(中鐵三局集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510000；廣州市軌道交通十三號線首期工程 廣東 廣州 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

本研究將昌贛客專CGZQ-9標(biāo)萬安隧道施工作為研究背景。萬安隧道坐落于萬安縣枧頭鎮(zhèn)和寶山鄉(xiāng)境內(nèi)，全長13927.78m，結(jié)構(gòu)形式為單洞雙線。全隧共設(shè)四個輔助坑道，分別為3個斜井(南元坑斜井、九龍坑斜井、陳屋斜井)、1個橫洞(出口橫洞)，加上進(jìn)口共計7個作業(yè)面施工。承建正洞全長為3790米的陳屋斜井采用雙車道設(shè)計，正洞開挖斷面面積為139.1平方米至152.4平方米，屬于低中山區(qū)地貌的斜井正洞，地勢險要，溝谷縱橫，隧道洞身處地表土沖溝發(fā)育山嶺及谷地，且被其被覆蓋。洞身基巖完整性較好，層理及節(jié)理較發(fā)育，其中III級圍巖2710米，占整個施工工點(diǎn)洞身圍巖的71%。

隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計工作難度巨大，在以往的設(shè)計施工中，受到實(shí)際設(shè)計水平的限制，設(shè)計施工效率十分低下，且容易出錯，造成頻繁返工，耽誤工期，且造成一定程度的資源浪費(fèi)[1]。相比之下，通過BIM技術(shù)能夠有效的改善如上問題。本文通過Revit建立隧道Ⅲ型軌道板模型為例，來探討B(tài)IM技術(shù)在隧道Ⅲ型軌道板中的應(yīng)用研究[2]。

二、利用Revit建立III型軌道板模型并與萊卡CPIII測量系統(tǒng)對接

(一)Ⅲ型軌道板尺寸

BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)是建立三維信息實(shí)景模型，本研究的三維實(shí)體模型是通過將隧道施工項(xiàng)目上所采用的全部二維信息(圖紙信息)轉(zhuǎn)化而來的，它將整個隧道建設(shè)項(xiàng)目上的全部信息(包括土木、材料、施工等)融合到模型所在的數(shù)據(jù)庫中。根據(jù)項(xiàng)目提供的曲線要素表，計算標(biāo)段內(nèi)CRTSⅢ型板有關(guān)空間技術(shù)參數(shù)(即任意里程處斷面結(jié)構(gòu)盡寸、坐標(biāo)及標(biāo)高信息)。利用Revit建模平臺，根據(jù)設(shè)計圖紙建立本標(biāo)段CRSTⅢ型板參數(shù)化土建及鋼筋模型，基于這樣的參數(shù)化信息實(shí)景模型，想要獲得任意斷面的結(jié)構(gòu)尺寸模型可測量該里程處的剖切斷面，并可直接提取出包括控制點(diǎn)距離、坐標(biāo)、標(biāo)高在內(nèi)的大量信息。審定現(xiàn)場施工圖紙及施工參數(shù)。

由我國自主研發(fā)且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CRTSⅢ型無砟軌道板是帶擋肩的新型單元板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。主要組成部分包括：預(yù)制軌道板、扣件、配筋的自密實(shí)混凝土(自流平混凝土調(diào)整層)、鋼軌、中間隔離層(土工布)、限位擋臺和鋼筋混凝土底座。軌道結(jié)構(gòu)整體高度為738mm，鋼軌高度為176mm，軌道板長度為5600mm，寬度為2500mm，厚度為200mm，底座板寬度為2900mm，厚度為200mm。兩個軌道板之間的間距為20mm，軌道與軌道之間的距離為630mm，凹槽尺寸為1022mm700mm，兩凹槽之間的間距為3150mm。

(二)利用Revit建立Ⅲ型軌道板模型

在Revit中根據(jù)上述尺寸和設(shè)計圖紙先繪制出長寬高分別為5600mm、2900mm、200mm的軌道板底座板，且結(jié)合設(shè)計圖紙預(yù)留出1022mm700mm的凹槽，再繪制長度為5600mm，寬度為2500mm，高度為90mm的自密實(shí)混凝土，再在底座板上繪制出長寬高分別為5600mm、2900mm、200mm的軌道板后，最后在依據(jù)鋼軌的尺寸繪制出高度為176mm的鋼軌。

繪制完單個鋼軌以后，按照橫縱數(shù)量為2×9，將一個軌道板上的所有鋼軌通過使用Revit的陣列功能繪制出來，完成單個軌道板模型的建立后，再次使用陣列功能，完成整體Ⅲ型軌道板模型的建立[3]。

(三)Ⅲ型軌道板模型對接萊卡CPⅢ測量系統(tǒng)

萊卡CPⅢ測量系統(tǒng)以其準(zhǔn)確的信息采集、快速的模型建立、通過形象立體的方向展示空間信息等優(yōu)勢深受全球?qū)I(yè)人士的追捧。將Revit建立完成的無砟軌道Ⅲ型軌道板模型利用軟件自身攜帶的坐標(biāo)系系統(tǒng)獲取軌道板定位基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，再根據(jù)萊卡CPⅢ測量系統(tǒng)所獲取的軌道板定位基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)測量獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與Revit模型坐標(biāo)數(shù)據(jù)的粗配準(zhǔn)；然后采用改進(jìn)的ICP算法最終實(shí)現(xiàn)測量獲取基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與Revit模型坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精確配準(zhǔn)?；赗evit的二次開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)和萊卡CPⅢ的對接。

