BIM技術在武襄十城際鐵路橋梁專業的應用

■ 趙月悅

BIM技術在武襄十城際鐵路橋梁專業的應用

■ 趙月悅

BIM由于具備可視化、碰撞檢查、自動統計工程量等諸多優點而成為未來工程設計的發展方向。武襄十城際鐵路試點項目應用BIM技術，實現了橋梁專業完全基于達索平臺建模設計，并實現了與歐特克平臺數據交互及模型整合。設計成果具有可視化的優勢，可直觀、形象地進行設計交底指導施工，為今后基于達索平臺進行橋梁BIM設計提供借鑒，也可為多平臺BIM設計提供指導。

BIM；橋梁；達索；可視化；協同設計

0 引言

BIM（Building Information Modeling）全稱建筑信息模型，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性5大特點［1］。

隨著BIM應用的深入，中鐵第四勘察設計院集團有限公司（簡稱鐵四院）橋梁專業在橋梁三維建模、由外部數據驅動的簡支梁橋自動三維建模、與其他專業提供的三維模型的集成等方面取得一定成果。武襄十城際鐵路試點項目的橋梁部分完全基于達索平臺進行建模、設計，并實現與歐特克平臺數據交互和模型整合。

1 項目概況

選取武襄十城際鐵路DK418+300.00—DK426+600.00（武當山西站—王家莊隧道出口）作為BIM技術應用的試點，在此試驗段完成綜合多個專業的完整BIM設計。項目包括中間站（武當山西站）、線路、路基、橋梁10座（共3.5 km）、隧道6座（共約2.5 km），約合正線長度8.3 km。

項目中橋梁專業工作量大，合計10座大中橋、1座框架橋、5座涵洞。10座大中橋內含有（40+72+40）m連續彎梁特殊結構、（6×32）m道岔連續梁特殊結構、武當山西1號多線橋（含正線、到發線、站臺梁）大型復雜結構?？蚣軜蚝秃磸碗s結構，按類型可分為4座框架涵、2座蓋板涵；按與線路方向交匯方式可分為3座斜交涵、3座正交涵。

2 技術實施

2.1 技術路線

項目的設計流程：（1）BIM設計標準、原則、規范的確定；（2）創建參數化標準幾何模型零件庫；（3）搭建骨架模型；（4）模型裝配；（5）碰撞檢查；（6）反饋與調試；（7）工程量及工程出圖；（8）模型輕量化、施工瀏覽及復核等。

2.2 實施難點

BIM設計中存在以下幾個難點：

（1）復雜幾何模型創建方面，如（40+72+40）m連續彎梁變截面段梁底空間曲線的創建，涵洞出入口翼墻、邊坡、錐體和垂裙的創建，空間三維線路骨架線的創建等；

（2）幾何模型屬性賦予方面，包括材料屬性、相關模型信息等；

（3）三維建模軟件自動二維出圖方面；（4）滿足EBS標準的自動工程算量。

2.3 解決方案

針對BIM設計中存在的各個難點，在實施過程中的解決方案如下：

（1）利用線路資料以及自主開發的橋梁工程師軟件中的線路數據文件，通過二次開發，將這些資料文件接入達索平臺CATIA模塊，自動生成線路骨架線。

（2）對于復雜構建進行細化構建。創建參數化標準幾何模型零件庫，涵蓋橋梁上、下部結構等各種標準零件類型，如標準簡支箱梁、圓端形實體橋墩、矩形空心橋臺、樁基礎和擴大基礎等（見圖1）。

圖1 參數化標準零件BIM模型

在CATIA中，橋墩和樁基礎可通過設置參數模塊直接生成（見圖2）。

圖2 橋墩和樁基礎參數及模型

創建特殊結構零件，如（40+72+40）m連續彎梁、蓋板涵、框架涵等（見圖3）。

圖3 特殊結構零件BIM模型

創建橋梁附屬結構標準庫，如防護墻、電纜槽豎墻、人行蓋板、遮板、欄桿立柱、柱帽、托梁、扶手、欄片等，通過裝配梁體和附屬結構完成模型設計（見圖4）。

（3）在TXO模塊下進行屬性定制和擴展，通過數據模型特殊化創建程序包、新建屬性名、屬性類型及其他信息。針對復雜結構，需要人為創建定制的類別屬性，并對類別屬性進行構件編號、構件類型、材料類型、工程數量等相關屬性的擴展（見圖5）。

（4）在CATIA的Drafting模塊下，通過選擇投影面自動出立面圖，通過剖切線位置自動出剖面圖，并且可設置圖幅尺寸、線型顏色、寬度等。BIM出圖的主要優點在于二維圖根據三維模型修改自動更新。

圖4 CATIA裝配模板

圖5 橋墩擴展屬性

（5）自動工程算量結合Engineering Rules Capture模塊和CATIA Automation技術開發，目前所開發的代碼是針對3Dpart零件級別，可實現裝配產品下每一個零件均有對應的工程數量結果。

