基于BIM的铁路工程族库的建立及应用

黄莹

摘要：目前建设领域在大力推进BIM技术，然而对于铁路工程而言，BIM技术推进的基础——铁路BIM模型的建立尚缺基础，束缚了行业BIM技术的推进。文章以REVIT软件为建模平台，对工程整体模型的建设流程进行分析并对工程中形态结构复杂的构件进行参数化自定义族的创建，建立了一套适用于铁路工程框架涵顶进工程的参数化族库。

Abstract： At present， BIM technology is vigorously promoted in the construction field. However， for railway engineering， the foundation of BIM Technology， the establishment of railway BIM model is still lacking， which restricts the promotion of BIM technology. The article uses REVIT software as a modeling platform to analyze the construction process of the overall model of the project， create a parametric custom family of components with complex shapes and structures in the project， and  establish a set of parametric family library suitable for the jacking project of railway engineering frame culvert.

关键词：BIM;涉铁工程;参数化;族库

Key words： BIM;lnvolving iron project;parameterization;the family library

中图分类号：TU756;TU17                             文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）32-0148-03

0  引言

目前就国内来说，大部分BIM仍处在起步阶段，且大部分应用在房建领域，对于交通工程和铁路工程的应用相对较少，但2016年铁道统计公报数据表明，截止年底，全国铁路新建成3281km，固定资产总投资8015亿元，其中建成高速铁路1903km[1]。程马遥、曾洋等人通过建立地铁族文件数据库来对施工方案进行优化[2]。王晓东、喻钢等人利用盾构管片旋转角度及盾构管片到参考点距离进行参数相关处理来建立盾构隧道管片的设计[3]，薛艳萍、刘云鑫等人利用REVIT族编辑器强大的功能对蜂窝梁族进行参数化设计[4]。BIM模型的核心技术是参数建模，参数化建模将会成为未来建筑设计信息化发展的核心[5]。然而，针对铁路工程族库尚未有体系性的建立。缺乏铁路工程的应用族库，将极大限制铁路工程领域BIM技术的应用。基于此，本文侧重结合铁路工程常见组成，基于REVIT平台进行铁路工程常见族库的系统建立。

1  铁路工程族库的建立

将BIM技术引进铁路工程以加强工程信息的管理，在建立相关项目模型的基础上，输入设计方、施工方、监理方等各方所需的信息，并做到信息及时传递，实现协同合作，提升项目效率和效益，这是目前铁路工程BIM应用的需求，但是BIM应用若无BIM模型作为基础，则缺乏管理载体，无法实现。

由于鐵路工程体系庞大，不仅涉及铁路桥梁工程、路基工程、沟涵排水工程、隧道工程等附属工程，而且各构件规则程度低，构造繁杂，且线路线型多变，线路涉及里程长，因此铁路工程的BIM模型建立难度较高。目前铁路工程BIM模型的建立与研究尚处于起步阶段。本文结合下穿铁路涉铁工程及其施工工艺，侧重以REVIT为平台，建立一个适用于铁路工程的、可调整又具有一定通用性的族库，为实现铁路工程BIM模型快速建模提供参考。

1.1 建模分析及流程建立

1.1.1 涉铁工程工艺分析

下穿铁路涉铁工程施工在保证正常通车的前提下，进行相关线路的施工，因此其施工工艺需要考虑对现有铁路路线的加固，包括施工便梁的架设、灌注支撑桩以及桩基挡土墙、拉杆施工、土方开挖以及框架涵施工及顶进施工等内容。

下穿铁路框架涵顶进工程首先要开挖管线孔桩使用便梁对既有铁路进行加固、分层开挖挂板支护基坑，分地板、边墙、顶板三部进行框架涵现浇，然后回填基坑。因此下穿铁路段施工都会涉及到铁路、施工便梁、支撑桩、桩基挡土墙、拉杆、框架涵等众多结构复杂的构件。要建立相关BIM模型，必须先建立完成相关工艺流程的各构件模型。

