基于BIM的鐵路工程族庫(kù)的建立及應(yīng)用

黃瑩

摘要：目前建設(shè)領(lǐng)域在大力推進(jìn)BIM技術(shù)，然而對(duì)于鐵路工程而言，BIM技術(shù)推進(jìn)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(jìn)。文章以REVIT軟件為建模平臺(tái)，對(duì)工程整體模型的建設(shè)流程進(jìn)行分析并對(duì)工程中形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)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(jìn)工程的參數(shù)化族庫(kù)。

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(kù)

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TU756;TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）32-0148-03

0? 引言

目前就國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，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(duì)于交通工程和鐵路工程的應(yīng)用相對(duì)較少，但2016年鐵道統(tǒng)計(jì)公報(bào)數(shù)據(jù)表明，截止年底，全國(guó)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(guò)建立地鐵族文件數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)對(duì)施工方案進(jìn)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(diǎn)距離進(jìn)行參數(shù)相關(guān)處理來(lái)建立盾構(gòu)隧道管片的設(shè)計(jì)[3]，薛艷萍、劉云鑫等人利用REVIT族編輯器強(qiáng)大的功能對(duì)蜂窩梁族進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)[4]。BIM模型的核心技術(shù)是參數(shù)建模，參數(shù)化建模將會(huì)成為未來(lái)建筑設(shè)計(jì)信息化發(fā)展的核心[5]。然而，針對(duì)鐵路工程族庫(kù)尚未有體系性的建立。缺乏鐵路工程的應(yīng)用族庫(kù)，將極大限制鐵路工程領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用?；诖耍疚膫?cè)重結(jié)合鐵路工程常見(jiàn)組成，基于REVIT平臺(tái)進(jìn)行鐵路工程常見(jiàn)族庫(kù)的系統(tǒng)建立。

1? 鐵路工程族庫(kù)的建立

將BIM技術(shù)引進(jìn)鐵路工程以加強(qiáng)工程信息的管理，在建立相關(guān)項(xiàng)目模型的基礎(chǔ)上，輸入設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方等各方所需的信息，并做到信息及時(shí)傳遞，實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作，提升項(xiàng)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(wú)BIM模型作為基礎(chǔ)，則缺乏管理載體，無(wú)法實(shí)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(zhǎng)，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(tái)，建立一個(gè)適用于鐵路工程的、可調(diào)整又具有一定通用性的族庫(kù)，為實(shí)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(chē)的前提下，進(jìn)行相關(guān)線路的施工，因此其施工工藝需要考慮對(duì)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(kāi)挖以及框架涵施工及頂進(jìn)施工等內(nèi)容。

下穿鐵路框架涵頂進(jìn)工程首先要開(kāi)挖管線孔樁使用便梁對(duì)既有鐵路進(jìn)行加固、分層開(kāi)挖掛板支護(hù)基坑，分地板、邊墻、頂板三部進(jìn)行框架涵現(xiàn)澆，然后回填基坑。因此下穿鐵路段施工都會(huì)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(fù)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(kù)建模分析

根據(jù)對(duì)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(kù)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(lèi)結(jié)構(gòu)在REVIT中無(wú)法在不運(yùn)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(lèi)不規(guī)則構(gòu)件進(jìn)行自定義族庫(kù)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(duì)其模型的建立進(jìn)行描述。

1.1.3 建模流程分析

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

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

1.2 族庫(kù)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(gè)部分，因?yàn)椴煌F路段軌枕之間的間距和軌枕型號(hào)不同，而連接部件細(xì)小且結(jié)構(gòu)復(fù)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(gè)族，因?yàn)闄M縱梁和U型扣有不同的型號(hào)需要分別進(jìn)行參數(shù)化建族來(lái)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(duì)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B(niǎo)IM旨在簡(jiǎn)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(gè)族中，不僅減少工作量，還能減少布置軌枕時(shí)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(kāi)建族在項(xiàng)目中采用拾取線的方式布置時(shí)容易發(fā)生構(gòu)件錯(cuò)位等現(xiàn)象，為解決這一問(wèn)題采用將連接件繪制在一個(gè)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(cuò)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(jiǎn)單的使用陣列的方式，為解決這一問(wèn)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(duì)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(biāo)注將軌枕間的距離標(biāo)注出來(lái)，然后給所標(biāo)注的尺寸添加參數(shù)。不同尺寸標(biāo)注的參數(shù)可以自行命名，但要避免相互之間重復(fù)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(gè)族中，來(lái)避免繪制鐵路是造成連接部件丟失并減少人工重復(fù)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(zhǎng)480、間距125、高1220，設(shè)置為類(lèi)型參數(shù)，規(guī)程為公共，參數(shù)分組為尺寸標(biāo)注。將便梁的兩端鎖定在參照平面桿件左右兩端。

將尺寸標(biāo)注添加參數(shù)后，組類(lèi)型尺寸標(biāo)注分類(lèi)下出現(xiàn)添加長(zhǎng)參數(shù)，相關(guān)人員可以更改相應(yīng)的數(shù)據(jù)得到同類(lèi)族，從而提高工作效率。用同樣的方法可以添加標(biāo)識(shí)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(gè)族，定義相關(guān)尺寸、材料等相關(guān)參數(shù)后載入項(xiàng)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(jì)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(hào)施工便梁，首先使用拉伸命令畫(huà)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(huà)出上部鋼板和螺栓。最后切換參照平面畫(huà)出U型鋼筋。

2? 實(shí)例分析

2.1 工程概況

柳州市航二路延長(zhǎng)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(chē)道。其中HYSG2標(biāo)段擬建隧道長(zhǎng)680.706m，其中214.98m下穿柳州南站編組場(chǎng)四場(chǎng)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(zhǎng)線框架下穿西聯(lián)線交點(diǎn)里程為K536+393.89，下穿柳南四場(chǎng)段道岔區(qū)。

2.2 族庫(kù)的應(yīng)用

以柳州市航二路延長(zhǎng)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(huà)出鐵軌然后使用嵌套族制作出鋼軌連接件。畫(huà)出鐵軌的長(zhǎng)度，并添加長(zhǎng)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(shí)際尺寸建立參數(shù)化便梁族。對(duì)于U型扣族的創(chuàng)建首先使用拉伸命令畫(huà)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(huà)出上部鋼板和螺栓，最后切換參照平面畫(huà)出U型鋼筋。U型扣族的建立過(guò)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(guò)于復(fù)雜。需要人員進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮怂悖ＷC參數(shù)化結(jié)果可驅(qū)動(dòng)。

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(xiàng)目中，在項(xiàng)目中導(dǎo)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(shí)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(shí)設(shè)置好軌枕的間距參數(shù)。為了避免在布置過(guò)程中防爬構(gòu)架在軌枕和鐵軌之間錯(cuò)位，在建立軌枕族時(shí)需要將軌枕與兩端的防爬構(gòu)件打組。完成鐵路的會(huì)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(lèi)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(duì)地質(zhì)實(shí)體、鐵路、樁以及內(nèi)部鋼筋、擋土墻、施工便梁、框架涵等進(jìn)行繪制，建立出整體模型。

3? 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)REVIT創(chuàng)建適用于鐵路段施工參數(shù)化族庫(kù)，從而建立一個(gè)適用度高并且能真實(shí)反映施工現(xiàn)場(chǎng)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(kù)的建立攻破了復(fù)雜外形建筑的施工難題。針對(duì)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(kù)。通過(guò)該族庫(kù)在航二路延長(zhǎng)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(jì)、施工管理提供了良好的基礎(chǔ)。

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