑模型.所创建的模型要能模拟建筑工程的真实信息，如现浇混凝土梁、板、柱，可根据工程资料定义梁、板、柱的属性.引导学生建立的建筑模型如图1所示.

图1 利用Autodesk Revit软件建立的建筑模型

通过学习建立建筑模型，可使学生熟悉利用软件建立模型的方法，了解建模过程的注意事项，为创建铁路桥梁工程模型打下基础.

2 铁路桥梁工程模型的建立

2.1 工程概况

某段铁路桥梁，上部结构为6 m×10 m钢筋砼实心板桥，桥梁全长为65.04 m.上部结构采用现浇C35混凝土简支实心板，板长9.96 m，板厚600 mm；下部结构中，桥墩、台为柱式，台身接钻孔灌注桩，盖梁采用C30钢筋混凝土，墩柱、桩基均采用C30混凝土现浇.桥梁只在桥台处设80型伸缩缝，缝宽40 mm.桥墩、台支座均采用圆板式橡胶支座，规格为GYZ200×42(CR).桥梁采用方钢栏杆.根据以上工程数据，采用BIM的建模软件中的Autodesk Revit软件，建立了如图2的铁路桥梁平面图.

图2 模拟的铁路桥梁平面图

2.2 铁路桥梁模型的建立

使用BIM技术中的Autodesk Revit软件，模拟桥跨、桥墩、支座、桥台、墩台的形状，根据实际铁路桥梁工程资料定义各部分的截面属性.

建立的铁路桥梁工程模型如图3所示.

图3 模拟的铁路桥梁模型

铁路桥梁的建模步骤如下：

(1)创建桥梁模型的标高和轴网

第一步，设置桥梁模型单位

在软件中，选择管理中的项目单位，打开对话框，将长度、面积、体积单位设置为如图4所示.

设置好模型单位后，才能根据铁路桥梁工程数据信息，绘制立面标高和轴网.

第二步，绘制标高

在建模项目浏览器对话框中，选择菜单“立面”(建筑立面)→“南立面”，创建各个标高，修改高度和标高名.创建、修改后的标高如图5所示.

图4 模型项目单位设置截图

图5 模型标高

第三步，绘制轴网

在建模项目浏览器中，选择模型平面中F1平面，利用“建筑”→“轴网”绘制平面轴网，结果如图6所示.

图6 模型的平面轴网

(2)创建桥梁墩柱

根据铁路桥梁工程图纸中墩柱尺寸、材料、位置信息，创建并设置桥梁墩柱.在铁路桥梁平面图中，先选择菜单“建筑”→“构件”→“结构柱”，再选择菜单“混凝土”→“矩形”→“柱”.桥梁墩柱截面尺寸分别为1200 mm×1200 mm和1000 mm×1000 mm.材质为混凝土，现场浇筑.创建的桥梁墩柱如图7所示.

图7 创建的桥梁墩柱模型

(3)创建桥梁盖梁

桥梁盖梁在墩柱上方.根据图纸中盖梁尺寸、材料、位置信息，利用软件绘制盖梁.

(4)创建圆板式橡胶支座

圆板式橡胶支座设置在盖梁与板梁之间，由钢板与多层橡胶片粘合制成.圆板式橡胶支座有较好的弹性和剪切变形能力.根据图纸中圆板式橡胶支座的尺寸、材料、位置信息，利用软件绘制圆板式橡胶支座.

(5)创建桥梁的梁板与桥面

在圆板式橡胶支座上方创建梁板与桥面.在平面图中，选择菜单“建筑”→“楼板”，绘制梁板与桥面.根据梁板、桥面的尺寸、材料、位置信息创建模型.所创建桥梁的梁板与桥面如图8所示.

图8 建立的桥梁梁板与桥面模型

(6)创建桥台

桥台设置在桥梁两端.需要根据桥台尺寸、材料、位置信息创建.

(7)创建场地

根据桥梁所处环境，进行桥梁场地建模.在场地平面，利用软件的菜单“建筑”→“参照平面”，绘制地形的参照平面.选择菜单“体量和场地”→“场地建模”→“地形表面”，单击放置点，输入数据，在图中各点设置相应的高程.选择菜单“属性”→“材质”，确定场地材质.场地平面图如图9所示.

图9 场地平面图

通过以上方法，学生可以学会使用软件进行铁路桥梁模型创建的过程和方法.

3 BIM技术在教学中的作用

(1)提高教师BIM技术水平

由于BIM技术在铁道工程领域应用较少，许多教师并不十分了解，通过在课程中使用BIM技术，可提高铁道工程技术专业教师的BIM技术水平，使其具备利用BIM技术建模和应用的能力.

(2)提高教学效果

传统讲授铁路桥梁结构的方法是让学生通过简图或实际拍摄的图片来认识铁路桥梁的各个组成部分，这样，学生看到的往往是铁路桥梁的平面图，需要依平面图想象出立体图，这对于空间想象力不足的学生有一定的困难，影响教学效果.

而在教学中利用BIM技术，可使工程模型具有逼真的外观，将书面文字信息转换为生动立体的可交互式的施工现场模拟场景[4].通过模拟，可以为学生展示铁路桥梁的三维结构，便于学生更直观地了解桥梁的构件及其参数.

这就既解决了无法进入铁路桥梁工程现场进行教学的问题，又增加了学生对铁路工程的直观认识，也在一定程度上解决了学生在课堂上空间想象力不足的问题，从而提高了课程的教学效果.

(3)激发学生的学习兴趣

铁道工程技术专业的专业课内容比较复杂，一些知识比较抽象，采用传统的授课方法讲授，学生学习的主动性较差.而在教学中加入BIM技术，让学生通过建立三维结构模型，使得需要通过空间想象力才能呈现的平面图变成可以3D旋转的立体模型，使枯燥的知识变得简单、有趣，在一定程度上可激发学生的学习兴趣.

(4)拓宽学生的视野

在铁道工程教学中，使用BIM技术可以帮助学生拓宽视野，了解先进的BIM基础知识及相关技术，有目的地调整专业学习内容，以适应未来社会竞争的需要.

4 结论

(1)通过对铁路桥梁进行建模，学生能掌握建立铁路桥梁模型的具体方法，了解建模注意事项.

(2)在教学方面，BIM技术的应用有利于提高教师的BIM技术水平，提高教学效果，激发学生的学习兴趣.