1.1.2 基于施工工艺的族库建模分析

根据对涉铁工程工艺分析，下穿铁路涉铁工程所涉及到的构件包括铁路、施工便梁、支撑桩、桩基挡土墙、拉杆、框架涵构件。文章按照构件的三维尺寸将构件分为规则构件和不规则构件，文章中的规则构件是指能在REVIT中直接使用现成族库的构件，而不规则构件则是指形态各异的空间曲线结构，往往这类结构在REVIT中无法在不运用自建族的情况下建立出相应的模型。因此文章铁路、施工便梁这两类不规则构件进行自定义族库的建立，支撑桩、桩基挡土墙、拉杆、框架涵构件则属于规则构件，在文章中不再对其模型的建立进行描述。

1.1.3 建模流程分析

独立完成构件族库建立后，还需要结合族库建立适用于铁路工程项目的BIM模型。由于铁路工程体系庞大且线路里程长，因此结合施工流程来搭建BIM模型。

首先对施工现场的地形进行高程的定位，然后对既有铁路进行绘制，随后按照施工流程对桩、挡土墙、施工便梁以及框架涵的繪制来完成整体模型的搭建。具体搭建流程如图1所示。

1.2 族库创建分析

将铁轨拆分为轨枕和连接部件、钢轨和连接部件两个部分，因为不同铁路段轨枕之间的间距和轨枕型号不同，而连接部件细小且结构复杂所以将其建立轨枕、钢轨族内以便于连接处的搭接。

将施工便梁中的U型扣和横纵梁拆分为两个族，因为横纵梁和U型扣有不同的型号需要分别进行参数化建族来充分利用REVIT中仅改变参数而得到新尺寸的自定义参数化族的功能。

1.2.1 钢轨及连接部件族

对于铁轨族的铁轨与轨枕之间的防爬构架数量较多，并且位置变化，不能采用阵列的方法，而BIM旨在简化工作，提高效率。所以采用将防爬构建与轨枕一起建立在同一个族中，不仅减少工作量，还能减少布置轨枕时出现的误差。

钢轨连接件中含有许多螺丝、螺母、工字钢、钢丝等小构件缠绕组成，如果分开建族在项目中采用拾取线的方式布置时容易发生构件错位等现象，为解决这一问题采用将连接件绘制在一个自定义族中，将连接件的族载入钢轨整体族中形成嵌套族，从而避免构件之间发生错位现象。

1.2.2 轨枕及连接部件族

由于不同铁路段之间的轨枕间距不同，为了更加高效、便捷绘制出轨枕，需要将变化的轨枕距离参数化。钢轨是分段绘制且不在同一直线上，所以轨枕的布置不能简单的使用阵列的方式，为解决这一问题，最终采取创建自定义族的方式创建轨枕族。不同的族模板具有不同的特性，对于族模板的选择至关重要，本次选择基于线的公制常规模型。在族中根据要求设置轨枕间距参数，用尺寸标注将轨枕间的距离标注出来，然后给所标注的尺寸添加参数。不同尺寸标注的参数可以自行命名，但要避免相互之间重复不清。

轨枕与钢轨结合处的弹条、橡胶垫板以及连接螺丝与轨枕建立在同一个族中，来避免绘制铁路是造成连接部件丢失并减少人工重复绘制的工作量。

1.2.3 参数化便梁族

选用“公制结构框架——梁和支撑”模板，用拉伸命令，在左视图中绘制横截面并设置参数上下板厚40、翼缘宽100、腹宽12、长480、间距125、高1220，设置为类型参数，规程为公共，参数分组为尺寸标注。将便梁的两端锁定在参照平面杆件左右两端。

将尺寸标注添加参数后，组类型尺寸标注分类下出现添加长参数，相关人员可以更改相应的数据得到同类族，从而提高工作效率。用同样的方法可以添加标识数据、材料和装饰参数。

施工便梁上间隔的有孔挡板零件建立一个族，定义相关尺寸、材料等相关参数后载入项目中，由于施工便梁是一条直线所以可以采用阵列命令间隔布置。

1.2.4 U型扣族

根据线路加固方案中设计要求，横梁与边纵梁之间采用U型扣连接。线路加固纵梁采用不同型号施工便梁，首先使用拉伸命令画出四根工字钢，然后同样使用拉伸命令拾取垂直于拉伸方向参照平面后画出上部钢板和螺栓。最后切换参照平面画出U型钢筋。

