基于bim技术的铁路隧道建模方法研究

·188·价值工程基于BIM技术的铁路隧道建模方法研究ResearchonModelingMethodofRailwayTunnelBasedonBIMTechnology吉昊淤JIHao曰刘志博于LIUZhi-bo（兰州交通大学土木工程学院，兰州730070）（SchoolofCivilEngineering，LanzhouJiaotongUniversity，Lanzhou730070，China）摘要院为了更好地运用BIM技术在隧道行业中，文章基于实际项目，按照隧道结构类型，在Revit中进行洞门、洞身、排水槽等主要组成部分的参数化建模，并完成各模型间的拼接工作，后利用Lumion软件对隧道模型进行三维漫游展示，为BIM技术在隧道行业中的应用提供了一种思路。Abstract:InordertomakebetteruseofBIMtechnologyinthetunnelindustry,basedontheactualproject,accordingtothetunnelstructuretype,thispaperperformestheparametricmodelingofthemaincomponentssuchastheholedoor,theholebodyandthedrainagechannel,andcompletesthemodelsinRevit.Afterthesplicingwork,theLumionsoftwareisusedtodisplaythetunnelmodelinthree-dimensionalroaming,whichprovidesawayofthinkingfortheapplicationofBIMtechnologyinthetunnelindustry.关键词院BIM；隧道模型；三维漫游Keywords:BIM；tunnelmodel；three-dimensionalroaming中图分类号院U459.1文献标识码院A文章编号院1006-4311（2020）01-0188-030引言近年来，随着现代计算机技术和互联网的发展，大大提高了现代交通建设的要求标准，推动土木工程行业整体进步。为了满足施工项目的复杂多变，BIM技术应运而生，它不仅能将项目的实际信息转化成数字模型，还能在项目的生命周期中，有效的进行控制和资源共享。目前，BIM技术已经在建筑、机械等行业得到了迅速的发展，并取得了一定的成就，然而在铁路行业中与其相比，仍还相差甚远。中国铁路总公司及时认识到铁路信息化的重要性，于是在2013年5月召集了各大铁路设计院围绕“铁路BIM应用技术”进行研讨，确定了未来BIM技术在铁路应用的目标，这标志着中国铁路信息化进入了一个全新的发展阶段。1项目介绍隧道所处地区位于陕西省延安市延川县关庄镇甄家湾，双线高速铁路隧道，全长4750m。该地区的坡度较大，隧道进出口坡度约20毅，地形起伏明显，中间地势高于两端地势。隧道所处的地质为黄土地区，土体松散，结构疏松，隧道施工时要将强防护和排水措施，防止黄土下陷等危害。根据当地气象局的统计，该地区平均气温9.7益，夏季最高40益，冬季最低-23益，年降水量550mm。2隧道方案比选2.1洞门选择隧道洞门形式的选择是根据山体的纵向压力和地形坡度、地质条件所决定的，在铁路隧道中主要有以下几种洞门形式进行选择，如表1所示。由于甄家湾地区的地形较陡，受地形条件的限制，且修建隧道较长，应采用柱式洞门作为隧道洞门。2.2衬砌构造隧道开挖后破坏了原来的地层结构，容易引起洞穴的变形或塌方。为了防止危险的产生，需要在隧道的圆形表面上用混凝土等材料构造永久性的支护结构，这种结构就要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要表1隧道洞门类型洞门形式挡墙式隧道门明洞门凸出式工程实例环框式洞门、端墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜交式洞门、耳墙式洞门等拱形明洞门、棚式明洞门凸出式正（逆）削竹式正（逆）喇叭式叫做隧道衬砌。对于不同的围岩类型可以采用不同的衬砌形式。在高速铁路的隧道衬砌中大多为复合式衬砌，如图1所示，所以在本隧道用也采用复合式衬砌。初次衬砌时采用喷锚支护，其优点是支护作用快，能与围岩紧密贴合，从而在加固围岩的同时，使围岩更好的发挥自承作用。二次衬砌采用混凝土衬砌，防止外层风化，使表面平顺光滑，外观视觉较好，提高给人的安全感。图1复合式衬砌2.3桥隧与隧道连接铁路中的各工程建筑物都是相互关联的，隧道也不可能只是一个独立的工程，需要与其它工程建筑进行对接。在甄家湾隧道中就存在桥隧连接的安全问题，为保证工程的可靠性，缓坡地段需要在桥隧连接处放置隧道口过渡板，提高列车通行时的稳定性。