BIM 技術在鐵路路基設計應用分析

沈均

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

0 引言

近年來，隨著我國鐵路行業的快速發展，BIM 技術發揮了非常重要的作用，各個鐵路項目應用BIM 技術進行協同設計、施工建設管理、運營維護管理等，慢慢實現了鐵路工程全生命周期中BIM 技術應用。其中，在各專業中路基BIM 設計比較特殊，結構多樣，與地形緊密結合且大多不規則，橫斷面形式多樣，與其他專業接口較多。因此，鐵路路基工程始終都是鐵路BIM 設計的重點和難點。而開展路基BIM 設計，能夠充分利用高精度三維地形、模型可視化、三維協同等特點，達到設計應用效果。鐵路路基工程BIM 模型包括土石方工程（含基床及過渡段）、邊坡防護、支擋結構、排水工程等內容。利用BIM 協同設計的優勢，比選線路方案、措施優化支擋、專業間接口深化設計，對二維基于橫斷面設計不易發現的問題，提供直觀、準確的優化方案。與此同時，通過三維設計交底，可讓設計階段的信息模型傳遞到施工階段，進而進一步指導施工單位深化施工。

1 BIM 技術簡介

BIM 技術以三維數字技術為基礎，集成建設項目相關信息的工程數據模型。BIM 技術自身的優點眾多，其中包括提高設計產品質量、更符合工程設計的實際情況從而減少因設計問題產生的變更，三維可視化優化設計、施工性能，減少了相互溝通的成本、提高了設計效率等。BIM 技術提供的施工過程設計概念、參數化模型建立不僅能縮短設計周期，同時還可提高設計人員和施工人員的響應能力[1]。應用BIM 技術之后，對需要調整的部位設計人員能夠隨時隨地進行修改，同時也能保持設計和圖紙的協調性、一致性和完整性。此外，項目在規劃及前期設計期間需要溝通、交流和匯報，而聽取匯報方并非均為專業人士，因此，常規的圖紙很難將設計意圖表述清楚，而BIM 技術能夠讓設計人員在互動的三維模型中直觀地展示和闡述項目，讓決策更加科學、高效，以此為數字化施工提供數據依據，進一步促進項目協同管理的實現，有助于建設效率和質量的進一步提升。

2 BIM 技術的應用設計流程

2.1 設計

BIM 技術在鐵路路基設計中的應用，能夠借助Civil3D 軟件與Revit 軟件對項目模型進行組裝。二次開發Revit 軟件，以路基數據庫為核心，最大程度為模型建設質量及效率提供充足的保障。對于內容方面，可以對軟件進行建模設計以及模型出圖等，進而獲取關于鐵路路基的模型。具體的操作流程如下：首先，鐵路路基以模型設計為依據，在放樣設計過程中，依照鐵路沿線道路的實際情況與實際地形交互。因鐵路路基與線路緊密相關，而Revit 軟件沒有線路功能，會致使路基本體的生成產生問題。而Civil3D 軟件可以對線路進行設計，生成與沿線放樣的要素，從而獲取路基本體、附屬結構物模型，并導入數據庫[2]。其次，借助數據庫所存儲的信息對模型進行重建，以數據源信息為依據調取和使用路基系統庫存，對支擋結構、地基處理以及路基邊坡防護等進行設置，在布設期間獲取并統計結構物體的信息數量，借助Revit 軟件對模型進行切剖進而生成剖面圖獲取路基圖，在實際應用中對模型圖進行拼裝以及檢查，借助GIS 系統進行研發管理。最后，可以借助Navisworks 軟件或具有相似功能的軟件展示施工建模，讓設計成果直觀地表現出來。

