BIM技术在城际铁路工程的研究应用

2019-10-11刘彦明

铁路技术创新 2019年4期

刘彦明

（中铁第一勘察设计院集团有限公司轨道交通工程信息化国家重点实验室，陕西西安 710043）

0 引言

近年来，BIM技术在铁路工程中的研究应用快速发展，逐步由局部工点应用向成段落应用转变，由单专业应用向多专业应用发展。沪昆客运专线北盘江特大桥采用达索平台建立BIM模型，并在设计、施工和运维方面进行了探索性研究[1]；西成线清凉山隧道工程基于Autodesk软件探索出一种适用于隧道的BIM应用技术路线[2]；中铁第一勘察设计院集团有限公司针对铁路工程给出了建模平台选择原则，并介绍了其在桥梁、隧道、站房等应用情况[3]；武襄十城际铁路以武当山西—王家庄隧道出口间8.3 km为试点范围，基于达索平台重点研究了桥梁专业的应用[4]；银西高铁研究了一站一区间桥隧工程、三维地形、地质模型及多专业协同设计，指出铁路工程中BIM技术应用下一步研究重点为：大量二次开发、标准完善、BIM模型由设计向施工阶段转换[5]。

1 概述

研究选取西安铁路枢纽的3条城际铁路：西安—韩城城际铁路（简称西韩城际铁路）、西安—法门寺—机场城际铁路（简称西法机城际铁路）、阎良—机场城际铁路（简称阎机城际铁路）各40 km，合计120 km范围内所有工程作为BIM技术应用对象，涵盖站前至站后的测绘、线路、站场、路基、桥、隧、地质、轨道、房建、暖通、通信、信号、信息、防灾、接触网、电力、环保、变电、机务、动车等20个专业，这3条城际铁路是关中城际铁路网的重要组成部分，线路总长度470.88 km，设计时速200～250 km。西安铁路枢纽总布置示意见图1。

该3条城际铁路BIM技术应用范围包含车站9座、隧道4座、桥梁33座、区间路基36.488 km、站房8座，配套铁路生产生活房屋、设施，以及通信、信号、电力、接触网、给排水等站后工程。

在铁路BIM联盟组织推动下，《铁路工程信息模型分类与编码标准》（简称铁路IFD标准）、《铁路工程信息模型数据存储标准》（简称铁路IFC标准）相继发布[6-7]，铁路BIM技术标准规范体系逐步形成，已发布的标准需要在试点项目中不断验证与完善[8]。以陕西省3条城际铁路作为研究对象，重点在二次开发、标准验证、模型流转等方面进行研究，以求进一步推动BIM技术在铁路工程中的落地应用。

本次研究主要技术方案见表1。

2 多专业正向设计、协同设计研究

铁路工程涉及专业众多，各专业均有其特点与需求，经过前期的研究开发，完成了基于Revit、Bentley和Civil 3D平台开发的一批站前、站后铁路工程BIM辅助设计软件，同时还完成了铁路各专业标准构件库和能自定义的参数化构件库的创建。

2.1 桥梁设计

铁路桥涵BIM模型设计系统（BIM RBD）可实现真正基于线路、地模的桥梁三维可视化人机交互设计，包括参数化、自动高效创建铁路桥梁BIM模型及构件属性信息的定义、添加、修改，并利用BIM模型进行基础优化，自动生成铁路桥梁施工图和工程数量的计算，铁路桥梁BIM设计模块框架见图2，铁路桥梁部分BIM模型见图3。

图1 西安铁路枢纽总布置示意图

表1 城际铁路工程BIM研究技术方案

2.2 隧道设计

铁路隧道BIM模型设计系统（TunnelBIM-R）可实现从隧道设计参数输入，到创建基本隧道断面，再根据地质资料设计隧道断面结构，最后完成隧道钢筋、钢架BIM模型和工程数量统计。实现铁路桥隧工点的三维可视化人机交互设计。TunnelBIM-R界面见图4，铁路隧道部分模型见图5。

图2 铁路桥梁BIM设计模块框架

图3 铁路桥梁部分BIM模型

图4 TunnelBIM-R界面

图5 铁路隧道部分模型

2.3 路基设计

铁路路基BIM设计系统可实现路基专业数据处理、快速建模、路基常用支挡结构及坡面防护、路基地基处理自动建模及自动拼装和布设，并可实现对路基结构实体进行IFD编码及专业所需信息属性的自动添加，对AutoCAD、Civil 3D、Revit进行数据联通。各软件在铁路路基设计中的作用见表2，铁路路基部分模型见图6。

2.4 站场设计

在站场专业设计中，利用Civil 3D设计站场平面及纵断面，利用部件编辑器为车站定制横断面装配，在Civil 3D中实现站场线下模型的构建。通过实体转化，将线下模型导入Revit与站场线上模型整合，最终完成站场信息模型的构建。铁路站场部分模型见图7。

表2 软件在铁路路基设计中的作用

图6 铁路路基部分模型

2.5 轨道设计

在轨道专业设计中，利用Revit及Dynamo实现轨枕、道床及钢轨的快速定位及装配。铁路轨道部分模型见图8。

2.6 接触网设计

在接触网专业设计中，利用现有BIM软件平台基础，综合运用数据库、系统仿真及参数化驱动等技术，开发接触网BIM设计平台，实现接触网二维与BIM技术2种设计模式的实时动态关联。同时，利用数据库参数驱动技术，开发接触网腕臂BIM模型装配软件，以参数驱动及坐标定位的方式，实现接触网零件BIM模型的自动装配。铁路接触网部分模型见图9。

3 铁路BIM标准应用与创新

3.1 铁路IFC标准验证与完善

图7 铁路站场部分模型

图8 铁路轨道部分模型

图9 铁路接触网部分模型

以站场专业为试点，通过站场专业参数化数据库分析，解析站场专业构件实体之间的逻辑关联关系，通过二次开发，将数据库导出为标准的IFC格式，再通过以Revit为平台开发的插件，导入站场IFC文件，生成IFC标准格式的站场专业BIM模型。IFC验证过程见图10，导出IFC文件界面见图11，导入IFC文件界面见图12。

3.2 铁路IFD标准验证与完善

根据铁路IFD标准，各专业进行了全面应用，并根据需要对其进行扩充和完善。为便于专业模型在工程项目管理平台内层级结构的建立与管理，以完善的IFD标准为参考，针对专业设计内容建立满足始自专业、终至最小构件单元的多层级树状结构。结构树符合专业特点，能够方便查找定位构件，并以此为基础制定企业级BIM技术实施标准。桥梁专业IFD标准扩展见图13，站场专业IFD标准扩展见图14，各专业结构目录树见图15。

4 设计BIM模型向施工阶段的转化及应用

为便于BIM设计成果在项目全生命周期的应用，研究开发陕西城际铁路BIM综合管理平台。该平台为面向BIM应用管理的信息化平台，集成BIM设计成果交付、BIM设计模型场景漫游、BIM设计模型操作、BIM设计模型资料管理等功能，同时预留安全质量管理、进度管理、施工属性管理、过程监控管理等功能接口。陕西城际铁路BIM综合工程管理平台界面见图16，平台漫游展示及量测界面见图17，平台施工模拟展示界面见图18，平台构件属性查询及添加展示界面见图19。