2  实例分析

2.1 工程概况

柳州市航二路延长线工程，西起柳工大道西侧规划道路路口，东至柳邕路与航二路相交路口，道路呈东西走向，框架采用2*12.5m连续钢筋混凝土框架结构，框架全宽27.7m，双向四车道。其中HYSG2标段拟建隧道长680.706m，其中214.98m下穿柳州南站编组场四场道岔咽喉区，涉及17组道岔和21股道。

既有线路情况：航二路延长线框架下穿西联线交点里程为K536+393.89，下穿柳南四场段道岔区。

2.2 族库的应用

以柳州市航二路延长线工程为例，首先建立钢轨及连接部件族，选择基于线的公制常规模板，使用拉伸命令画出铁轨然后使用嵌套族制作出钢轨连接件。画出铁轨的长度，并添加长度参数。然后建立轨枕及连接部件族，选用“基于线的公制常规模型”，定义轨枕定义轨枕之间的距离参数。根据实际尺寸建立参数化便梁族。对于U型扣族的创建首先使用拉伸命令画出四根工字钢，然后同样使用拉伸命令拾取垂直于拉伸方向参照平面后画出上部钢板和螺栓，最后切换参照平面画出U型钢筋。U型扣族的建立过程中最有难度的部分在于参数化，U型扣结构之间约束情况过于复杂。需要人员进行严谨的核算，保证参数化结果可驱动。

首先将制作好的轨枕及连接部件族、钢轨及连接部件族、参数化便梁族、U型扣族载入到项目中，在项目中导入CAD底图，二维图纸中的铁路是由分段直线构成。所以在绘制钢轨时可以使用拾取线命令这样就能高效绘制出铁路中钢轨。然后布置轨枕，后采用同样的方法布置轨枕，在布置轨枕时设置好轨枕的间距参数。为了避免在布置过程中防爬构架在轨枕和铁轨之间错位，在建立轨枕族时需要将轨枕与两端的防爬构件打组。完成铁路的会之后可使用REVIT中的系统族绘制出桩、钢筋、挡土墙等，然后在桩上绘制出施工便梁采用四种类型工字钢，部分地段需要设置中纵梁，绝大多数地段采用吊式（纵梁在横梁之上），东头第一次加固部分地段为防止纵梁超限采用抬式（纵梁在横梁之下），横纵梁间使用U型扣连接。如图2所示。

根据建模流程分别对地质实体、铁路、桩以及内部钢筋、挡土墙、施工便梁、框架涵等进行绘制，建立出整体模型。

3  结语

文章通过REVIT创建适用于铁路段施工参数化族库，从而建立一个适用度高并且能真实反映施工现场的BIM模型，使之能满足铁路工程信息化建设的需要，参数化族库的建立攻破了复杂外形建筑的施工难题。针对铁路工程的构成，建立了包括钢轨、轨枕、施工便梁以及连接部件在内的族库。通过该族库在航二路延长线框架下穿铁路工程的应用，能够更有效的建立相应的铁路BIM模型，为设计、施工管理提供了良好的基础。

参考文献：

[1]康峰.铁路线路结构BIM化建模方法研究[D].兰州交通大学，2017.

[2]程马遥，曾洋.BIM技术在地铁工程中的数据库建立及其应用[J/OL].山东农业大学学报（自然科学版）：1-5[2020-06-29].

[3]王晓东，喻钢，吴惠明.基于Revit的盾构管片参数化建模应用[J].隧道建设（中英文），2018，38（02）：249-254.

[4]薛艳平，刘云鑫，张宏涛，白玉星，徐鹏.基于Revit的蜂窝梁族的参数化设计[C].中冶建筑研究总院有限公司.土木工程新材料、新技术及其工程应用交流会论文集（下册）.中冶建筑研究总院有限公司：工业建筑杂志社，2019：1588-1592，1580.

[5]王艺霖.滑雪场雪洞结构Dynamo参数化建模与钢筋配筋技术研究[D].沈阳建筑大学，2019.

[6]冯友平.BIM技术在复杂外形建筑深化设计中的应用[J].建筑施工，2020，42（06）：1046-1048.