中建八局第四建设有限公司 山东青岛 266000
摘要：本文主要叙述铁路桥梁BIM模型的构建与应用。结合工程实例，以一座铁路桥梁为工程背景，讲述如何将设计资料通过路桥计算施工专家RBCCE、REVIT、infraWorks等诸多软件相互协同，完成桥梁BIM模型的构建与应用，并实现“BIM+GIS”的结合。这对于工程的前期策划、施工阶段以及后期的运营维护都起到一定的作用。
关键词：BIM；测绘；路桥计算施工专家RBCCE；infraWorks
一、引言
今年来，高铁成为我国科技发展的重要标签，随着众多高铁的建成，极大改善了沿线城市的社会经济环境。与此同时，高铁建设技术也成为我国工程领域的重大研究方向。
随着中国建筑设计水平的不断提高，BIM技术在中国的应用越来越广泛。将BIM与高速铁路桥梁结合起来也是势在必行，本文主要叙述的就是将铁路桥梁的BIM模型应用到实际工作中，与测量工作相结合，让BIM应用落地。
二、工程概况
本桥为速度目标值350km/h的客运专线（高速铁路）铁路桥，位于北京市延庆县八达岭镇大浮坨村附近，桥位附近地势平坦开阔，以村庄及耕地为主，道路发达，交通便利，本桥主要控制节点为跨越国道G110、拟建延庆下行联络线、康延路、县道X017以及多条乡村道路。
三、建模策略
建模策略分成两个部分，模型创建和布置原则。建模过程中包含对工程资料的整理、建模信息的分析和采集等。
（一）模型创建
模型的创建主要是对工程资料中的信息进行采集与处理。
首先，利用RBCCE软件分别进行每种桥墩的基础、墩身、顶帽以及不同梁体的创建，梁体即不同跨度的简支梁与连续梁，并且创建相应里程的线路中线与竖曲线，该线路模型的创建非常重要，直接影响到模型是否能够有效的服务于实际建造过程。
其次，将模型结合线路中线与竖曲线进行综合布置，包括每个墩台的模型选择以及将模型对应其正确的里程与坐标信息，再对整体布置进行处理，完成统一的三维信息桥梁模型。
最后，在确定模型正确后，将三维信息模型与REVIT进行交互，在REVIT中呈现全真的BIM模型，再次对模型进行检查，验证模型准确性。
（二）布置原则
平面：铁路桥梁的平面布置按照平分中矢法的布置原则。所谓平分中矢法，就是针对桥梁曲线部分的一种布置方法。具体做法是将相邻的中桩点直接用直线连起来，形成一条两端与铁路线路中线相交的弦线，圆弧内两条线相距的距离称为中矢距，过中矢距的一半做与弦线平行的直线称为平分中矢线，相邻的两条平分中矢线的交点为墩中心的位置，将相应的梁根据点位准确的架设到桥墩上。
铁路简支梁桥在曲线上按桥梁工作线布置，而桥梁工作线为折线，这使得两孔梁之间必然存在空隙，每一段桥梁工作线的长度为梁中心线的长度加上梁体两端的梁缝宽度值，在设计所给的资料中，一般有两种梁缝分配情况：
1、梁体在桥墩处，相邻两梁体的梁缝值相等。
2、梁体两端在不同桥墩处的梁缝值相等。
简支梁桥在曲线上按桥梁工作线（平分中矢线）布置以适应曲线的线路中线线路，且该空隙内窄外宽，为满足行车受力要求，规定内侧梁缝最小值与直线桥最小梁缝相同。
曲线布置预制简支梁会产生偏心距，甚至横向预偏心（只存在于单线桥），若一个桥墩的前后梁体承重不同，还会产生纵向偏心。在建模过程中，对于这些偏心位置要进行必要的细部处理。
高程：关于高程方面，首先高程的基点定位信息，由于桥面有坡度，因此选择不同的基点，得到的△H（设计纵断面至梁顶的梁中高差）不同，这个高差包括钢轨轨高、胶垫厚度、轨枕厚度、道床厚度、保护层厚度及桥面横坡影响。其次，创建模型的过程中，高程从梁顶向下依次传递。
对于其他细节处的布置原则，比如梁缝中心线、同一个墩上不等高垫石的布置方式、梁缝分界线与墩中心线的关系等，本文不做过多展开。
四、模型应用
4.1在测量上的应用
完成创建的三维信息模型，结合实际的测量工作进行应用，具体分析如下图。
图4-1 BIM测量应用图
由上图可以看出，首先，在内业过程中确定相关的平面、高程系统，在遵守相关的规范要求下，建立统一的三维信息模型；
其次，在外业做好相应的控制网以后，进行桩基、承台、墩身、垫石以及锚栓孔的放样工作，并在每一道工序完成时，对已经完成的每一道工序进行检查，并与BIM模型对比后进行相应的工序内检工作；
最后，完成梁体的施工工作，做竣工检查。
