黃瑩

摘要：目前建設(shè)領(lǐng)域在大力推進BIM技術(shù)，然而對于鐵路工程而言，BIM技術(shù)推進的基礎(chǔ)——鐵路BIM模型的建立尚缺基礎(chǔ)，束縛了行業(yè)BIM技術(shù)的推進。文章以REVIT軟件為建模平臺，對工程整體模型的建設(shè)流程進行分析并對工程中形態(tài)結(jié)構(gòu)復雜的構(gòu)件進行參數(shù)化自定義族的創(chuàng)建，建立了一套適用于鐵路工程框架涵頂進工程的參數(shù)化族庫。

Abstract： At present， BIM technology is vigorously promoted in the construction field. However， for railway engineering， the foundation of BIM Technology， the establishment of railway BIM model is still lacking， which restricts the promotion of BIM technology. The article uses REVIT software as a modeling platform to analyze the construction process of the overall model of the project， create a parametric custom family of components with complex shapes and structures in the project， and? establish a set of parametric family library suitable for the jacking project of railway engineering frame culvert.

關(guān)鍵詞：BIM;涉鐵工程;參數(shù)化;族庫

Key words： BIM;lnvolving iron project;parameterization;the family library

中圖分類號：TU756;TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）32-0148-03

0? 引言

目前就國內(nèi)來說，大部分BIM仍處在起步階段，且大部分應(yīng)用在房建領(lǐng)域，對于交通工程和鐵路工程的應(yīng)用相對較少，但2016年鐵道統(tǒng)計公報數(shù)據(jù)表明，截止年底，全國鐵路新建成3281km，固定資產(chǎn)總投資8015億元，其中建成高速鐵路1903km[1]。程馬遙、曾洋等人通過建立地鐵族文件數(shù)據(jù)庫來對施工方案進行優(yōu)化[2]。王曉東、喻鋼等人利用盾構(gòu)管片旋轉(zhuǎn)角度及盾構(gòu)管片到參考點距離進行參數(shù)相關(guān)處理來建立盾構(gòu)隧道管片的設(shè)計[3]，薛艷萍、劉云鑫等人利用REVIT族編輯器強大的功能對蜂窩梁族進行參數(shù)化設(shè)計[4]。BIM模型的核心技術(shù)是參數(shù)建模，參數(shù)化建模將會成為未來建筑設(shè)計信息化發(fā)展的核心[5]。然而，針對鐵路工程族庫尚未有體系性的建立。缺乏鐵路工程的應(yīng)用族庫，將極大限制鐵路工程領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用。基于此，本文側(cè)重結(jié)合鐵路工程常見組成，基于REVIT平臺進行鐵路工程常見族庫的系統(tǒng)建立。

1? 鐵路工程族庫的建立

將BIM技術(shù)引進鐵路工程以加強工程信息的管理，在建立相關(guān)項目模型的基礎(chǔ)上，輸入設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方等各方所需的信息，并做到信息及時傳遞，實現(xiàn)協(xié)同合作，提升項目效率和效益，這是目前鐵路工程BIM應(yīng)用的需求，但是BIM應(yīng)用若無BIM模型作為基礎(chǔ)，則缺乏管理載體，無法實現(xiàn)。

由于鐵路工程體系龐大，不僅涉及鐵路橋梁工程、路基工程、溝涵排水工程、隧道工程等附屬工程，而且各構(gòu)件規(guī)則程度低，構(gòu)造繁雜，且線路線型多變，線路涉及里程長，因此鐵路工程的BIM模型建立難度較高。目前鐵路工程BIM模型的建立與研究尚處于起步階段。本文結(jié)合下穿鐵路涉鐵工程及其施工工藝，側(cè)重以REVIT為平臺，建立一個適用于鐵路工程的、可調(diào)整又具有一定通用性的族庫，為實現(xiàn)鐵路工程BIM模型快速建模提供參考。

1.1 建模分析及流程建立

1.1.1 涉鐵工程工藝分析

下穿鐵路涉鐵工程施工在保證正常通車的前提下，進行相關(guān)線路的施工，因此其施工工藝需要考慮對現(xiàn)有鐵路路線的加固，包括施工便梁的架設(shè)、灌注支撐樁以及樁基擋土墻、拉桿施工、土方開挖以及框架涵施工及頂進施工等內(nèi)容。

下穿鐵路框架涵頂進工程首先要開挖管線孔樁使用便梁對既有鐵路進行加固、分層開挖掛板支護基坑，分地板、邊墻、頂板三部進行框架涵現(xiàn)澆，然后回填基坑。因此下穿鐵路段施工都會涉及到鐵路、施工便梁、支撐樁、樁基擋土墻、拉桿、框架涵等眾多結(jié)構(gòu)復雜的構(gòu)件。要建立相關(guān)BIM模型，必須先建立完成相關(guān)工藝流程的各構(gòu)件模型。

