宁淮高铁轨道BIM设计应用

刘大园，柏云，庞玲，苏乾坤

（中铁二院工程集团有限责任公司 土木建筑设计研究一院，四川 成都 610031）

0 引言

1 项目概况

1.1 项目简介

宁淮高铁连接江苏省南京市和淮安市，途经安徽天长市，为高速客运专线铁路。该铁路线路总长约210 km，设计行车速度350 km/h，建成后南京、淮安两地间可实现1 h内直达。宁淮高铁是长三角城际铁路网的重要组成部分，是国家淮河生态经济带重大基础设施支撑项目，设站7座，项目复杂。

宁淮高铁除两端枢纽连接段及联络线铺设有砟轨道结构外，其余正线均铺设CRTS双块式无砟轨道，以满足高速平稳行车需求，同时可以极大限度地减少运营管理期间的养护维修工作。轨道工程包含的具体内容主要有18号单开道岔、18号单渡线、区间CRTS双块式无砟轨道、区间有砟轨道、钢轨伸缩调节器、轨道过渡段等。

1.2 难点分析

基于宁淮高铁的修建技术标准和线路敷设特点，轨道工程BIM设计主要存在如下4个难点：

（1）提高工点无砟轨道模型创建效率问题。

铁路轨道工程具有带状、长距离分布的特点，且轨道结构沿着空间三维线位敷设，同时曲线地段还要设置不同的左右轨超高差，即轨道结构是一个在三维空间中不断变化位置的连续的带状结构，若采用常规手段创建轨道模型效率极低，难度极大。

（2）提高轨道工程设计精度和效率问题。

轨道工程沿着线路分布于不同半径曲线和直线地段，轨道工程在曲线地段需要设置不同的超高。以往轨道结构工程数量统计一般按指标计算，其计算精度不高，普遍存在较大偏差且效率低，若线路或者线下基础方案调整，轨道工程数量需要重复计算，费时费力；传统设计中轨道工程一般仅输出标准的轨道结构设计方案和设计文件用于下游施工，特殊工点设计、细节设计往往被忽略，待到施工配合阶段再行解决，往往造成较多的变更和返工。这是传统设计方法中面临的两个主要的设计精度不够的问题。

分别对患者实施X线、CT及MRI检查，其中MRI所用全身超导扫描仪是GE公司成产提供，CT检测设备为德国西门子CT机；检查前均对患者简单说明本次检查概况，并简单指导患者进行检查时的配合，检查时均按照仪器的操作步骤对患者实施相关操作，获得相关检测数据并做好整理记录[3]。

（3）提高桥梁地段轨道设计效率问题。

宁淮铁路桥梁工程占比约96%，如何快速进行桥梁地段无砟轨道道床板布置设计是提高设计效率的关键。

（4）轨道工程接口众多，确保接口协调、减少差错漏碰问题。

宁淮铁路轨道工程与桥梁工程、路基工程、给排水工程、站场工程、线路工程等有外部接口，轨道工程内部各部件间亦有内部接口，后期变更和返工往往是因为接口冲突问题导致，但由于专业众多，接口复杂，以传统设计方式很多接口冲突难以在设计阶段发现和解决。

根据上述难点分析，可见在宁淮高铁轨道设计中应用BIM技术最大的难点是要克服设计效率问题，采用BIM技术增加了设计的内容和工作量，但是丰富了设计成果，提高了设计精度，并且可以使得设计成果更加优化和合理。基于当前设计手段，为解决引入BIM技术带来的设计效率问题，开发适用于中国铁路轨道工程设计的BIM类软件是目前的主要任务。

2 技术理念

2.1 技术路线

铁路轨道工程结构中，方案主要由各种标准件组成，比如钢轨、扣件、轨枕、无砟轨道部件等，这些标准件沿着三维空间线位按照一定的规则间隔放置或者连续修筑便形成了整体轨道结构。基于此特点，宁淮高铁轨道工程BIM设计应用采取了下面的技术路线（见图1）：

图1 宁淮高铁轨道BIM设计应用技术路线

（1）创建轨道标准构件库，构件库中包含轨道工程所需要的所有构件，包含60 kg/m钢轨、扣件系统、双块式轨枕、轨道板模板、底座模板、辅助设施构件、道岔、钢轨伸缩调节器以及过渡段构件等；

（2）采用积木法引用标准构件创建轨道结构设计方案，在设计方案中建立轨道标准构件之间的联系以及沿着线路方向敷设的规则，在宁淮高铁中需要创建桥上双块式无砟轨道、路基上双块式无砟轨道以及有砟轨道结构方案；

（3）沿着线路条件，按照不同的线下基础，创建工点的轨道结构模型，包含桥上轨道工点模型、路基上轨道工点模型。接着对所有模型进行装配形成轨道结构工点总装配模型，模型达到施工图精度要求；