BIM模型还可以对后期的检查以及维修起到指导性的作用，例如变形监测、沉降监测等等。
4.2与infraWorks的交互应用
与infraWorks的交互式模型应用最复杂的地方，同样也是BIM模型的一个重要发力点。与infraWorks交互的目的就是将BIM模型放到实际的地理位置上，对方案的前期策划和施工中起到良好的辅助作用。应用思路如下图所示。
图4-2 infraWorks应用
从上图可以看出，这里主要是两个路径从RBCCE出发，到infraWorks中结束。分别将三维信息模型以及相关的地理位置图导入到infraWorks中进行结合，使模型在软件中坐落于现实中的正确位置上。首先在RBCCE中的平面成果中选择一个基点，导入CAD中，将基点移动到CAD中的坐标原点（0，0，0）点。将移动后的图形文件导入到桌面，导出形成KMZ的谷歌地球文件，这里面涉及一个坐标系统的转换，即将WGS-84坐标系下的平面坐标转换成大地坐标。在此之后导出图形信息，导入BIGEMAP软件中，根据此前工作，找到桥梁在BIGEMAP中的实际位置。接下来需要提取地图中相应位置的高程信息和卫图。然后对高程信息进行处理。将此块地形的高程做成符合导入Infraworks要求的形式。首先生成等高线。然后导入Global Mapper中进行地形的处理，将等高线生成出来，并将相关的信息做好记录，以便后用。在等高线生成完毕后，需要将各个等高线形成一个面，此时需要借助的是Civil3D软件进地形图做进一步的处理。最后将地形的高程图与卫图导入到Infraworks中作为模型的地面。在完成了以上工作后，将RBCCE中的三模信息模型转入REVIT中，在REBIT中进行一些处理，最后导出相应的文件格式，再导入进Infraworks中，完成整个导入的流程。
以下为部分应用成果。
图4-3 过程成果展示
4-4 infraWorks成果图
上图为BIM落地后的成果图，它将全真的三维信息模型在实地中进行展示，而上文每个软件都起到一定作用，多个软件的协同运用，完成一系列的工作。例如，运用Google earth找到对应坐标的位置、运用Civil3D将各个等高线处理成一个等高面等等。
如今，实现BIM落地的方式不止一种，但最终的目的都是一样的，实现BIM+GIS的结合。使其应用到具体施工中，具有一定指导性的完成整个工程的施工过程。
而将BIM模型落地后，可以利用infraWorks中的功能，完成施工过程的模拟与碰撞，施工方案的比选及应用效果，为施工过程提供指导意义。
五、总结与展望
本文主要讲述的是在拿到一部完整的桥梁的信息后，将桥梁通过RBCCE路桥施工专家软件进行数据处理与建模，将建成的三维模型信息导入到REVIT中，检查完整的三维模型信息，在确定信息模型无误后，将全真的三维模型交互到InfraWorks中应用，将桥梁坐落到实地的效果展示出来，最后基于三维信息模型将测量的内业和外业更多的结合。
在上文所有讲述中，所有的软件只是BIM实现的工具，BIM的展现是模型，核心是信息，它可以协助完成方案的前期策划、工程的整个施工过程以及施工结束后的变形监测等工作。
测量的工作已经随着科技的发展，变得愈加智能化，如果仅仅是想完成一项测量工作，需要投入的资源也将愈加减少。测绘专业需要发展，要和应时代而生的BIM与GIS结合起来，在一项工程的前期策划中，起到主导性的地位，测绘专业在吸收“BIM+GIS”元素的同时，从事测绘的专业人员也将是会BIM的综合性人才。相信综合性的测绘专业会在未来的施工行业中，占领越来越重要的位置，绽放更大的光彩。
参考文献
[1]徐建峰. 中国“铁路客运专线”发展策略研究[D].北京邮电大学,2007
[2]Ping Luo,Jun Tang. Research on Collaborative Design Practice of REVIT Based on BIM[J]. Applied Mechanics and Materials,2015,3744(713)
论文作者:王文博,时华涛,邹鹏程
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：模型论文; 桥梁论文; 信息论文; 高程论文; 工作论文; 等高线论文; 桥墩论文; 《基层建设》2018年第28期论文;