1.1.2 基于施工工藝的族庫建模分析

根據(jù)對涉鐵工程工藝分析，下穿鐵路涉鐵工程所涉及到的構(gòu)件包括鐵路、施工便梁、支撐樁、樁基擋土墻、拉桿、框架涵構(gòu)件。文章按照構(gòu)件的三維尺寸將構(gòu)件分為規(guī)則構(gòu)件和不規(guī)則構(gòu)件，文章中的規(guī)則構(gòu)件是指能在REVIT中直接使用現(xiàn)成族庫的構(gòu)件，而不規(guī)則構(gòu)件則是指形態(tài)各異的空間曲線結(jié)構(gòu)，往往這類結(jié)構(gòu)在REVIT中無法在不運用自建族的情況下建立出相應(yīng)的模型。因此文章鐵路、施工便梁這兩類不規(guī)則構(gòu)件進行自定義族庫的建立，支撐樁、樁基擋土墻、拉桿、框架涵構(gòu)件則屬于規(guī)則構(gòu)件，在文章中不再對其模型的建立進行描述。

1.1.3 建模流程分析

獨立完成構(gòu)件族庫建立后，還需要結(jié)合族庫建立適用于鐵路工程項目的BIM模型。由于鐵路工程體系龐大且線路里程長，因此結(jié)合施工流程來搭建BIM模型。

首先對施工現(xiàn)場的地形進行高程的定位，然后對既有鐵路進行繪制，隨后按照施工流程對樁、擋土墻、施工便梁以及框架涵的繪制來完成整體模型的搭建。具體搭建流程如圖1所示。

1.2 族庫創(chuàng)建分析

將鐵軌拆分為軌枕和連接部件、鋼軌和連接部件兩個部分，因為不同鐵路段軌枕之間的間距和軌枕型號不同，而連接部件細小且結(jié)構(gòu)復雜所以將其建立軌枕、鋼軌族內(nèi)以便于連接處的搭接。

將施工便梁中的U型扣和橫縱梁拆分為兩個族，因為橫縱梁和U型扣有不同的型號需要分別進行參數(shù)化建族來充分利用REVIT中僅改變參數(shù)而得到新尺寸的自定義參數(shù)化族的功能。

1.2.1 鋼軌及連接部件族

對于鐵軌族的鐵軌與軌枕之間的防爬構(gòu)架數(shù)量較多，并且位置變化，不能采用陣列的方法，而BIM旨在簡化工作，提高效率。所以采用將防爬構(gòu)建與軌枕一起建立在同一個族中，不僅減少工作量，還能減少布置軌枕時出現(xiàn)的誤差。

鋼軌連接件中含有許多螺絲、螺母、工字鋼、鋼絲等小構(gòu)件纏繞組成，如果分開建族在項目中采用拾取線的方式布置時容易發(fā)生構(gòu)件錯位等現(xiàn)象，為解決這一問題采用將連接件繪制在一個自定義族中，將連接件的族載入鋼軌整體族中形成嵌套族，從而避免構(gòu)件之間發(fā)生錯位現(xiàn)象。

1.2.2 軌枕及連接部件族

由于不同鐵路段之間的軌枕間距不同，為了更加高效、便捷繪制出軌枕，需要將變化的軌枕距離參數(shù)化。鋼軌是分段繪制且不在同一直線上，所以軌枕的布置不能簡單的使用陣列的方式，為解決這一問題，最終采取創(chuàng)建自定義族的方式創(chuàng)建軌枕族。不同的族模板具有不同的特性，對于族模板的選擇至關(guān)重要，本次選擇基于線的公制常規(guī)模型。在族中根據(jù)要求設(shè)置軌枕間距參數(shù)，用尺寸標注將軌枕間的距離標注出來，然后給所標注的尺寸添加參數(shù)。不同尺寸標注的參數(shù)可以自行命名，但要避免相互之間重復不清。

軌枕與鋼軌結(jié)合處的彈條、橡膠墊板以及連接螺絲與軌枕建立在同一個族中，來避免繪制鐵路是造成連接部件丟失并減少人工重復繪制的工作量。

1.2.3 參數(shù)化便梁族

選用“公制結(jié)構(gòu)框架——梁和支撐”模板，用拉伸命令，在左視圖中繪制橫截面并設(shè)置參數(shù)上下板厚40、翼緣寬100、腹寬12、長480、間距125、高1220，設(shè)置為類型參數(shù)，規(guī)程為公共，參數(shù)分組為尺寸標注。將便梁的兩端鎖定在參照平面桿件左右兩端。

