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BIM铁路案例实训:沪通铁路站场路基设计中的BIM应用

发布于:2021-04-16
首页/BIM专题
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    为研究BIM技术在铁路综合路基中的应用,选取太仓港站开展BIM设计。太仓港站位于太仓市与常熟市交界处,地形平坦,全长2600m,站前工程包含测绘、线路、站场、路基、桥梁、轨道等多个专业。该车站为软土路堤,主要设计内容包括路堤基床结构、地基加固、边坡防护、排水系统以及框架桥涵。

    BIM设计方案

    现有BIM设计主流软件平台主要有Autodesk、Bentley和Dassault,三者均有各自的BIM软件系统及数据交换接口。Autodesk在建筑行业应用最成熟,Bentley在水电行业应用较多,Dassault在建立精细化设计方面有独特之处。然而,目前没有任何一款软件能够解决所有BIM问题。沪通铁路太仓港站综合路基涉及专业多,Bentley的协同管理平台ProjectWise可与Bentley设计软件无缝集成,从而实现项目多专业的协同设计管理。Bentley面向道路、铁路、桥隧、场地、地下管网等基础设施开发的专业软件PowerCivil(简称PC)基本可以满足铁路站前相关专业的BIM设计。

    本文基于PC进行综合路基BIM设计的工作是在传统设计“平-纵-横”的工作流程基础上,根据BIM设计要点,以协同工作的理念,按照“设计准备—平面设计—纵断面设计—横断面模板设计—创建廊道—附属设施设计”的工作流程开展工作。

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    基于PC的综合路基BIM设计流程

    项目应用研究

    搭建协同管理平台

    为规范ProjectWise协同管理环境,结合工程项目分解要求,依据《铁路工程信息模型数据存储标准》(IFD)等相关标准制定“沪通铁路BIM项目标准框架”,明确ProjectWise中目录框架、文件及文件夹命名标准、角色、权限、流程、通知等规则,完成基于Bentley的ProjectWise协同设计平台的搭建。

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    ProjectWise协同设计平台的搭建

    设计准备

    创建数字地模

    地形信息是项目最重要的设计资料之一,为生成地面线、边坡放置以及工程量分析等工作的必须资料,设计准备需要对地形数据进行相关的处理,完成数字地模的创建和导入。将DWG地形文件参考至PC中,通过“最大三角形长度”法构建地形三角网,形成三维地面模型。

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    地形三角网

    线路平纵设计

    线路平纵设计是路基设计的关键环节,线路方案从根本上决定了道路总体设计的水平。在PC中按照“交点法”绘制平面线位;点选平面线位,打开其纵断面视图,采用先插入坡度线再插入竖曲线的方式进行纵断面设计。

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三维线位模型

    站场路基设计

    创建横断面模板

    导入线路平纵和三维地面模型后,采用PC软件廊道功能创建站场横断面。先利用横断面模板功能将路基面、基床、边坡、平台、脚墙以及排水沟等构筑物建成通用性的构件子模板,再通过“点特征”设置通用子模板之间的约束关系,使其实现联动,从而合成路基横断面模板。

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    创建横断面模板

    廊道设计

    横断面模板创建以后,激活地形模型,结合铁路带状构造的特点,以“沿路径拉伸创建实体”为原理,利用PC廊道功能,将横断面模板沿站场中心线对应到相应的里程范围,从而创建三维站场路基模型。

    对于复杂断面,分别创建对应廊道,然后在汇合处进行模型剪切,再用共同的路基横断面模板构建融合以后的廊道,曲线股道对应的路基,外边缘沿着曲线建模,解决了模型“以直代曲”造成的锯齿问题。

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    对于不同横断面模板之间的过渡,利用渐变法创建廊道。将前后横断面模板中,对应的渐变点,设置参数约束,从起始断面到终止断面,该参数由a值逐渐线性过渡到b值,实现复杂断面之间的渐变过程。

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    多路基横断面模板

    创建地基处理桩

    地基处理桩为离散型布置,无法通过PC廊道功能直接实现。太仓港站为软土路基,整个车站范围都有地基处理桩,为提高建模效率,基于PC发插件,实现参数化快速建模。基于路基廊道模型提取地基处理桩的设计边界,再利用开发插件,通过指定路线、起讫里程、设计范围及桩的设计参数创建地基处理桩模型。

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    地基处理桩模型

    边坡加固防护

    路基边坡防护模型先通过横断面模板功能创建边坡构件,然后与路基模板组装起来,通过廊道建模一起生成。骨架护坡等坡面防护通过建立面模型,利用Bentley材质贴图功能进行渲染,镶边与脚墙则建立网格的体模型。

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    桥涵设计

    沪通铁路太仓港站含有6座框架桥和6座框架涵,为实现参数化建模,基于PC开发框架桥涵设计插件,支持1孔~3孔框架桥涵参数化设计,可以实现直交及斜交设计,将设计效率提高了20倍以上。

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    模型整合

    利用PC的参考功能,将各专业的模型成果链接到总装模型中。首先对总模型进行碰撞检测,以供进行效果演示及其他深化应用。

    本文探索了基于Bentley平台进行站场路基BIM综合设计的解决方案,通过多专业应用实践,主要结论如下。

    (1)基于Bentley的ProjectWise协同管理平台,可以实现多专业协同设计,方便专业间的设计交互。

    (2)Bentley的设计软件PowerCivil,基本可以满足铁路工程三维地模创建、线路平纵设计、站场简单路基的设计,对于不同断面之间的过渡,实现起来难度较大,相关功能还有待改进。

    (3)PowerCivil无法直接进行地基加固桩及框架桥涵等离散型构建的高效设计,通过二次开发可实现参数化建模,解决了重复性工作多、工作量大的难题,有效提高了设计效率,初步实现了基于Bentley的正向设计。

    内容来源:

    铁路BIM联盟成员单位——中铁第四勘察设计院集团有限公司

    卞友艳.

    BIM技术在沪通铁路站场路基设计中的应用研究[J].铁道标准设计.

    (铁路BIM联盟文章,转发请注明出处)


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