BIM技術(shù)在京張高鐵標準梁設計中的應用研究

梁 勁

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

京張高速鐵路是北京至西北地區(qū)快速通道和京津冀地區(qū)城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，既是支撐2022年冬奧會的交通保障線，也是促進京津冀一體化發(fā)展的經(jīng)濟服務線。京張高鐵正線全長173.964 km，其中橋梁全長67.179 km，設計速度最高為350 km/h。標準梁的BIM設計將在整個京張鐵路橋梁專業(yè)的BIM設計中起到關(guān)鍵作用。

2 標準梁介紹

高速鐵路橋梁作為列車運行的重要基礎(chǔ)設施，具有優(yōu)良的靜動力性能、毫米級的變形標準等十分顯著的優(yōu)勢。

京張高速鐵路大量采用現(xiàn)澆混凝土標準梁，常用跨度為20 m、24 m、32 m，截面形式為單箱單室等高度簡支箱梁。除梁體主體結(jié)構(gòu)外，另設有擋砟墻、電纜槽豎墻、蓋板、遮板等附屬構(gòu)造設施。跨度為20 m的標準梁正立面、橫截面如圖1和圖2所示。

圖1 京張高鐵標準梁正立面

圖2 京張高鐵標準梁橫截面

3 建立模型

基于Bentley軟件，進行京張高鐵的BIM設計與建模，充分考慮標準梁BIM模型在工程全生命期各階段的使用需求，按照《鐵路工程信息模型交付精度標準》的要求，創(chuàng)建標準梁的主體與附屬結(jié)構(gòu)的BIM模型，幾何精度取3.0級，如圖3～圖6所示(跨度為20 m)。

圖3 標準梁BIM模型三維視圖

圖4 標準梁BIM模型橫截面

圖5 標準梁BIM模型正立面

圖6 標準梁BIM模型頂面

4 模型信息表達

根據(jù)鐵路工程項目的應用需求，需要將相關(guān)信息附加在模型上，以便和模型一起傳遞、交付，從而使模型數(shù)據(jù)具備共享、傳遞和協(xié)同的功能[1]。BIM模型作為承載信息的實體及其相關(guān)屬性的集合[2]，是信息輸入、交付和管理的基本對象[3-5]。

在所有信息中，構(gòu)件的IFD編碼是最基本、最重要的信息之一[6-7]。IFD的英文全稱為International Framework for Dictionaries，可利用數(shù)字編碼為每一個概念定義一個全球唯一的標識碼[8]。IFD編碼可以保證信息交換的準確性與完整性[9]。根據(jù)《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》的有關(guān)規(guī)定[10]，應對標準梁BIM模型進行IFD編碼，具體方法為：在Bentley軟件平臺上，對模型單元的屬性進行分類賦值，將IFD編碼值作為附加屬性項賦予BIM模型。

除IFD編碼外，還可以把混凝土標號、標準梁工程數(shù)量、跨度、材料類型等其它非幾何信息編制為附加屬性項目，通過屬性賦值的方式，將此類信息賦予BIM模型，使其可以隨著BIM模型傳遞、交付。模型的屬性賦值界面見圖7。

圖7 BIM模型的屬性賦值界面

5 模型空間定位

標準梁BIM模型的空間定位，是創(chuàng)建京張高鐵全線橋梁整體BIM模型的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。根據(jù)Bentley軟件平臺的特點，需將標準梁BIM模型按照坐標位置合理正確地定位到整體總裝模型軸網(wǎng)中[11-12]。鐵路標準梁的空間位置信息，包含標準梁的起始里程、中心里程、終止里程信息，起始高程、中心高程、終止高程，偏離線路中心線距離等。

具體步驟為：(1)定義整體項目的通用坐標系，保證模型拆分、整合后能夠?qū)R和對正[13]；(2)在項目文件中統(tǒng)一坐標基點與軸網(wǎng)，規(guī)定平面位置、高程、方位角的控制點，將標準梁模型定位到整體項目空間中。橋跨結(jié)構(gòu)的整體模型定位流程如圖8所示。

→橋跨整體模型

6 結(jié)論

(1)BIM模型作為承載幾何與非幾何信息的多維模型[14]，其主要控制要素為幾何精度與信息深度[15]。根據(jù)京張高鐵的項目階段和工程需求，確定標準梁的BIM設計等級要求為3.0級。

(2)在Bentley軟件平臺上，可以通過設定標準梁模型的屬性附加項，對BIM模型不同類別的屬性進行賦值，以承載模型的幾何與非幾何信息。

(3)標準梁BIM模型的空間定位主要依靠構(gòu)件模型控制點的平面位置坐標、高程與方向角。在整體總裝模型中，應對橋跨的上、下部結(jié)構(gòu)分別定位，以免出現(xiàn)偏差、碰撞，以及構(gòu)件間相互干涉與重疊等情況。