（4）基于创建的轨道工点模型进行接口检查、出图、算量和施工设计交底等应用，形成完整的BIM设计成果。

为解决上述重难点问题，宁淮高铁轨道工程BIM设计的主要应用点为创建轨道标准构件库、进行参数化自动建模、基于模型的工程数量计算、基于模型的图纸输出、基于模型的接口检查和基于模型的施工关键数据提取。

2.2 专用设计软件开发

为解决引入BIM技术应用而带来的设计效率问题，在宁淮高铁设计前期，基于上述应用技术路线，开发了适用于CRTS双块式无砟轨道BIM设计的专业软件。该软件基于Bentley OpenRail Designer（简称BORD）平台开发，主要包含项目信息管理、专业接口数据管理、轨道方案设计、轨道工点设计、成果输出和资源管理6个主要模块，提供了进行轨道BIM设计的基本流程和完整功能，软件基本框架见图2。

图2 轨道BIM设计软件框架

3 应用效果

基于轨道BIM专用设计软件，快速创建了宁淮铁路淮安段的轨道结构模型和简化的桥梁路基线下基础模型，见图3、图4，模型遵照铁路BIM相关规范进行了结构分解和构件的编码信息附加，形成了完整的包含三维几何模型和非几何信息的BIM模型，基于BIM模型进行了接口检查、轨道数量统计、图纸输出和施工数据提取等应用，验证了轨道BIM设计流程的可行性和轨道BIM设计软件的正确性，为铁路轨道BIM设计积累了实战的经验。

图3 桥上轨道工点模型

图4 路基车站轨道工点模型

3.1 接口检查

将轨道工点模型与线下基础简化模型进行合模之后可以检查轨道与线下基础之间的接口是否产生冲突或者不匹配问题。在宁淮高铁轨道BIM设计中，出现的接口冲突主要是轨道板布设与桥梁梁缝不相匹配（见图5），车站区域道岔区无砟轨道底座与路基面层产生冲突。经过检查发现多处接口冲突，并在后续进行了优化设计，减少了后续施工阶段可能会出现的变更设计，解决了设计难点4面临的问题，提高了设计质量和精度。

图5 无砟轨道布置与桥梁布跨接口冲突问题

3.2 数量统计

基于创建的轨道工点模型，按标段划分要求统计了轨道工程数量。轨道工程数量主要包含轨道铺设长度、轨道道床结构数量以及附属设施等。轨道铺设长度完全依据模型创建的三维线形长度进行统计，提高了轨道铺设长度计算精度。轨道道床结构数量依据实际工点三维模型作为依据进行统计，由于模型创建考虑了曲线超高和实际三维空间铺设长度，其统计精度得到大幅提高（见图6）。附属设施则根据线路条件及铺轨长度进行精确统计。基于轨道模型进行工程数量计算，在计算精度和效率方面均得到提升。

图6 基于模型统计工程数量

3.3 图纸输出

为了符合当前铁路工程建设的选装需求，根据创建的轨道模型输出二维施工图纸仍旧是当前铁路BIM设计应用的一个重要功能。宁淮高铁轨道BIM设计中，首先依据创建的参数化轨道设计方案和模型，通过读取模型设计参数，可直接生成标准的无砟轨道二维施工图纸。其次，设计中创建了道岔、钢轨伸缩调节器等特殊的参数化构件，且根据设计需求进行了无砟轨道的三维配筋设计，依据创建的详细三维参数化构件，直接生成了二维施工图纸（见图7）。此外，还根据三维模型创建了特殊轨道结构的三维可视化轴测视图图纸，将其补充到现有二维施工图纸中，丰富了传统二维施工图纸的内容，更加利于施工阶段施工人员进行识图和理解。

图7 基于轨道模型输出二维图纸示例

3.4 施工数据提取

基于创建的轨道整体模型，根据中国铁路BIM联盟相关标准要求，按照EBS、IFD标准对模型进行了分解、编码和信息附加，根据轨道工程无砟轨道施工需求附加相应定位信息并通过软件自动提取。项目应用中通过软件自动提取了无砟轨道道床板关键角点、底座关键点的三维坐标信息以及相应的里程和编码信息（见图8），可供下游施工阶段铺轨使用，避免施工阶段因人为计算误差造成无砟轨道底座和道床板施工偏差问题。

4 结束语

围绕如何解决BIM技术在宁淮高铁轨道设计中应用所带来的问题，依托开发的专用BIM设计软件，研究了适用于轨道BIM设计的基本流程，在充分利用BIM技术所带来益处的同时，提高了轨道BIM设计的效率。应用效果说明所采用的轨道工程BIM设计技术路线、应用流程和应用点是满足轨道设计需求的。后续将进一步加强实践和积累经验，提高BIM技术在铁路轨道工程的应用深度和广度，为铁路工程新基建和数字化服务。