1天津铁道职业技术学院 天津 300240
2中铁十四局集团隧道工程有限公司 济南 050061
3天津中建国际工程设计有限责任公司 天津 300451
摘要：铁路设计作为铁路建设的基础性和前提性工作，在很大程度上决定了铁路建设的成果质量，其影响贯穿铁路的规划、设计、施工和运营的生命全周期，也是促进铁路行业信息化、可持续发展与资源及环境友好的重要因素。实践表明，三维设计有助于设计人员更为全面直观了解实际工程结构，新增可视化效果，提高设计精确性，为铁路路基设计行业带来新的设计理念和运用基础。本文分析了基于BIM的三维铁路路基建模应用。
关键词：BIM；三维铁路路基建模；应用；
三维地学模拟技术是一种支持地质专家与计算机软、硬件进行三维的交互操作，科学推断一片三维空间区域的地质条件，形成数字化的三维地质模型，并在计算机中可视化展现的信息技术。
一、概述
建筑信息模型（Building Information Model，BIM）的定义最早由美国乔治亚技术学院建筑与计算专业的查克•伊斯曼（Chuck Eastman）博士提出。不同组织对BIM的定义也不同，但始终体现了BIM所要提倡的核心理念，即共享与转换，具体细分为3部分。第一，BIM将一个建设项目（如建筑物、铁路工程）的单一构件或物体作为基本元素，数字化其物理和功能特性，形成统一的数据模型。第二，BIM涵盖建设项目从设计到拆除的全生命周期，在不同阶段自动更新数据模型，提供精确的成本控制、施工控制的信息。第三，所有项目相关方使用BIM作为协作的标准通道。基于BIM“共享与转换”的理念，结合连续压实技术，逐步建成各阶段的标准数据接口，在路基立项决策、勘察设计、工程实施各阶段集成或定制相关软件。该研究思路能为铁路路基工程的工作理念创新与改变创造可能性。
二、基于BIM的三维铁路路基建模应用
当前铁路路基设计中使用的路基诸表，可基本反映路基的信息模型，以各表所列实体的基础属性构建路基信息模型中的资源层，以各表所列的实体作为构建模型中的核心层，以各表单项工程名称构建模型中的共享层，以各表名称构建模型中的领域层，使信息模型既符合现实生产真实情况，便于工程传统思维理解，又便于模型的推广应用。
1.资源层。资源层的类（信息集合单元）可被IFC 模型任意一层定义的类引用，其与核心层一起在实体级水平上构成信息模型基础，是通用的资源，是作为定义高级层里的实体属性，是独立于具体实体的通用信息，包括一些项目管理使用的概念类、度量类、材料类，规定了产品的几何形状和拓扑描述资源，定义了对象和关系的各种各样特性。在大纲中，平台类有日期时间资源、材料资源、拓扑资源、工具资源等14类。非平台类有材料属性资源、标注资源、结构荷载资源等12类。对路基信息模型，材料类有土石方类、混凝土类、钢筋类等；计量单位类有长度类、面积类、体积类等；外观定义类有矩形、梯形、梅花形等；侵蚀性等级类有T2、T3、H1、H2、H3等。这些基本概念类的信息供核心层、共享层、领域层调用，是路基实体的属性体现。
2.核心层。核心层由核心和核心扩展两部分组成。核心部分提供信息模型要求的所有基本概念， 核心扩展部分是为行业领域在核心部分定义的类的特例。例如在产品类中，定义了元素、空间、场地等概念；在过程类中，为掌握有关生产产品的工作信息，尽可能定义工作任务和资源；在文档类中，对行业中使用的典型文件类型信息类内容详细说明（例如造价表），可引用资源层定义的类，也可被共享层和领域层里的类引用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在路基信息模型中，核心层适用于定义路基专业的基本实体，例如桩身、锚索、锚具、垫板、骨架等；也定义了填方、挖方、挖基、路堑、路堤、基床、路肩等路基信息模型中的基本概念。在这些基本概念类中，将资源层定义的类作为数据成员，形成路基基本实体，例如一个填方实体，带上资源层定义的特有属性后，变为填普通土、填软石、填次坚石、填渗水土、填级配碎石等；挖方实体带上资源层定义的特有属性后，可组合为挖土、挖石，也可带上另一种属性后组合为挖基土、挖基石等；对路基土石方工程，运输距离可作为在资源层定义的单独属性类，引用在本层定义的填方、挖方的基本实体中。在类定义中，应确定该层资源的合理选择范围，一般情况下以铁路路基设计中的路基诸表表头所列内容为基础，将诸表中的各类路基工程分解为最小的实体单元，在分解中对应路基工程实体的分类编码。