（6）復雜結構的設計運用碰撞檢查來核算，三維模型能很好地反映出二維圖難以表達的情形，并能有效檢查出構件的碰撞（見圖6）。圖6所示武當山西1號大橋到發線十堰臺與梁體的碰撞，經核實是設計欠缺考慮，缺少曲線布置計算。通過這種方式，能有效地對設計進行復核和檢查，并能盡快反饋給設計者進行修改。

圖6 梁體碰撞顯示圖

3 項目成果

3.1 裝配全橋

在傳統的施工技術交底中受二維圖紙的局限性影響，不同使用者專業知識層次不同，會對圖紙有不同的理解，在實際的工程施工過程中，可能出現對設計圖紙的誤讀現象。利用BIM模型特有的立體、可視、全角度特點，BIM設計成果可以直接指導施工，實現設計的可視化交底［2］。

本項目根據線路專業提供的線路資料創建線路骨架線，然后根據線路骨架線創建墩臺梁定位軸系，最后將梁體、橋墩、橋臺、基礎等參數化構件用軸系對軸系的方式裝配全橋，如武當山西1號大橋（見圖7）和潘鳳溝大橋（見圖8）。

圖7 武當山西1號大橋

圖8 潘鳳溝大橋

武襄十城際鐵路試點項目中，橋梁專業完成了全部BIM設計，BIM模型展示見圖9。

圖9 武襄十城際鐵路橋梁BIM模型

3.2 二維出圖

設計完成的BIM模型可直接生成CAD二維圖紙，用于指導施工。

3.3 工程量

工程量是項目采購與項目概預算的基礎，也是項目投資管理的基礎，BIM自動工程算量結合Engineering Rules Capture模塊和CATIA Automation技術做開發，可實現裝配產品下每一零件均有對應的工程數量統計結果，如武當山西2號中橋工程數量（見表1）。

表1 武當山西2號中橋工程數量

4 結束語

本項目按照合理的技術路線進行實施，克服了BIM技術應用過程中的困難，實現了橋梁部分完全基于達索平臺實現建模、設計，并實現了與歐特克平臺數據交互和模型整合。

03030E1 B0 S1編01碼020104層EB 8級SEB承S名臺稱構件1#墩從基屬礎類型C35材鋼料筋類混型凝土構類承件型臺1數73量.4單m位303030101010201078鉆孔樁1#墩基礎C35鋼筋混凝土樁身200.3m3030301010102027墩臺222.2m303030101010202018混凝土1#墩C35鋼筋混凝土墩身220.2m31#墩C40鋼筋混凝土墊石2m303030101010362#墩442.664m3030301010103017地基及基礎276.464m303030101010301048承臺2#墩基礎C35鋼筋混凝土承臺125.664m303030101010301078鉆孔樁2#墩基礎C35鋼筋混凝土樁身150.8m3030301010103027墩臺166.2m303030101010302018混凝土2#墩C35鋼筋混凝土墩身164.2m32#墩C40鋼筋混凝土墊石2m303030101010463#臺543.04m3030301010104017地基及基礎294.94m303030101010401048承臺十堰臺基礎C35鋼筋混凝土承臺157.14m303030101010401078鉆孔樁十堰臺基礎C35鋼筋混凝土樁身137.8m3030301010104027墩臺248.1m3十堰臺C35鋼筋混凝土后墻158.6m3十堰臺C35鋼筋混凝土前墻36.5m303030101010402018混凝土十堰臺C35鋼筋混凝土軌道板42.6m3十堰臺C35鋼筋混凝土頂帽9.2m3十堰臺C40鋼筋混凝土墊石1.2m303030101025上部3孔0303010102016預應力混凝土3孔簡支箱梁030301010201017預制正線32 m標準簡支箱梁（雙線）C50預應力鋼筋混凝土箱梁1孔030301010201017預制正線24 m標準簡支箱梁（雙線）C50預應力鋼筋混凝土箱梁2孔

BIM技術在武襄十城際鐵路橋梁專業的成功應用具有以下意義：（1）橋梁專業完全基于達索平臺進行建模設計，為實現多平臺利用BIM進行設計提供借鑒指導價值；（2）與其他專業協同設計，推進新的溝通、協調方式；（3）通過項目的實施，加深掌握屬性定制、自動算量、碰撞檢查在BIM設計中的運用。

［1］ 清華大學BIM課題組. 中國建筑信息模型標準框架研究［M］. 北京：中國建筑工程出版社，2011.

［2］ 劉延宏. BIM技術在鐵路橋梁建設中的應用［J］. 鐵路技術創新，2015（3）：47-50.

趙月悅：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，助理工程師，湖北 武漢，430063

責任編輯 苑曉蒙

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1672-061X（2016）03-0083-05