三、無砟軌道施工物流模擬通道

(一)無砟軌道施工物流通道模型建立

風(fēng)險識無砟軌道施工物流通道模型使用3Dmax軟件進(jìn)行建立，在3Dmax中根據(jù)實(shí)際尺寸預(yù)先繪制出施工人員、龍門吊、土工布等模型建立所需的材料。再把之前在Revit軟件中建立好的無砟軌道Ⅲ型板軌道板模型導(dǎo)入到3Dmax中。在3Dmax的正視圖工作界面，將預(yù)先繪制好的施工人員放在軌道板模型的上方，注意施工人員的腳面與軌道板模型的上表面重合；按照同樣的方法把預(yù)先繪制好的土工布放在軌道板模型的上方；再在3Dmax的俯視圖工作界面將龍門吊放入軌道板模型中，完成物流模型的建立。

(二)無砟軌道施工物流通道模擬

打開3Dmax，點(diǎn)擊新建空場景，設(shè)置一個新的空場景，按住鼠標(biāo)右鍵，將建立好的無砟軌道Ⅲ型板軌道板模型拖動到空場景合適的位置，再將施工人員、土工布按照相同的方法放到軌道板模型的開始位置，施工人員在土工布的前方。拖動工作界面下方的路標(biāo)到百分之一百位置，在選定對象中選擇自動關(guān)鍵點(diǎn)，按住鼠標(biāo)右鍵勻速拖動施工人員向前一小段距離，再勻速拖動土工布向前一小段距離，以此交替向前直到軌道板模型的中間。完成上述步驟后，點(diǎn)擊播放圖標(biāo)查看播放的效果，根據(jù)播放效果調(diào)節(jié)播放速度。播放效果達(dá)到要求之后，點(diǎn)擊渲染圖標(biāo)將點(diǎn)擊范圍的點(diǎn)勾選上，拉動下滑在渲染輸出位置點(diǎn)擊文件，并將輸出的文件格式設(shè)置為AVI，使模型渲染后輸出。

圖1 軌道板結(jié)構(gòu)圖示

圖2 軌道板模型導(dǎo)入3Dmax效果圖

四、基于施工進(jìn)度成本進(jìn)行5D模擬

(一)BIM的施工5D成本控制

BIM形成5D成本控制是通過將成本要素添加到正在進(jìn)行的4D進(jìn)度控制中，從而可在施工建設(shè)過程中的各階段做到精準(zhǔn)的成本動態(tài)投入，依據(jù)實(shí)際上建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)展情況不斷調(diào)整資金在不同時期、不同階段的投入規(guī)劃，從而可充分利用資源實(shí)現(xiàn)自身時間價值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源的有效節(jié)約以及成本的充分利用。

項(xiàng)目針對關(guān)鍵業(yè)務(wù)的管理是基于一個5D關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，分別包括：3D+1D(時間)+1D(成本)，一方面是一個完整的3D數(shù)字信息模型，另一方面也是協(xié)同管理平臺和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)同步，確保所提供數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一性。這5個D之間是相互聯(lián)系的，通過BIM平臺可以實(shí)現(xiàn)他們之間邏輯關(guān)系的整合，在項(xiàng)目建設(shè)階段對項(xiàng)目進(jìn)度和成本進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)在建模建立的3D，再加上管理2D以到達(dá)5D的效果。在施工過程中，運(yùn)用BIM對施工時間和成本進(jìn)行控制，以達(dá)到節(jié)約成本，優(yōu)化資源，減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色施工的目的。

(二)5D成本控制的實(shí)現(xiàn)過程

在項(xiàng)目建設(shè)之前，可以根據(jù)實(shí)際情況擬定不同的施工建設(shè)計劃，例如總體施工規(guī)劃，每階段施工規(guī)劃，將不同階段的施工規(guī)劃和該階段的模型進(jìn)行如下圖所示的相互關(guān)聯(lián)，建立信息管理數(shù)據(jù)庫。同時，通過將總體項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃或者每階段項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃與所對應(yīng)的施工模型進(jìn)行相互聯(lián)系，施工技術(shù)人員就可以精確的清楚包括每天的施工進(jìn)度在內(nèi)的多種施工信息。通過BIM平臺對整個項(xiàng)目做總體運(yùn)營規(guī)劃，并得出大量的直觀數(shù)據(jù)作為方案決策的支撐。更新、維護(hù)工程BIM模型及應(yīng)用平臺；施工過程中需要設(shè)計變更、人員設(shè)備變化時，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際，及時修正模型、維護(hù)平臺信息?；贒ELMIA的施工仿真技術(shù)，制作CRTSIII型施工工藝動畫，指導(dǎo)現(xiàn)場施工[4]。

五、結(jié)論

本文通過Revit建立III型軌道板模型并與萊卡CPIII測量系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)了二維圖紙的三維立體化且實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)與模型的互通性；通過3Dmax對無砟軌道物流通道的模擬，使得物流信息與施工組織更加易于理解；通過基于施工進(jìn)度的BIM5D成本控制，以達(dá)到控制成本，最大限度利用資源，減少資源的浪費(fèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色施工建設(shè)的目的。