BIM技術在隧道III型軌道板中的應用研究

(中鐵三局集團有限公司 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和寶山鄉境內，全長13927.78m，結構形式為單洞雙線。全隧共設四個輔助坑道，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)，加上進口共計7個作業面施工。承建正洞全長為3790米的陳屋斜井采用雙車道設計，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，層理及節理較發育，其中III級圍巖2710米，占整個施工工點洞身圍巖的71%。

隧道結構復雜，設計工作難度巨大，在以往的設計施工中，受到實際設計水平的限制，設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[1]。相比之下，通過BIM技術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BIM技術在隧道Ⅲ型軌道板中的應用研究[2]。

二、利用Revit建立III型軌道板模型并與萊卡CPIII測量系統對接

(一)Ⅲ型軌道板尺寸

BIM技術應用的基礎是建立三維信息實景模型，本研究的三維實體模型是通過將隧道施工項目上所采用的全部二維信息(圖紙信息)轉化而來的，它將整個隧道建設項目上的全部信息(包括土木、材料、施工等)融合到模型所在的數據庫中。根據項目提供的曲線要素表，計算標段內CRTSⅢ型板有關空間技術參數(即任意里程處斷面結構盡寸、坐標及標高信息)。利用Revit建模平臺，根據設計圖紙建立本標段CRSTⅢ型板參數化土建及鋼筋模型，基于這樣的參數化信息實景模型，想要獲得任意斷面的結構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距離、坐標、標高在內的大量信息。審定現場施工圖紙及施工參數。

由我國自主研發且具有自主知識產權的CRTSⅢ型無砟軌道板是帶擋肩的新型單元板式無砟軌道結構。主要組成部分包括：預制軌道板、扣件、配筋的自密實混凝土(自流平混凝土調整層)、鋼軌、中間隔離層(土工布)、限位擋臺和鋼筋混凝土底座。軌道結構整體高度為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中根據上述尺寸和設計圖紙先繪制出長寬高分別為5600mm、2900mm、200mm的軌道板底座板，且結合設計圖紙預留出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

萊卡CPⅢ測量系統以其準確的信息采集、快速的模型建立、通過形象立體的方向展示空間信息等優勢深受全球專業人士的追捧。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系系統獲取軌道板定位基準點的坐標，再根據萊卡CPⅢ測量系統所獲取的軌道板定位基準點的坐標，實現測量獲取的基準點坐標數據與Revit模型坐標數據的粗配準；然后采用改進的ICP算法最終實現測量獲取基準點坐標數據與Revit模型坐標數據的精確配準。基于Revit的二次開發平臺實現和萊卡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

風險識無砟軌道施工物流通道模型使用3Dmax軟件進行建立，在3Dmax中根據實際尺寸預先繪制出施工人員、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型板軌道板模型導入到3Dmax中。在3Dmax的正視圖工作界面，將預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，點擊新建空場景，設置一個新的空場景，按住鼠標右鍵，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到百分之一百位置，在選定對象中選擇自動關鍵點，按住鼠標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，點擊播放圖標查看播放的效果，根據播放效果調節播放速度。播放效果達到要求之后，點擊渲染圖標將點擊范圍的點勾選上，拉動下滑在渲染輸出位置點擊文件，并將輸出的文件格式設置為AVI，使模型渲染后輸出。

圖1 軌道板結構圖示

圖2 軌道板模型導入3Dmax效果圖

四、基于施工進度成本進行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行的4D進度控制中，從而可在施工建設過程中的各階段做到精準的成本動態投入，依據實際上建設項目進展情況不斷調整資金在不同時期、不同階段的投入規劃，從而可充分利用資源實現自身時間價值，進而實現資源的有效節約以及成本的充分利用。

項目針對關鍵業務的管理是基于一個5D關系數據庫的數據，分別包括：3D+1D(時間)+1D(成本)，一方面是一個完整的3D數字信息模型，另一方面也是協同管理平臺和關系數據庫，保證數據同步，確保所提供數據源的統一性。這5個D之間是相互聯系的，通過BIM平臺可以實現他們之間邏輯關系的整合，在項目建設階段對項目進度和成本進行管理，實現在建模建立的3D，再加上管理2D以到達5D的效果。在施工過程中，運用BIM對施工時間和成本進行控制，以達到節約成本，優化資源，減少資源浪費，實現綠色施工的目的。

(二)5D成本控制的實現過程

在項目建設之前，可以根據實際情況擬定不同的施工建設計劃，例如總體施工規劃，每階段施工規劃，將不同階段的施工規劃和該階段的模型進行如下圖所示的相互關聯，建立信息管理數據庫。同時，通過將總體項目建設規劃或者每階段項目建設規劃與所對應的施工模型進行相互聯系，施工技術人員就可以精確的清楚包括每天的施工進度在內的多種施工信息。通過BIM平臺對整個項目做總體運營規劃，并得出大量的直觀數據作為方案決策的支撐。更新、維護工程BIM模型及應用平臺；施工過程中需要設計變更、人員設備變化時，應根據項目實際，及時修正模型、維護平臺信息。基于DELMIA的施工仿真技術，制作CRTSIII型施工工藝動畫，指導現場施工[4]。

五、結論

本文通過Revit建立III型軌道板模型并與萊卡CPIII測量系統對接，實現了二維圖紙的三維立體化且實現測量系統與模型的互通性；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；通過基于施工進度的BIM5D成本控制，以達到控制成本，最大限度利用資源，減少資源的浪費，進而實現綠色施工建設的目的。