陡坡地段往往存在卸载问题，为了防止后期运营时水平荷载引起的卸荷裂缝，施工时需将桥台延长跨过裂缝带，进入隧道内部，从而减小裂缝的影响。3BIM建模作者简介院吉昊（1994-），男，哈萨克族，哈萨克斯坦阿克托别州人，兰州交通大学硕士生，从事铁路选线设计相关研究。3.1建模方法研究ValueEngineering在BIM平台中的多种软件中，使用Revit进行建模，·189·性，还可以自由选择模型的使用材料，在此设计中，洞门和其具有结构设计和结构模型的强大工具，可以将复杂模型进行参数化处理，并且Revit也是在BIM化设计中应用最为广泛的建模软件。一个完整的隧道模型并不是一步构建而成的，需要将隧道拆分成洞门、翼墙、排水孔等，然后在Revit中建族拼接，构建出一个完整的隧道模型。建模方法如图2所示。图2建模流程3.2洞门建模在使用Revit进行建模之前，通常需要进行环境的选择，也就是根据各专业要求打开不同的样板文件，在本项目中打开的是“结构样板”。建模环境选择完成后，将CAD文件导入Revit中，使用“拾取线”工具构建一个封闭的洞门区域，然后根据侧面图的具体参数要求，对洞门进行厚度的调整。对排水沟、翼墙等模型的构建也是按上述方法进行操作，但要注意模型在左右立面的放置。由于隧道排水孔比较特殊，需要手动进行空心拉伸。如图3所示。图3部分模型3.3洞身放样洞身模型的构建与前文中的方法不太一样，因为完整的隧道模型中含有曲线地段，如果使用拉伸功能则不能与实际线路走向相一致，所以为了满足线路走向的要求，需要在Revit利用原有的隧道路线进行二次路径绘制。具体操作如下：CAD首先，的放样轮廓进行编辑；线路图，注意单位为新建族并在楼层平面的参照标高中插入最后，cm利用；然后，Revit在右立面中载入隧道中的“绘制路径”工具，使用拾取线对已有线路上的各段路径进行拾取，注意在拾取时需要按住shift键，不然得不到一条完整的曲线线路。最终洞身样式如图4所示。图4洞身样式3.4模型参数化在模型构建过程中，需要按照设计要求进行各项参数的调整，参数主要分为两类，一种是几何元素间的连续几何信息，这种参数固定。另一类是模型的各种尺寸值可以人为的进行调整，称为可变参数。通过Revit中的“添加参数”工具，对模型进行参数化处理。为了提高模型的真实洞身都选用C30混凝土作为建筑材料。3.5项目构建通过上文已经完成了隧道整体模型的构建，但单独的隧道模型不能体现工程项目的实际性，所以为了能够更好的表现隧道所处地区的地质和地形信息，需要在Revit中建立地形模型。具体操作就是将只含等高线图层的CAD文件导入Revit中，进行曲面的创建并为其添加材质参数信息，5所示。随后将已经建好的隧道模型插入地形模型中，如图图5隧道模型的放入4BIM模型的三维漫游3DLumion作为一款强大实时表现软件，不仅能够制作换。动画，还可以导入已有模型进行材质和场景模型的更Lumion其最大的优点在于它能短时间制造出惊人的建筑可视化效果，为设计者节省时间和金钱，使工程项目人员更直观、形象的了解工程物全貌。具体操作如下：在制作三维漫游时需要注意，由于隧道长度达4km，计算机显卡、CPU难以承受，所以需要进行比例的缩小。最后使用Lumion中的录像功能进行漫游，完成动画的制作，如图6所示。图6隧道三维漫游5结论本文基于实际项目，根据地质情况进行隧道洞门和衬砌方案的选择，并分别介绍了桥隧在不同坡度时连接的两种方案，随后利用Revit软件构建三维隧道模型，并通过三维漫游软件直观地展示了建筑物细部结构。相对于传统的二维图纸而言，三维模型不仅能提高项目的工作效率，还能减少施工错误，更好地提高项目的可靠性。参考文献2001[1]：易思容院.铁路选线设计[M].成都：西南交通大学出版社，2014[2]119-124.：127-139.何发亮.隧道工程地质学[M].成都：西南交通大学出版社，·190·价值工程重载交通病害分布规律及成因分析DistributionLawandCauseAnalysisofHeavyTrafficDiseases范钊FANZhao曰曹佳伟CAOJia-wei曰沈燕SHENYan曰伏伟俐FUWei-li（扬州大学建筑科学与工程学院，扬州225127）（CollegeofCivilScienceandEngineering，YangzhouUniversity，Yangzhou225127，China）摘要院根据气候条件、结构形式和交通组成特性，选取京沪高速具有代表性的重载路段，进行病害统计，分析病害所占比重选取具有代表性的典型病害，为分析得出重载交通条件下病害的发展规律及其成因，从重载交通、路面结构、环境条件、养护措施方面进行讨论。在此基础上，为重载交通沥青混合料设计和路面结构设计提供一定的参考依据。