3.共享层。共享层是定义路基的通用实体类，是路基专业信息模型互用共享的基本单元。通用实体的组成部分在资源层和核心层已有详细定义，共享层是将这些资源组合起来，形成单项完整的路基工程项目，以便在设计、施工、运营维护等各阶段进行信息建立与交换。在路基信息模型中，包含了各类挡土墙、框架护坡等。以路肩挡土墙为例，在核心层定义了重力式路肩墙墙身、衡重式路肩墙墙身，也定义了反滤层、挖基、伸缩缝、泄水孔等；在资源层定义了材料类型（片石混凝土类型、混凝土类型）、单位（墙身圬工用体积类单位、伸缩缝用面积类单位）等。共享层除引用上述已定义的类外，还要增添实体的起止里程、左右侧、基地及墙背的物理力学参数等属性，形成完整的单项工程项目。共享层还包含抗滑桩、骨架护坡、锚杆框架、侧沟等等。其资源的划分一般下以铁路路基设计中路基诸表的内容为基础，详细描述该单项工程实体的具体属性，例如侧沟应包含侧沟项目的各个完整子项目（沟身圬工、泄水孔、挖基、回填等）。
4.路基三维模型信息交付标准。路基数据模型建立后，运用模型展开与路基相关的工作，需要确定信息交换的流程，以及流程的功能和执行这些流程的结果，每个信息交付过程需要单独定义。例如，施工时需要获得挡土墙墙身材料、墙背材料的物理力学参数要求等；运营维护时外部条件发生变化，对挡土墙的抗滑和稳定分析需要的信息接口。构建模型的目的是便于存储和检索、方便信息共享互用。因此，在建立模型前，应详细梳理实体在全生命周期中的信息使用流程，在信息模型中留有尽可能完整的信息存储空间。信息模型中应将路基各种实体概念与其名称和描述分开，每个实体对应一个唯一的标识符，在各交付过程中定制特定环境下的实体名称及描述，保证在项目全生命周期内，每个人通过信息交换得到的信息与其想要得到的信息一致。
5.模型应用分析。基于BIM技术的路基信息模型建成后，设计期间通过对三维实体全方位的空间观察，可更加合理确定设计方案，方便核查专业内设计措施的碰撞情况，直观反映业主的建设意图，大大提高设计文件质量；施工期间根据模型共享实体信息，可反复虚拟施工过程，优化施工组织，减少施工干扰，合理确定施工阶段人员安排及材料准备，最大限度地减少施工成本，提高施工效率；运营维护期间可即时查询实体信息，分析环境变化后的稳定及安全状况。
全面分析铁路路基的工作流程及工作内容，合理划分基于BIM技术的路基资源层次，是建立三维铁路路基信息模型的成败关键。实现模型集成和展示平台，是铁路路基运用BIM技术的标志，是路基工程中提高工作效率与质量的根本保
障，为推动铁路路基全生命周期BIM 应用的发展奠定基础。
参考文献：
[1]何清华，钱丽丽，段运峰，等. BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J]. 工程管理学报，2015，2(1)：12-13.
[2]董薇. 铁路勘察设计BIM运用中的信息化管理探讨[J].铁道勘察，2015(5)：86-87.
[3]卢祝清. BIM在铁路建设项目中的应用分析[J]. 铁道标准设计，2015(10)：1-2.
论文作者:刘小燕1,张国伟2,刘卓山3
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/20
标签：路基论文; 模型论文; 实体论文; 信息论文; 定义论文; 资源论文; 铁路论文; 《基层建设》2017年第31期论文;