■ 馬婷婷 吳林 李麗

石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模設(shè)計(jì)應(yīng)用

■ 馬婷婷 吳林 李麗

BIM技術(shù)是未來(lái)鐵路工程設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，結(jié)合寶蘭客運(yùn)專線陜西段石鼓山隧道工程，利用達(dá)索系統(tǒng)中的CATIA軟件，對(duì)石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行介紹。

鐵路工程設(shè)計(jì)；達(dá)索系統(tǒng)；BIM；三維建模；石鼓山隧道

0 引言

20年前的“甩圖板”運(yùn)動(dòng)幫助中國(guó)工程建設(shè)行業(yè)在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了從紙、筆到電腦二維的飛躍[1—2]。三維設(shè)計(jì)BIM技術(shù)是未來(lái)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，它將給中國(guó)的工程建設(shè)行業(yè)帶來(lái)另一場(chǎng)革命。將BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用到鐵路行業(yè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要鐵路設(shè)計(jì)各專業(yè)的通力配合與共同創(chuàng)造，它的實(shí)現(xiàn)不僅僅是一次設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步和更新?lián)Q代，也促使鐵路施工和運(yùn)營(yíng)方式轉(zhuǎn)型，對(duì)整個(gè)鐵路行業(yè)將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[3]。

目前，中國(guó)鐵路行業(yè)中BIM技術(shù)已在一些項(xiàng)目中得到應(yīng)用，如銀川火車站工程[4]、杭州東站工程[5]、合肥南環(huán)線鋼桁梁柔性拱橋工程[6]及陳翔路地道工程[7]等。相比之下，鐵路隧道領(lǐng)域BIM技術(shù)尚在進(jìn)一步研究中。依托

2013G015-B《鐵路工程建設(shè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究——基于BIM技術(shù)的鐵路隧道建設(shè)管理信息化應(yīng)用技術(shù)研究》這一科研課題，結(jié)合寶蘭客運(yùn)專線陜西段石鼓山隧道工程，利用達(dá)索平臺(tái)中的CATIA軟件，對(duì)石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行介紹。

石鼓山隧道位于寶雞市渭濱區(qū)渭河南岸的石鼓鎮(zhèn)楊家山的黃土殘塬區(qū)，全長(zhǎng)4 330 m，為雙線隧道。設(shè)置15處專用洞室、3處無(wú)線直放站設(shè)備洞室及4處電力照明箱變洞室，共計(jì)22處附屬洞室。以電力照明箱變洞室為例，具體介紹其BIM三圍建模的設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 建立模型架構(gòu)

根據(jù)制定的命名規(guī)則，電力照明箱變洞室模型主要由3個(gè)不同截面的初期支護(hù)、二次襯砌、余長(zhǎng)電纜腔、箱變基座、排水盲管、門框墻和后墻構(gòu)成，其中對(duì)每個(gè)截面的初期支護(hù)、二次襯砌及門框墻、后墻結(jié)構(gòu)還進(jìn)行了更一步的細(xì)分，見(jiàn)圖1—圖2。

2 建立骨架信息

根據(jù)骨架設(shè)計(jì)的理念，電力照明箱變洞室在骨架信息中定義了一系列內(nèi)容，包括襯砌厚度、鋼筋直徑等參數(shù)的設(shè)置，與正洞相交里程、洞室軸線、每個(gè)截面的起始位置和終止位置、各個(gè)實(shí)體掃掠的第一環(huán)中心點(diǎn)和平面、箱變基座和通風(fēng)窗口的位置、門框墻及后墻所在位置等（見(jiàn)圖3）。

利用CATIA軟件草圖設(shè)計(jì)的功能繪制了一系列輪廓草圖，包括每個(gè)截面的初支輪廓、二襯輪廓、余長(zhǎng)電纜腔蓋板及底板輪廓、鋼筋網(wǎng)輪廓、鋼架輪廓、二襯鋼筋輪廓、箱變基座輪廓、排水盲管輪廓、門框墻輪廓及后墻輪廓等（見(jiàn)圖4—圖7），為后續(xù)三維實(shí)體模型的生成奠定基礎(chǔ)。

圖1 電力照明箱變洞室模型結(jié)構(gòu)樹(shù)（上）

圖2 電力照明箱變洞室模型結(jié)構(gòu)樹(shù)（下）

圖3 電力照明箱變洞室模型參數(shù)設(shè)置

圖4 電力照明箱變洞室2截面草圖輪廓

3 建立實(shí)體模型

在草圖繪制的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)要求利用CATIA軟件創(chuàng)成式設(shè)計(jì)中的拉伸、掃掠、剪切、接合等功能制作知識(shí)工程模板，再利用知識(shí)工程陣列等功能建立起參數(shù)化的、可聯(lián)動(dòng)修改的隧道三維模型，包括初期支護(hù)（初噴、錨

桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架及復(fù)噴）、二次襯砌（混凝土、主筋、縱筋及箍筋）、箱變基座、排水盲管、后墻（混凝土、橫向鋼筋、豎向鋼筋及箍筋）和門框墻等實(shí)體結(jié)構(gòu)。

首先，根據(jù)草圖輸出并發(fā)布的各截面初噴和復(fù)噴的輪廓，選取對(duì)應(yīng)各截面的引導(dǎo)曲線，通過(guò)實(shí)體掃掠功能，建立電力照明箱變洞室的初噴和復(fù)噴模型（見(jiàn)圖8—圖9）。

其次，分別在不同零件的輸入條件中建立第一環(huán)錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架和鋼筋的模型，利用知識(shí)工程陣列等功能建立起實(shí)體尺寸和間距均可參數(shù)化的所有錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架和鋼筋實(shí)體模型（見(jiàn)圖10—圖14）。

圖5 電力照明箱變洞室3-4截面草圖輪廓

圖6 電力照明箱變洞室5-7截面草圖輪廓

圖7 電力照明箱變洞室門框墻草圖輪廓

圖8 電力照明箱變洞室初噴模型

圖9 電力照明箱變洞室復(fù)噴模型

圖10 電力照明箱變洞室錨桿模型

圖11 電力照明箱變洞室鋼筋網(wǎng)模型

圖12 電力照明箱變洞室鋼架模型

圖13 電力照明箱變洞室二襯鋼筋模型

圖14 電力照明箱變洞室后墻鋼筋模型

然后，根據(jù)二襯混凝土、箱變基座、排水盲管和門框墻的草圖輸出輪廓，選取對(duì)應(yīng)的實(shí)體掃掠起始截面和結(jié)束截面，通過(guò)實(shí)體掃掠、剪切、接合等功能，建立二襯混凝土和門框墻混凝土模型（見(jiàn)圖15—圖17）。

圖15 電力照明箱變洞室二襯混凝土模型（上）

圖16 電力照明箱變洞室二襯混凝土模型（下）

圖17 電力照明箱變洞室門框墻混凝土模型

4 建立模板實(shí)例

建立起規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的電力照明箱變洞室模板之后，利用CATIA軟件知識(shí)工程模板模塊中的文檔模板、超

級(jí)副本等功能可快速生成本里程處電力照明箱變洞室的文檔模板（見(jiàn)圖18），然后利用文檔實(shí)例化功能并設(shè)置合適的輸入?yún)?shù)即可建立起其他里程處的電力照明箱變洞室三維模型（見(jiàn)圖19）。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)將BIM技術(shù)應(yīng)用于石鼓山隧道工程中，使隧道設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的2D向3D、4D轉(zhuǎn)變，可大大提高工作效率，方便技術(shù)交底。同時(shí)，正在研究結(jié)合3D建模、信息融入等BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中的應(yīng)用，以數(shù)字化、信息化和可視化的方式提升設(shè)計(jì)階段的精度和深度，完成施工階段的工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)信息化管理，達(dá)到施工的信息無(wú)縫傳遞、管理協(xié)調(diào)、安全質(zhì)量控制等目的，并使運(yùn)營(yíng)的信息接入、管理監(jiān)控、維修養(yǎng)護(hù)等技術(shù)上升至嶄新的高度，以期真正實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在鐵路隧道全生命周期中的應(yīng)用?？傊?，BIM技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)工程的安全、質(zhì)量、環(huán)境、工期、投資等目標(biāo)提供切實(shí)有效的技術(shù)保障，已取得一些成果，將在以后與各位同仁探討。

圖18 電力照明箱變洞室文檔模板

圖19 電力照明箱變洞室整體模型

[1] 何關(guān)培. BIM：建筑業(yè)的信息革命[EB/OL]. http://www. chinabim.com/school/whatisbim/2008-12-21/ 90.html，2008-12-21.

[2] 何關(guān)培. BIM總論[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] 朱江. BIM在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(10)：104-108.

[4] 高永剛，李光金，董智力，等. BIM技術(shù)在銀川火車站工程中的應(yīng)用[J]. 土木建筑工程信息技術(shù)，2010(9)：72-75.

[5] 高永剛，李光金. 基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站中的應(yīng)用[J]. 土木建筑工程信息技術(shù)，2010(12)：55-58.

[6] 唐國(guó)武，王偉，杜伸云，等. BIM在合肥南環(huán)線鋼桁梁柔性拱橋施工中的應(yīng)用[J]. 土木建筑工程信息技術(shù)，2011(12)：76-81.

[7] 陳威，秦雯. BIM在陳翔路地道工程中的應(yīng)用[J]. 土木建筑工程信息技術(shù)，2012(6)：88-93.

馬婷婷：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，工程師，四川 成都，610031

吳 林：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，工程師，四川 成都，610031

李 麗：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，工程師，四川 成都，610031

責(zé)任編輯苑曉蒙

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1672-061X（2014）05-0059-05

鐵路工程建設(shè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究資助項(xiàng)目（2013G015-B）。