摘要：我国高新技术的发展，带动了铁路工程的不断壮大。铁路工程BIM设计相比建筑工程具有涉及专业多、专业接口复杂、与地形地质关系密切的特点。在现阶段，由于专业间BIM资源不能很好的相互利用，铁路工程BIM仍以单专业翻模为主，各专业开展BIM正向设计困难。对此情况，选取银西高铁项目为研究试点，以奔特力平台系列软件为基础，按照铁路工程设计一般流程，探索研究基于BIM技术的铁路工程正向设计技术路线。提出一种铁路工程BIM设计协同管理和正向设计方法，并对铁路BIM标准进行了初步应用，为今后开展铁路工程全专业BIM设计提供借鉴。
关键词：BIM技术；铁路工程；正向设计；方法
1奔特力平台下铁路BIM正向设计方案
1.1.1BIM正向设计流程
BIM正向设计是指利用BIM技术，以地形、地质为基本设计资料，按照设计流程依次进行线路设计、站前工程设计和站后工程设计。设计过程与传统二维设计过程类似，但需要有序的组织协同设计工作流和BIM数据流。工作流中规定了工作内容的先后顺序，BIM数据流中定义了BIM设计成果的传递方向。以站前隧道专业为例，从与其相关的上游专业开始，对铁路工程BIM正向设计过程进行梳理。其他专业设计过程类似，可对照开展工作。
1.2设计流程管理
一个铁路工程项目的设计通常需要二十多个专业共同参与完成。设计过程中伴随着各种方案调整，资料互提，节点控制。要有序的开展如此复杂的设计工作必须实施严格的流程管理。在BIM设计时，各专业基于同一可视三维空间开展工作，一个专业的设计需要同时参照多个专业的模型，具有文件类型多，参考关系复杂，版本更新频繁的特点。此外，专业间的协同设计还需满足跨区域数据同步的需求。目前，国内各铁路设计院基本上都有自主研发的流程管理软件，但主要适用于二维设计，不能对BIM协同设计中的数据流做到有效的追踪和管理。Bentley Project Wise（以下简称PW）基于Model Server和Internet技术开发，可在设计过程中进行BIM资料互提，文件版本管理，参考关系记录，确保数据源一致，使设计人员突破空间限制，跨区域进行协同设计。
1.3创建地形、地质模型
地形建模一般由测绘专业完成。首先，根据线位大致走向采用卫星遥感和航空摄影手段获取高分辨率的地理信息，然后加工成数字高程模型（DEM），正射影像（DOM），最后在Power Civil中利用DEM和DOM文件生成地形模型。地质建模一直以来是铁路行业BIM的一大难题，主要有两方面原因：第一，地质模型多为不规则的异形体，人工建模难度较大；第二，地质模型作为铁路各专业设计的基础资料，要覆盖整个铁路沿线及周边。模型体量大，数据多，一般软件难以承载。但随着近几年来铁路BIM软件的发展，基于BIM基础平台开发的三维地质建模软件已经能够基本满足工程需要。例如，基于Bentley Micro Station上开发的Ag lo s Geo能够利用地质钻孔、剖面，地质构造特征等数据创建地质模型，有效简化建模难度，提高建模效率。在奔特力软件中创建的地形、地质模型。
1.4线路设计
在铁路工程设计中，线路平纵是所有专业空间定位的基准，线路数据能否被下游专业直接利用是实现BIM正向设计的关键。Power Civil提供的线路平纵设计工具可直接在地形、地质模型上进行线路设计。首先在平面视图中设计线路平面，软件会沿线路剖切地形模型生成地形纵剖面，在此基础上进行线路纵断面设计，最后在三维视图中会自动拟合出线路空间曲线。
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1.5工点设计
