雷曉雨，王 建，閆東旭，王海龍

（1. 中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251；2. 中鐵九局集團(tuán)工程檢測(cè)試驗(yàn)有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

鐵路路基工程設(shè)計(jì)BIM技術(shù)應(yīng)用研究尚處于起步階段，在技術(shù)層面存在很多障礙：一是缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，BIM軟件間沒有統(tǒng)一的信息交換標(biāo)準(zhǔn)，BIM應(yīng)用各協(xié)作方?jīng)]有統(tǒng)一的交付標(biāo)準(zhǔn)；二是缺乏明確的應(yīng)用需求，鐵路行業(yè)路基工程BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)尚不明確；三是缺乏專業(yè)軟件工具，沒有完全適用于鐵路工程多專業(yè)BIM軟件平臺(tái)[1-3]。

為探索鐵路BIM協(xié)同設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過充分調(diào)研，在此選擇達(dá)索平臺(tái)作為BIM主平臺(tái)，基于中國鐵路總公司某試點(diǎn)項(xiàng)目，對(duì)路基工程BIM協(xié)同設(shè)計(jì)方法進(jìn)行適用性研究，并總結(jié)了路基工程BIM設(shè)計(jì)流程。

1 路基工程BIM設(shè)計(jì)流程

某無砟軌道鐵路BIM試點(diǎn)工程，線路長(zhǎng)6.4 km，其中涉及路基工點(diǎn)4處，總長(zhǎng)度2.2 km。路基工程BIM設(shè)計(jì)任務(wù)主要包括：建立路基左右路肩線、路堤及路塹本體設(shè)計(jì)，側(cè)溝設(shè)計(jì)，邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)，支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地基處理設(shè)計(jì)等。

基于達(dá)索平臺(tái)明確了路基工程BIM設(shè)計(jì)流程，根據(jù)該流程完成了路基BIM設(shè)計(jì)，即根據(jù)線路空間線（軌頂線）及地形三維曲面等基礎(chǔ)資料研發(fā)路肩線、路基本體結(jié)構(gòu)、側(cè)溝、路基邊坡、重力擋墻、CFG樁基處理的模型設(shè)計(jì)，完成了BIM工程數(shù)量計(jì)算方法與路堤模板的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了與線路、測(cè)繪、軌道、地質(zhì)專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)[4]。路基工程BIM設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 路基工程BIM設(shè)計(jì)流程

2 路基工程BIM設(shè)計(jì)要點(diǎn)[3-4]

2.1 模型搭建

在該試點(diǎn)項(xiàng)目中，路基工程的4個(gè)工點(diǎn)包含高路堤、深路塹、擋墻以及地基處理等工程類型[5]。模型搭建中充分利用三維地形，確定路堤路塹分界，在此基礎(chǔ)上選用不同的工程模板建立路堤、路塹、側(cè)溝及邊坡模型；然后在總的路堤或路塹實(shí)體模型下，檢查是否有設(shè)置支擋的需要，進(jìn)而從三維模型中直觀地確定設(shè)置支擋工程的范圍和形式；最后進(jìn)行地基處理模型的搭建。路堤、擋墻模板實(shí)例化效果見圖2。

圖2 路堤、擋墻模板實(shí)例化效果

2.2 路基專業(yè)與各專業(yè)的協(xié)同

利用達(dá)索平臺(tái)，通過專業(yè)間結(jié)構(gòu)樹的協(xié)同作業(yè)空間，路基專業(yè)共完成以下工作：

（1）路基專業(yè)與線路專業(yè)：依托線路空間線完成路基專業(yè)路肩線設(shè)計(jì)，并提交路基專業(yè)外輪廓線用來確定用地界。

（2）路基專業(yè)與測(cè)繪專業(yè)：結(jié)合測(cè)繪地形，對(duì)路基專業(yè)路基結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定路基放坡參考。模板與地模交互見圖3，反映了路堤放坡、排水溝與地面地形的緊密結(jié)合。為提高三維模型展示效果，路基專業(yè)向測(cè)繪專業(yè)提供地形修剪范圍線，確定路基及路塹范圍。

（3）路基專業(yè)與地質(zhì)專業(yè)：與地質(zhì)專業(yè)地層模型結(jié)合，檢算地基處理長(zhǎng)度與范圍。模板與地層信息交互見圖4。由圖4可知，進(jìn)行樁基處理的地段為新黃土層較厚段落，地基處理樁基均打穿地質(zhì)新黃土層進(jìn)入較好土層，符合設(shè)計(jì)原則要求，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)合理。

（4）路基專業(yè)與軌道專業(yè)：向軌道專業(yè)提供路基工點(diǎn)在空間左線上的起訖里程點(diǎn)，為線路及相關(guān)專業(yè)提供單平臺(tái)的協(xié)同參數(shù)。

圖3 模板與地模交互

圖4 模板與地層信息交互

3 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析

（1）從二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)路基設(shè)計(jì)模式是建立在橫斷面基礎(chǔ)上的二維設(shè)計(jì)，采用的地形參考為測(cè)繪提供的橫斷面；BIM設(shè)計(jì)則是在三維地形上建立的三維立體模型，再根據(jù)三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。BIM三維設(shè)計(jì)模型更直觀，對(duì)于細(xì)節(jié)及控制點(diǎn)的表現(xiàn)更突出。