Abstract:Accordingtotheclimateconditions,structuralformsandtrafficcompositioncharacteristics,thispaperselectstherepresentativeheavy-dutysectionsofBeijingShanghaiExpressway,carriesoutdiseasestatistics,analyzestheproportionofdisease,selectstherepresentativetypicaldisease,andanalyzesthedevelopmentlawandcausesofdiseaseunderheavy-dutytrafficconditionsfromtheaspectsofheavy-dutytraffic,pavementstructure,environmentalconditionsandmaintenancemeasures.Onthisbasis,itprovidessomereferenceforthedesignofheavytrafficasphaltmixtureandpavementstructure.关键词院重载沥青路面；病害成因；车辙；横缝Keywords:heavy-dutyasphaltpavement；causeofdisease；rutting；transversejoint中图分类号院U414文献标识码院A文章编号院1006-4311（2020）01-0190-030引言随着我国经济的持续高速发展和客、货车运量的持续增长，重载、超载车辆迅速增加，重载交通下的沥青路面已无法保证其路用性能，路面的使用寿命和服务性能严重缩短。重载交通在国际上叫重任务交通，通常指道路通车后累计标准当量轴次与混合交通量（车辆数）之比远远超过[1]一般水平，其表现形式为超载、超限，重载交通与规范界定的重交通有很大区别，有两方面含义：一是车辆轴载大，胎压高；二是交通量大，货车比例高。沥青路面损坏的形态因自然环境、级配组成、结构层组合形式、路面荷载、施工控制及养护条件等因素而各有不同[2]，主要包括车辙、拥包、泛油、推移、波浪、裂缝及沉陷等各种类型的变形以及坑槽、麻面、松散、冻胀、翻浆等现象[3]。钱国平总结出重载交通沥青路面结构的主要损坏类型为车辙和横向裂缝等[4]。在行车荷载和自然环境因素的共同作用下，路面发生了各种损坏现象。这些病害有时单独出现，有时几种形态共同出现。本文根据气候条件和交通组成特性，选取京沪高速代表重载路段，统计分析病害结果，选取典型病害，分析在重要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要课题项目院2018年扬州大学研究生实践创新计划项目（XSJCX18_053）；2018年扬州大学研究生实践创新计划项目（XSJCX18_054）。作者简介院范钊（1995-），男，江苏靖江人，硕士研究生，研究方向为道路工程材料。载交通条件下病害的发展规律及其成因。1主要病害统计1.1重载路段选取重载代表路段的选择主要考虑京沪高速沂淮江段气候条件及交通组成特性，具体选取原则如下：淤路段的气候条件、路面结构、重载现象等特点应具有一定的代表性；于路面建成通车时间在3年以上；盂该路段的病害应基本涵盖沥青路面的主要病害。根据上述选取原则，在沭阳北—沭阳南段、宝应—界首段两个重载路段中分别选取历年来养护频繁的路段进行分析（在2010年进行了大中修养护），即代表路段1和代表路段2，见表1。表1代表路段具体情况代表路段代表路段1代表路段2桩号K756+060~K760+346K893+637~K896+951方向双向双向1.2主要病害统计1.2.1代表路段1（K756+060~K760+346）统计2001~2016年代表路段1病害破损面积，其各类病害所占比例如图1所示。调查发现该路段沥青路面损害包括横缝、纵缝、车辙、网裂、坑塘等。由图1可知：代表路段1的病害以裂缝类为主。1.2.2代表路段2（K893+637~K896+951）[7]于淼.BIM在铁路设计中的应用[J].交通建设与管理，2014（20）：201-202.[8]李君君.基于BIM理念的铁路隧道三维设计技术研究[J].现代隧道技术，2016，1：6-10.[9]徐骏.BIM在铁路行业的应用及其风险分析[J].铁道工程学报，2014，186（3）：129-133.[10]许东风，杨建群.采用新奥法的隧道BIM施工模拟研究与应用[J].施工技术，2019，48（6）：30-35.[3]陆海燕，钟铁夫，王秀文.基于BIM的框架结构参数化设计研究[J].土木工程信息技术，2015，7（5）：107-112.[4]李宇翔.浅析城市山岭隧道选线方案设计[J].工程建设与设计，2019，8：96-97.[5]何波.BIM多软件实用疑难200问[M].北京：中国建筑工业出版社，2016：98-185.[6]陈杰.铁路山岭隧道BIM设计应用研究[J].铁道勘测与设计，2017，1：13-16