將尺寸標注添加參數(shù)后，組類型尺寸標注分類下出現(xiàn)添加長參數(shù)，相關(guān)人員可以更改相應(yīng)的數(shù)據(jù)得到同類族，從而提高工作效率。用同樣的方法可以添加標識數(shù)據(jù)、材料和裝飾參數(shù)。

施工便梁上間隔的有孔擋板零件建立一個族，定義相關(guān)尺寸、材料等相關(guān)參數(shù)后載入項目中，由于施工便梁是一條直線所以可以采用陣列命令間隔布置。

1.2.4 U型扣族

根據(jù)線路加固方案中設(shè)計要求，橫梁與邊縱梁之間采用U型扣連接。線路加固縱梁采用不同型號施工便梁，首先使用拉伸命令畫出四根工字鋼，然后同樣使用拉伸命令拾取垂直于拉伸方向參照平面后畫出上部鋼板和螺栓。最后切換參照平面畫出U型鋼筋。

2? 實例分析

2.1 工程概況

柳州市航二路延長線工程，西起柳工大道西側(cè)規(guī)劃道路路口，東至柳邕路與航二路相交路口，道路呈東西走向，框架采用2*12.5m連續(xù)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架全寬27.7m，雙向四車道。其中HYSG2標段擬建隧道長680.706m，其中214.98m下穿柳州南站編組場四場道岔咽喉區(qū)，涉及17組道岔和21股道。

既有線路情況：航二路延長線框架下穿西聯(lián)線交點里程為K536+393.89，下穿柳南四場段道岔區(qū)。

2.2 族庫的應(yīng)用

以柳州市航二路延長線工程為例，首先建立鋼軌及連接部件族，選擇基于線的公制常規(guī)模板，使用拉伸命令畫出鐵軌然后使用嵌套族制作出鋼軌連接件。畫出鐵軌的長度，并添加長度參數(shù)。然后建立軌枕及連接部件族，選用“基于線的公制常規(guī)模型”，定義軌枕定義軌枕之間的距離參數(shù)。根據(jù)實際尺寸建立參數(shù)化便梁族。對于U型扣族的創(chuàng)建首先使用拉伸命令畫出四根工字鋼，然后同樣使用拉伸命令拾取垂直于拉伸方向參照平面后畫出上部鋼板和螺栓，最后切換參照平面畫出U型鋼筋。U型扣族的建立過程中最有難度的部分在于參數(shù)化，U型扣結(jié)構(gòu)之間約束情況過于復雜。需要人員進行嚴謹?shù)暮怂?，保證參數(shù)化結(jié)果可驅(qū)動。

首先將制作好的軌枕及連接部件族、鋼軌及連接部件族、參數(shù)化便梁族、U型扣族載入到項目中，在項目中導入CAD底圖，二維圖紙中的鐵路是由分段直線構(gòu)成。所以在繪制鋼軌時可以使用拾取線命令這樣就能高效繪制出鐵路中鋼軌。然后布置軌枕，后采用同樣的方法布置軌枕，在布置軌枕時設(shè)置好軌枕的間距參數(shù)。為了避免在布置過程中防爬構(gòu)架在軌枕和鐵軌之間錯位，在建立軌枕族時需要將軌枕與兩端的防爬構(gòu)件打組。完成鐵路的會之后可使用REVIT中的系統(tǒng)族繪制出樁、鋼筋、擋土墻等，然后在樁上繪制出施工便梁采用四種類型工字鋼，部分地段需要設(shè)置中縱梁，絕大多數(shù)地段采用吊式（縱梁在橫梁之上），東頭第一次加固部分地段為防止縱梁超限采用抬式（縱梁在橫梁之下），橫縱梁間使用U型扣連接。如圖2所示。

根據(jù)建模流程分別對地質(zhì)實體、鐵路、樁以及內(nèi)部鋼筋、擋土墻、施工便梁、框架涵等進行繪制，建立出整體模型。

3? 結(jié)語

文章通過REVIT創(chuàng)建適用于鐵路段施工參數(shù)化族庫，從而建立一個適用度高并且能真實反映施工現(xiàn)場的BIM模型，使之能滿足鐵路工程信息化建設(shè)的需要，參數(shù)化族庫的建立攻破了復雜外形建筑的施工難題。針對鐵路工程的構(gòu)成，建立了包括鋼軌、軌枕、施工便梁以及連接部件在內(nèi)的族庫。通過該族庫在航二路延長線框架下穿鐵路工程的應(yīng)用，能夠更有效的建立相應(yīng)的鐵路BIM模型，為設(shè)計、施工管理提供了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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