（2）與傳統(tǒng)三維設(shè)計(jì)模式的比較。傳統(tǒng)的路基三維設(shè)計(jì)同樣是建立在橫斷面的基礎(chǔ)上，在施工圖紙已經(jīng)確定后，根據(jù)圖紙進(jìn)行相鄰橫斷面間點(diǎn)線面的連接形成三維模型，即倒模設(shè)計(jì)；BIM設(shè)計(jì)模式則根本不同，采用模板或程序生產(chǎn)三維模型，再用三維模型與地形面或地質(zhì)體進(jìn)行運(yùn)算得到三維實(shí)體。這種設(shè)計(jì)模式不依賴于圖紙，是一種正向設(shè)計(jì)形式，可應(yīng)用于設(shè)計(jì)的不同階段，甚至可利用三維模型生成路基需要的二維圖紙。

（3）措施的選取。路基傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)措施的選取與地質(zhì)資料、外業(yè)資料、平縱斷面及測(cè)繪資料相關(guān)；BIM設(shè)計(jì)措施的選取方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式基本相同，但也有自身的特點(diǎn)，例如在外業(yè)調(diào)查方面，以往外業(yè)人員根據(jù)1∶2 000圖進(jìn)行調(diào)查并為措施的制定提供參考，而BIM設(shè)計(jì)模式中航測(cè)資料是一種重要手段。在BIM設(shè)計(jì)中，相對(duì)于1∶2 000圖，航測(cè)圖寬度更大、更精細(xì)。因其可參考的范圍更廣，對(duì)于路基的限制條件增多，使路基專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)確定措施時(shí)考慮的因素增加，需要調(diào)查的范圍擴(kuò)大，外業(yè)工作量相對(duì)增加。但另一方面，這項(xiàng)工作量的增加會(huì)使措施制定更加合理，危險(xiǎn)源的發(fā)現(xiàn)更加及時(shí)，在一定程度上減少了內(nèi)業(yè)工作量，減少了設(shè)計(jì)變更。

（4）設(shè)計(jì)修改。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)修改需要工程師在CAD圖上進(jìn)行手動(dòng)改正。某個(gè)工點(diǎn)、某個(gè)尺寸的變動(dòng)可能需要多步手動(dòng)操作來實(shí)現(xiàn)；BIM設(shè)計(jì)由于是參數(shù)化建模，當(dāng)設(shè)計(jì)的模板參數(shù)合理時(shí)，如需對(duì)模型某一參數(shù)化的尺寸進(jìn)行修改，只需改動(dòng)1個(gè)數(shù)字就能完成，若幾個(gè)工點(diǎn)均需要做同樣的修改，則效率較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有明顯提升。然而，對(duì)于若干細(xì)節(jié)參數(shù)需要修改而大部分不需修改的工點(diǎn)，如果分段不夠詳細(xì)，還需對(duì)工點(diǎn)重新進(jìn)行劃分，則效率較傳統(tǒng)模式將大大降低。

（5）協(xié)同作業(yè)方式及內(nèi)容的變化見表1。

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的變化。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，達(dá)索平臺(tái)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式相比有以下不同：所有版本均可在達(dá)索平臺(tái)上按照一定的權(quán)限進(jìn)行專業(yè)內(nèi)與專業(yè)間的搜索、瀏覽和修改操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源的協(xié)同共享，免去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)互傳資料的環(huán)節(jié)；每個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)相應(yīng)的責(zé)任者，不同的責(zé)任者之間可進(jìn)行節(jié)點(diǎn)責(zé)任的轉(zhuǎn)移變更，方便設(shè)計(jì)任務(wù)的分配與管理；通過二次開發(fā)可實(shí)現(xiàn)工程量計(jì)算方案與IFD、IFC專業(yè)分類編碼的對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)同行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接。

4 適用性分析

基于達(dá)索平臺(tái)的BIM設(shè)計(jì)模式適用性分析見表2。通過分析BIM設(shè)計(jì)模式及達(dá)索平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)及不足，得出以下結(jié)論：

表1 協(xié)同作業(yè)方式及內(nèi)容的變化

表2 基于達(dá)索平臺(tái)的BIM設(shè)計(jì)模式適用性分析

（1）對(duì)于路基工程設(shè)計(jì)而言，目前BIM設(shè)計(jì)模式更適合于初設(shè)或施工圖階段方案相對(duì)穩(wěn)定的情況。

（2）措施的把控不再受制于橫斷面的疏密，基于三維地形的路基設(shè)計(jì)更具全局性。

（3）模板需要依托大量BIM項(xiàng)目進(jìn)行積累，當(dāng)基礎(chǔ)資料（三維地模、地質(zhì)模型、線位精度等）可靠時(shí)，采用這種正向的三維設(shè)計(jì)模式在一定程度上能夠減少變更。但與傳統(tǒng)路基設(shè)計(jì)作業(yè)效率相比，還有一定差距，需要通過大量研發(fā)工作來提高效率。

（4）由于平臺(tái)的統(tǒng)一性，基本實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)的平行作業(yè)及協(xié)同作業(yè)，平臺(tái)在數(shù)據(jù)保密方面效果突出。

（5）面對(duì)路基復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，BIM平臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)體建模的支持較完善，而對(duì)半結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)要達(dá)到設(shè)計(jì)需求還有很大差距，造成專業(yè)設(shè)計(jì)人員在開展BIM項(xiàng)目工作中，需根據(jù)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)調(diào)整設(shè)計(jì)思路，結(jié)合本專業(yè)特點(diǎn)針對(duì)平臺(tái)缺陷進(jìn)行大量研究和開發(fā)，因此對(duì)于路基工程BIM設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用，二次開發(fā)工作將是今后一段時(shí)間的主要工作。

（6）平臺(tái)兼容性有待提高，開發(fā)端口需更加開放，交互界面需進(jìn)一步優(yōu)化。