BIM技术在隧道III型轨道板中的应用研究

(中铁三局集团有限公司 广东 广州 510000；广州市轨道交通十三号线首期工程 广东 广州 510000)

StudyofBIMtechnologyintunneltypeIIItrackslab

YanTiegangWenHekaiCaoSongLuoHongchangLiXian

(ChinaRailwayNO.3EngineeringGroupCO.,Ltd.GuangdongConstructionEngineeringCo.,Ltd.)

Abstract:The tunnel structure is complex and the design work is very difficult. In previous design and construction, limited by the actual design level, the efficiency of design and construction is very low and prone to errors, resulting in frequent rework, delay of construction period, and a certain amount of waste of resources. In order to solve the above problems, based on the construction design of the wanan tunnel in changgan passenger dedicated line, this paper established the model of type III track plate BIM, the logistics channel simulation of ballastless track construction and the 5D cost simulation based on the construction schedule.

Keywords:BIM tunnel; ballastless track; building model

一、引言

本研究将昌赣客专CGZQ-9标万安隧道施工作为研究背景。万安隧道坐落于万安县枧头镇和宝山乡境内，全长13927.78m，结构形式为单洞双线。全隧共设四个辅助坑道，分别为3个斜井(南元坑斜井、九龙坑斜井、陈屋斜井)、1个横洞(出口横洞)，加上进口共计7个作业面施工。承建正洞全长为3790米的陈屋斜井采用双车道设计，正洞开挖断面面积为139.1平方米至152.4平方米，属于低中山区地貌的斜井正洞，地势险要，沟谷纵横，隧道洞身处地表土冲沟发育山岭及谷地，且被其被覆盖。洞身基岩完整性较好，层理及节理较发育，其中III级围岩2710米，占整个施工工点洞身围岩的71%。

隧道结构复杂，设计工作难度巨大，在以往的设计施工中，受到实际设计水平的限制，设计施工效率十分低下，且容易出错，造成频繁返工，耽误工期，且造成一定程度的资源浪费[1]。相比之下，通过BIM技术能够有效的改善如上问题。本文通过Revit建立隧道Ⅲ型轨道板模型为例，来探讨BIM技术在隧道Ⅲ型轨道板中的应用研究[2]。

二、利用Revit建立III型轨道板模型并与莱卡CPIII测量系统对接

(一)Ⅲ型轨道板尺寸

BIM技术应用的基础是建立三维信息实景模型，本研究的三维实体模型是通过将隧道施工项目上所采用的全部二维信息(图纸信息)转化而来的，它将整个隧道建设项目上的全部信息(包括土木、材料、施工等)融合到模型所在的数据库中。根据项目提供的曲线要素表，计算标段内CRTSⅢ型板有关空间技术参数(即任意里程处断面结构尽寸、坐标及标高信息)。利用Revit建模平台，根据设计图纸建立本标段CRSTⅢ型板参数化土建及钢筋模型，基于这样的参数化信息实景模型，想要获得任意断面的结构尺寸模型可测量该里程处的剖切断面，并可直接提取出包括控制点距离、坐标、标高在内的大量信息。审定现场施工图纸及施工参数。

由我国自主研发且具有自主知识产权的CRTSⅢ型无砟轨道板是带挡肩的新型单元板式无砟轨道结构。主要组成部分包括：预制轨道板、扣件、配筋的自密实混凝土(自流平混凝土调整层)、钢轨、中间隔离层(土工布)、限位挡台和钢筋混凝土底座。轨道结构整体高度为738mm，钢轨高度为176mm，轨道板长度为5600mm，宽度为2500mm，厚度为200mm，底座板宽度为2900mm，厚度为200mm。两个轨道板之间的间距为20mm，轨道与轨道之间的距离为630mm，凹槽尺寸为1022mm700mm，两凹槽之间的间距为3150mm。

(二)利用Revit建立Ⅲ型轨道板模型

在Revit中根据上述尺寸和设计图纸先绘制出长宽高分别为5600mm、2900mm、200mm的轨道板底座板，且结合设计图纸预留出1022mm700mm的凹槽，再绘制长度为5600mm，宽度为2500mm，高度为90mm的自密实混凝土，再在底座板上绘制出长宽高分别为5600mm、2900mm、200mm的轨道板后，最后在依据钢轨的尺寸绘制出高度为176mm的钢轨。

绘制完单个钢轨以后，按照横纵数量为2×9，将一个轨道板上的所有钢轨通过使用Revit的阵列功能绘制出来，完成单个轨道板模型的建立后，再次使用阵列功能，完成整体Ⅲ型轨道板模型的建立[3]。