工点设计主要是指以线路设计成果为基础，结合地形地质条件进行的站场、隧道、桥梁、路基等站前土建工程设计及站后四电工程设计。下面以站前隧道工点设计为例，研究工点的BIM正向设计方法。第一，创建标准断面模板库隧道BIM设计与路基、桥涵工程类似，均为特定形式断面沿线路有序的组合与拉伸。首先创建工点所需的标准断面库。在Power Civil中设计好隧道衬砌横断面，利用奔特力平台第三方软件Civil Station Design将隧道衬砌断面以构件为单位导入廊道模板库。为便于后面洞身设计，可在断面库中将各构件组合为一个完整的隧道断面，第二，隧道洞身设计隧道洞身设计是根据隧道埋深和地形地质情况确定在不同工况下采用什么样的衬砌断面，最后沿线路装配成隧道洞身模型。首先通过PW将地形、地质、线路文件参考到隧道模型空间，依据地形情况初步确定隧道进出口里程，经过PW互提资料流程得到相关专业确认。最后参照围岩地质情况在Power Civil中用廊道工具将预先定义好的隧道衬砌断面沿线路装配，完成隧道洞身设计。第三，隧道洞口设计隧道洞口设计主要包括洞门结构设计、边坡开挖与防护设计、洞口排水设计。洞门结构可直接在Micros tat i on中进行三维设计。洞口排水沟与隧道洞身建模特征类似，设计方法同洞身设计。而隧道洞口开挖坡面是由两侧边坡和拱部仰坡组成，在三维设计中，当采用不同坡率分台阶开挖时，边、仰坡曲面的过渡设计是难点。对于此类特殊场地建模，尝试将其导入Geo PakSite进行坡面设计能够得到较为理想的效果。第四，隧道结构设计隧道结构设计主要包括隧道锚杆，钢筋网片，钢架，二次衬砌钢筋等。可利用结构设计软件Pro Structures完成，该软件支持中国本地化技术规程设置。在钢筋设计过程中，可调用常用钢筋类型或自定义钢筋类型。在钢结构设计过程时，当选择钢构件连接形式并设定相关参数后，可自动生成钢结构连接件。设计完成的隧道锚杆、钢筋、钢架模型。需要根据专业特点进行二次开发，对工程数量进行分类汇总后方可使用。
2铁路BIM标准实施
2.1铁路信息模型相关标准
要使BIM信息在整个工程寿命周期内有序的传递，在建模时就应考虑合理的单元划分、明确的构件标识和规范的属性格式。为此，中国铁路BIM联盟联合各理事单位共同编写并发布了《铁路实体结构分解指南1.0》（EBS）、《铁路工程信息模型分类与编码标准1.0》（IFD）和《铁路工程信息模型数据存储标准》（IFC），在铁路工程BIM设计时应遵照执行。
2.2奔特力平台上的标准实施
根据铁路BIM标准相关要求，在BIM设计时应根据具体设计阶段和所要表达的信息粒度，确定BIM构件组成，采用不同精细程度的单元和属性集组合表达设计意图，并对构件进行编码，以便于后期对BIM进行有效的维护和管理。BIM单元应在构建模板库时将其区分，装配后会各自成为独立的构件。编码根据零件在铁路IFC中所属的专业领域，空间结构单元、构件，采用铁路IFD分类码进行组合，形成构件唯一的“身份标识”。最后将编码和铁路IFC中定义的属性集一并作为属性信息添加到模型中。但在奔特力（V8i版本）软件中，一般是不允许用户直接添加自定义属性信息的，只能通过间接方式实现模型与信息的绑定。
结语
对铁路工程正向设计流程与设计方法进行了探索研究。通过隧道BIM正向设计，实现了直接利用地形、地质和线路BIM资料进行工点设计的途经和方法，总结出在奔特力平台上进行铁路工程BIM场地开挖、廊道设计、结构设计和BIM标准实施的方法。可推广应用于铁路其他专业开展BIM正向设计，为我院开展全专业BIM协同设计积累了宝贵的经验，为铁路BIM技术的可持续发展奠定了基础。
参考文献
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[3]戴林发宝.隧道工程BIM应用现状与存在的问题综述[J].铁道标准设计，2015(10)：99-102，113.
论文作者:赵大龙,赵玉龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/5/29
标签：隧道论文; 铁路论文; 地质论文; 模型论文; 地形论文; 专业论文; 断面论文; 《基层建设》2018年第9期论文;