基于BIM的鐵路車輛-無砟軌道護軌性能分析

劉沛 陳衛國 張耀

中鐵二院工程集團有限責任公司，成都610031

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術在鐵路工程設計領域發展迅速，各專業正逐步實現完全或部分BIM正向設計。伴隨設計環境與設計內容的三維化進程，對設計方案性能的校核分析工作也應實現空間可視化?；贐IM平臺和BIM模型在三維環境中直接對設計模型開展三維仿真計算分析是當代軌道交通領域數字化設計階段的關鍵手段之一［1］。

目前國內外多用剛體動力學理論分析脫軌后無砟軌道的護軌性能，忽略了車輛與鋼軌的柔性變形和軌道板自身的撓度，導致仿真結果與實際運動狀態相差較大［2-3］。從有限元角度出發，將BIM模型離散為全尺寸有限元模型，可以降低仿真模型與實際狀態的差異。利用動態非線性有限元方法解決運動和變形問題，可以使列車在脫軌后撞擊軌枕塊及護軌過程中的傳力過程和運動狀態具有真實的柔性體本質，從而提高鐵路工程BIM三維設計的效率和準確性［4-5］。

本文選取某高速鐵路雙塊式雙線直線無砟軌道護軌段BIM設計模型為研究對象，以某市域列車頭車車輛作為脫軌車輛來分析護軌的防護性能，通過創建基于BIM模型的無砟軌道-車輛有限元脫軌分析模型，設置基于歐洲標準EN 15227—2020《Railway Applications—Crashworthiness Requirements for Rail Vehicles》［4］和國內外列車脫軌事故［5］的脫軌場景和邊界條件，利用LS?DYNA軟件對該護軌結構的防護性能和設置方案進行仿真，研究軌道的護軌結構對車輛的保護作用和自身的力學響應。

1 脫軌分析理論

車輛在脫軌后與軌道結構發生碰撞，通過鋼軌和車輛自身的變形及兩者之間的摩擦來消耗動能。……