BIM技术在隧道设计阶段的应用

2017-10-28 11:25:24 whchedu 4

BIM技术在建筑、机械、电子等行业的运用日趋成熟,并带来了革新性的变化,但在铁路行业的应用尚处于起步阶段。在宝兰客专石鼓山高风险隧道工程中,以达索系统为技术支持,研究了BIM技术应用于铁路隧道设计阶段中的技术路线。实践表明,BIM技术的应用促使隧道设计由传统的2D向3D转变,由粗放向精细转型,提升了传统设计的精细度,实现了设计成果的方案优化,为解决后期各阶段信息断链、碰撞检验等问题提供了有效的技术保障。

近年来BIM技术在建筑、机械、电子等行业的运用日趋成熟,并带来了革新性的变化,但在铁路行业的应用尚处于起步阶段。随着我国社会经济的稳步推进,铁路隧道工程已开始向低碳、环保、可持续的方向发展,将BIM技术应用于铁路隧道工程全生命周期中是必然趋势。

国内外许多学者提出了对建筑信息模型BIM( Building Information Modeling) 的见解,国内建筑领域也有着不少的BIM应用案例,如“鸟巢”、上海中心、上海世博会中国馆等。在石鼓山隧道项目中,基于达索平台提出了一整套BIM技术在铁路隧道工程设计阶段中应用的解决方案,实现了铁路隧道工程BIM技术的应用。

石鼓山隧道位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的石鼓镇杨家山的黄土残塬区,起讫里程DK639+430~DK643+760,全长4330m,为双线隧道。隧道所处区域地表高程在624~766m,埋深范围在3~133m,地表多为耕地,植被较为浓密。根据隧址区地形、地质情况,综合考虑施工方法、工艺、工期等方面因素,采用2座斜井辅助施工。隧道下穿3条河,所处地质环境复杂,围岩条件极差,是宝兰线高风险隧道之一。

技术路线。BIM技术的应用需要若干软件相互协作共同完成,所以要求BIM模型在各软件之间的数据交换具备无损、便捷和快速等特点,故建议选取同系列软件或兼容性较好的不同系列软件。本工程在考虑了软件建模能力、隧道专业需求、各阶段用户需求等方面因素之后,选择了达索平台作为铁路隧道工程BIM技术应用的技术支持(见图1)。

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图1 达索系列软件

在对达索系列软件综合测评的基础上规划出铁路隧道工程中软件应用的技术路线,具体如图2所示。

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图2 达索软件应用技术路线

三维地质建模。首先根据地形数据利用CATIA的Mesh面生成功能制作精细的三维地形模型,然后结合石鼓山隧道地质调绘资料及已有的纵横断面构建地层面,最后结合草图绘制功能拉伸出地质包络体,利用建立好的地表面、地层面剖切拉伸体生成地质体。建立的石鼓山地质模型如图3~4所示。

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图3 号斜井三维地质模型

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图4 全隧三维地质模型

三维隧道建模

铁路隧道三维建模工作主要包括骨架继承、参数设置、草图绘制和模型建立这几方面。

1)骨架继承。在建立了三维地质模型、三维线路模型的基础上,隧道专业根据地质、断面、工法等因素将三维线路继承并截取,得到隧道专业的二级骨架,如图5所示。

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图5 骨架继承示意

2)草图绘制。结合建模需求,根据铁路隧道净空、限界、时速等要求,利用CATIA零件设计模块的草图设计功能绘制相应轮廓草图,石鼓山隧道V级洞身二次衬砌轮廓草图如图6所示。

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图6 二次衬砌轮廓

3)模型建立。在绘制出参数化草图的基础上利用CATIA的拉伸、多截面、偏移以及知识工程阵列等功能生成各类三维实体,石鼓山隧道V级洞身初期支护模型如图7所示。

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图7  级洞身初期支护实体模型

信息附加。信息是BIM模型的灵魂,脱离了信息的三维模型不能称之为BIM模型,附加的信息主要包括几何信息和非几何属性。石鼓山隧道中用到的附加信息的手段主要包括属性附加、描述附加、参数设置、外部链接和数据库存储。

工程量计算。石鼓山隧道利用CATIA的参数计算功能与工程制图模块实现了二维工程量统计,如图8所示。同时,还利用CATIA的三维测量功能实现了洞口段的三维工程量统计,如图9所示。

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图8 洞身二维工程量统计

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图9 洞口三维工程量统计

二维出图。在石鼓山隧道工程中,利用CATIA的参数关联、图线绘制、尺寸投影与标注等功能,实现了三维模型与二维工程图的联动与输出,其中衬砌断面如图10所示。

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图10 二维出图

依托于宝兰客专石鼓山隧道工程,基于达索平台探索了BIM技术在铁路隧道设计阶段中应用的解决方案。将三维可视化建模、信息融入等BIM技术成功运用于设计阶段,促使隧道设计由传统的2D向3D转变,由粗放向精细转型,提升了传统设计的精细度,实现了设计成果的方案优化,为解决后期各阶段信息断链、碰撞检验等问题提供了有效的技术保障。