2.2 軟件應用

基床、本體以及表層等是鐵路路基的本體模型，Civil3D 軟件自身具有裝配功能，因此可以借助此軟件對路基的橫截面進行有效定制，便于軟件對信息的讀取，達到信息識別的目的。放樣期間，需結合實際情況，對電纜槽、路肩、排水溝等進行放樣工作，并將其納入路基數據庫。對于增加支護結構、重力式擋土墻等裝配部件，可以結合具體的情況，在進行操作期間對參數進行調整，生成模型后，更加方便進行過渡管理不同尺寸的相關工作。所以，要二次開發Civil3D 軟件，讓其模板適應功能更加強大，線路模型的創建也能夠更加高效。除此之外，要有效讀取有關參數，才能在設計期間把數據作為依據。而參數來源于不同方面，例如，縱坡以及線路里程等模型信息是通過邊坡和基點坐標獲取的，在進行試用期間，存儲以及使用信息數據可以更加便捷。另外，通過此軟件生成路基模型之后，不僅可以有效提取路塹模型的曲面和剪切地質模型，并且還能夠對各種開挖情況進行模擬，從而計算出土石方的具體數量，然后統計這些數據，為地質與地基的協同設計提供充足的保障[3]。

2.3 建模

為了實現更多的專業建模，需要充分利用BIM 技術進行設計。鐵路路基的設計可以借助Revit 軟件進一步提升優化整合水平，運用Revit 格式設計鐵路路基模型，然后使用Civil3D 軟件制作實體模型。但在實際運用期間，兩者不能同時使用。受到信息等方面缺失的影響，有時難以構建完整的結構模型，會導致融合路基本體模型的過程中產生一些問題。與數據庫技術的讀取方式相同，一方面，借助Revit 軟件并通過參數化信息設計鐵路路基的本體模型，可以實現參數化建模的目的。另一方面，借助Revit 軟件對模型進行二次開發，能夠讓附屬結構物體進行參數化建模以及自動拼裝。除此之外，還能夠在技術允許的范圍內設計路基模型以及路基的三維搭配鋼筋等。為了進一步提高管理成效，三維建模流程如圖1 所示，設計流程及注意事項如下。

圖1 三維建模流程

（1）創建路基模型，路基本體模型的構建可借助Revit 軟件以及數據庫技術，從而確保實際項目工程符合模型設計。在路塹模型邊坡設置薄面，有助于邊坡防護結構模型的設計。Revit 軟件平臺會制約建模，例如，大地坐標不能對原點坐標進行設置，但是相對坐標可以。在建模的時候，要提取模型中心位置的坐標以及轉換角度，在進行編輯期間，要將大地坐標進一步轉化成中心坐標，以便后續的操作。

（2）建立參數化數據庫，借助Revit 軟件平臺，運用參數化功能建立數據庫，把輪廓、支擋結構、構建等不一樣的要素進行分類，相關參數可以通過族庫管理進行調用，以此來進一步優化數據庫資源的使用，確保實現技術資源與技術領域的共享。

（3）可以借助Revit 的開發功能對上述參數進行批量操作，而建筑模型設計質量以及設計效率的提升，可借助拼裝建模實現。例如，借助拼裝建模設計路基邊坡的支擋結構系統以及防護系統等，結合參數化布置路基地基處理樁，能夠進一步提升設計效率。

（4）應用Revit 平臺不僅能夠實現支擋結構配筋、專業化的設計擋板墻等，還可以記錄并統計結構模型鋼筋的具體數量。

（5）管理模型結構時，要依照鐵路路基BIM 技術的相關規定，貫徹落實項目建模和信息，對于IFD 編碼、單元以及模型信息等，可以在數據庫中進行儲存，也可以在模型管理中更改、優化，顯示控制同一批結構件。

2.4 出圖

Revit 軟件的切剖出圖與現代的規范有所區別，不能滿足設計要求，因此，目前多以CAD 出圖為主。二次開發時再使用Revit 對標注進行添加、注重導出，而修改與整理最終出圖統一在CAD 內進行。出圖通過數據完成，所以一定要確保建模信息與出圖模型之間的數據做到同源，出圖時也要對數據庫技術進行再設計。根據工程需要，完成上述流程后運用模型和平臺數據庫，在CAD 上面計算工程量，從而保障施工進度。