(三)Ⅲ型轨道板模型对接莱卡CPⅢ测量系统

莱卡CPⅢ测量系统以其准确的信息采集、快速的模型建立、通过形象立体的方向展示空间信息等优势深受全球专业人士的追捧。将Revit建立完成的无砟轨道Ⅲ型轨道板模型利用软件自身携带的坐标系系统获取轨道板定位基准点的坐标，再根据莱卡CPⅢ测量系统所获取的轨道板定位基准点的坐标，实现测量获取的基准点坐标数据与Revit模型坐标数据的粗配准；然后采用改进的ICP算法最终实现测量获取基准点坐标数据与Revit模型坐标数据的精确配准。基于Revit的二次开发平台实现和莱卡CPⅢ的对接。

三、无砟轨道施工物流模拟通道

(一)无砟轨道施工物流通道模型建立

风险识无砟轨道施工物流通道模型使用3Dmax软件进行建立，在3Dmax中根据实际尺寸预先绘制出施工人员、龙门吊、土工布等模型建立所需的材料。再把之前在Revit软件中建立好的无砟轨道Ⅲ型板轨道板模型导入到3Dmax中。在3Dmax的正视图工作界面，将预先绘制好的施工人员放在轨道板模型的上方，注意施工人员的脚面与轨道板模型的上表面重合；按照同样的方法把预先绘制好的土工布放在轨道板模型的上方；再在3Dmax的俯视图工作界面将龙门吊放入轨道板模型中，完成物流模型的建立。

(二)无砟轨道施工物流通道模拟

打开3Dmax，点击新建空场景，设置一个新的空场景，按住鼠标右键，将建立好的无砟轨道Ⅲ型板轨道板模型拖动到空场景合适的位置，再将施工人员、土工布按照相同的方法放到轨道板模型的开始位置，施工人员在土工布的前方。拖动工作界面下方的路标到百分之一百位置，在选定对象中选择自动关键点，按住鼠标右键匀速拖动施工人员向前一小段距离，再匀速拖动土工布向前一小段距离，以此交替向前直到轨道板模型的中间。完成上述步骤后，点击播放图标查看播放的效果，根据播放效果调节播放速度。播放效果达到要求之后，点击渲染图标将点击范围的点勾选上，拉动下滑在渲染输出位置点击文件，并将输出的文件格式设置为AVI，使模型渲染后输出。

图1 轨道板结构图示

图2 轨道板模型导入3Dmax效果图

四、基于施工进度成本进行5D模拟

(一)BIM的施工5D成本控制

BIM形成5D成本控制是通过将成本要素添加到正在进行的4D进度控制中，从而可在施工建设过程中的各阶段做到精准的成本动态投入，依据实际上建设项目进展情况不断调整资金在不同时期、不同阶段的投入规划，从而可充分利用资源实现自身时间价值，进而实现资源的有效节约以及成本的充分利用。

项目针对关键业务的管理是基于一个5D关系数据库的数据，分别包括：3D+1D(时间)+1D(成本)，一方面是一个完整的3D数字信息模型，另一方面也是协同管理平台和关系数据库，保证数据同步，确保所提供数据源的统一性。这5个D之间是相互联系的，通过BIM平台可以实现他们之间逻辑关系的整合，在项目建设阶段对项目进度和成本进行管理，实现在建模建立的3D，再加上管理2D以到达5D的效果。在施工过程中，运用BIM对施工时间和成本进行控制，以达到节约成本，优化资源，减少资源浪费，实现绿色施工的目的。

(二)5D成本控制的实现过程

在项目建设之前，可以根据实际情况拟定不同的施工建设计划，例如总体施工规划，每阶段施工规划，将不同阶段的施工规划和该阶段的模型进行如下图所示的相互关联，建立信息管理数据库。同时，通过将总体项目建设规划或者每阶段项目建设规划与所对应的施工模型进行相互联系，施工技术人员就可以精确的清楚包括每天的施工进度在内的多种施工信息。通过BIM平台对整个项目做总体运营规划，并得出大量的直观数据作为方案决策的支撑。更新、维护工程BIM模型及应用平台；施工过程中需要设计变更、人员设备变化时，应根据项目实际，及时修正模型、维护平台信息。基于DELMIA的施工仿真技术，制作CRTSIII型施工工艺动画，指导现场施工[4]。

五、结论

本文通过Revit建立III型轨道板模型并与莱卡CPIII测量系统对接，实现了二维图纸的三维立体化且实现测量系统与模型的互通性；通过3Dmax对无砟轨道物流通道的模拟，使得物流信息与施工组织更加易于理解；通过基于施工进度的BIM5D成本控制，以达到控制成本，最大限度利用资源，减少资源的浪费，进而实现绿色施工建设的目的。