3 BIM 技術的應用設計

3.1 鐵路工程選址的應用

由于鐵路工程的規模比較大，總里程數相對較長，因此，在對鐵路路基進行設計時，要根據目的地選擇最佳的工程施工地點。而應用BIM 技術可以使選址更加科學合理，鐵路工程的選址不僅要考慮到施工地形、施工難度，同時還要做好工程的預算造價工作，利用BIM技術的5D 造價分析功能，可以盡可能地將工程造價控制在預算范圍內。應用BIM 技術以及全球定位系統，可以將目的地錄入BIM 技術中，通過BIM 技術把目的地周邊的地勢地形模擬出來，然后，基于BIM 技術對鐵路工程進行選址。

3.2 優化路基結構方案的應用

BIM 技術具備更好的指導能力，可以優化管控鐵路路基結構方案。BIM 技術能夠應用結構碰撞檢測以及漫游檢查，使施工結構方案的審核更加可靠到位，并且三維模式下的結構分析更加精準高效。在自動碰撞施工和人工審核的雙重保障下，可以提升工作人員對路基結構方案的問題識別能力以及科學優化能力。因此，要在管控路基結構方案期間，通過應用BIM 技術提升實際的結構方案優化效果，進而發現結構方案中存在的問題，也可以通過分析結構方案的工程量，為節約施工成本提供精確、高效的方案，進而獲得施工層面上的指導作用。

3.3 邊坡綠化方案比選

為了有效提升鐵路路基施工的邊坡護理效果以及生態綠化能力，在施工期間，需要建立施工綠化方案，充分發揮BIM 技術的三維渲染和場景比選優勢，以三維呈現的方式，進一步提升實際的綠化方案選擇指導能力，讓最終的綠化方案與周圍環境更加協調合理。

3.4 優化排水設計

通過實施三維地形數據、降水量、土地滲透性、流速參數分析等多元分析機制，BIM 技術具有在排水方案設計的基礎上優化經濟指標的能力，同時還可以確保設計方案具備較高的可行性，滿足實際的施工需求。該功能能夠分析施工現場的降水量，建立BIM 技術分析模型，對排水方式以及排水能力進行計算，明確排水方案的施工成本[4]。除此之外，BIM 技術也可以定性分析排水設計，提供專業化、指標化的數據分析進行指導，進而有效提升施工方案的選擇能力。

3.5 設計圖紙檢查碰撞

由于鐵路工程的施工線路相對較長，因此，在鐵路路基設計期間，需要多個設計單位同時進行，還要在固定位置進行工程對接，以此加快鐵路工程的施工速度。但是，如果沒有仔細檢查設計圖紙，很有可能會導致設計圖紙與實際施工存在誤差，從而難以按照設計圖紙進行工程對接。應用BIM 技術后，可以基于BIM 技術搭建設計交流平臺，共享各個設計路段的位置和具體情況，參考其他設計單位的設計內容，促進鐵路路基設計的協調性，避免設計碰撞。

3.6 設計圖紙自動生成

在鐵路路基設計中應用BIM 技術，依靠其強大的三維信息模型功能，能夠構建直觀立體的效果圖，并且還可以基于設計圖紙隨時切換平面、剖面、局部的效果圖，從而打破傳統CAD 技術設計的局限性[5]。

3.7 優化設計方案

優化性是BIM 技術的核心優勢之一，在完成鐵路路基設計后，應用優化功能檢查設計圖紙的各個環節，并計算各施工位置的荷載力、抗震性能等數據，從而為施工方提供最佳的施工材料選擇。除此之外，還可以為設計圖紙中能夠進一步優化的部位提供設計方案，從而讓設計方案更加科學合理。

4 結語

綜上所述，通過采用BIM 技術，以高精度三維地形為基礎對鐵路路基進行三維精細化設計，可以精準、高效地優化路基高陡邊坡、支擋結構設計方案，使鐵路路基設計更為合理。在構建BIM 模型及深化設計的同時，利用三維模型進行技術交底，確保BIM 設計模型向施工階段進行傳遞，能夠充分發揮BIM 模型三維可視化的技術優勢，完成施工工藝模擬，減少工程變更，提升鐵路路基的設計水平以及工程質量。