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来源丨高速铁路技术 作者丨陈兵 张莹 中铁二院工程集团有限责任公司，张燕 成都理工大学地球科学学院 摘要：为解决传统铁路设计存在不同专业间信息沟通不及时、不完全、设计意图表达和理解不明确、设计成果不能有效地服务于铁路工程建造、运营、维护等问题，提出BIM技术应用到铁路设计及地质勘察中的必要性及重要性。BIM技术具多维化、协同性、模拟性等特点,并贯穿设计、施工、运维整个铁路生命周期，其应用能有效地实现勘察成果的数字化、可视化，使铁路设计中各专业能基于BIM模型进行协同设计，多阶段无缝衔接,最大程度实现信息共享，提高设计效率，减少设计变更成本。初步提出将BIM技术应用到铁路地质勘察设计中的2种途径：一是将现有二维成果资料三维化；二是直接模型化勘察基础数据。为BIM技术在铁路地质勘察中的应用提供了参考价值。
BIM是工程项目几何属性的数字化表达，是工程项目信息可以共享的知识资源集合体，能为工程项目全生命期的各种决策提供可靠的基础，如图1[1]所示。目前，美国和日本已经建立起规范的BIM国家标准，开发了一批以AUTODESK公司REVIT系列软件为代表的专业软件，并已大量应用于各类新建项目。我国的BIM技术起步不久，2005年国内首次出现BIM概念，2008年学术界陆续出现有关BIM的研究课题，2012年由中国建设科学研究院主持并启动了“中国BIM标准制定课题[2]”。国家已经将BIM建筑信息模型系统作为国家科技部“十二五”的重点研究项目(建筑业信息化关键技术研究与应用)，并被住建部认可为“建筑信息化的最佳解决方案”。
BIM技术的应用具有数字化、可视化、多维化、协同性、模拟性等特点，并贯穿设计、施工、运营、维护整个铁路生命周期，让多专业协同设计，实现多阶段无缝衔接，最大信息共享化，减少施工阶段因设计变更等造成的成本浪费，改变了传统的设计流程，是工程勘察技术的第二次革命，如图2[3]所示。
铁路工程勘察设计作为铁路建设的基础性工作，很大程度上决定了铁路建设成果的质量，其影响贯穿铁路的规划、设计、建造和运营的全生命周期。铁路工程勘察设计目前存在专业间信息沟通不及时、不完全、设计意图表达和理解不明确，设计成果不能有效地服务于铁路运营、维护等问题[4]。为了有效解决勘察设计中存在的问题，铁路工程勘察设计中应用BIM技术势在必行。 地质专业作为铁路工程勘察设计中的专业之一，对线路方案及工程设置有重大决定性作用。因此，铁路设计要实现BIM技术的运用，地质勘察工作也不能例外。目前BIM主要应用于水利水电行业，在地质勘察中的应用尚处于起步阶段。
铁路地质勘察是分阶段实施的系统性工程，多年来形成的二维设计模式不可能立即对接BIM平台中的三维可视化、协同、智能的设计模式。因此，在制定BIM技术在工程勘察中应用BIM标准的前提下，逐步改变原有的工作模式，有序地推进BIM技术在地质勘察中的应用。 三维是BIM的基础，也是整个铁路设计要实现BIM设计的前提。对地质勘察而言同样如此，首要解决的就是地质三维模型的建立。现阶段有2种途径实现BIM技术三维模型的建立，第一种运用更为广泛。 3.1 第一途径 在原有工作模式的基础上，根据各勘察阶段的成果资料，按制定的BIM标准进行整理，利用BIM软件，将二维成果资料三维化，达到间接实现BIM在地质勘察中的应用效果，如图3所示。这种方法并未完全实现BIM技术的应用，并未完全解决在铁路设计中存在的问题，还有待进一步改进和完善。
根据BIM应用第一途径思路，将某铁路隧道浅埋段的平面图、纵断面图及横断面图(如图4)，统一调整为同一比例，根据平纵横的关系来建立地层面，再用地层面做多层切片得到地质体[5]，最终完成浅埋段的三维地质模型的建立，如图5所示。 3.2 第二途径 根据每个勘察阶段的原始数据，如野外地质调绘中获得的地层岩性、产状、构造等地层要素，钻探过程中获得的地层分层数据，动探及标贯数据，实验室岩样、土样、水样等样品分析数据，各重点工程或特殊段落的物探数据，将其叠加到上一个勘察阶段形成的BIM三维模型上，形成该阶段的BIM模型，实现真正意义上的BIM技术应用。达到勘察数据的动态调整、实时更新及管理，为铁路设计的优化提供具有高精度、强可视化的地质模型。 根据BIM应用第二途径思路(如图6)，将某铁路线某路基段的钻孔数据，如表1、表2所示，导入到BIM软件中，利用钻孔中岩性的分层数据，直接生成岩层的顶底层面，完成路基段的三维地质模型的建立，如图7所示。若后期有新的钻孔数据加入或更新，岩层的顶底层面会自动根据新的数据完成模型的更新[6]。
随着传统二维设计在铁路设计中的发展及CAD软件的广泛应用，传统二维设计的缺点日益突出。为了满足更高的设计要求和更复杂的工程项目设计，BIM技术应运而生，并在建筑行业得到了极大的应用和推广。BIM技术在铁路工程地质勘察中的应用尚属起步阶段，相关的BIM标准正在日益完善。本文初步提出BIM技术在铁路工程地质勘察中实现的2种途径，为其将来在铁路工程勘察中的应用和推广奠定基础。 参考文献： [1] ISBIM业主与施工行业BIM应用策略的关键要素(一)[EB/ OL]. 2012-9-17.http://blog.sina.com.cn/s/blog_ 87e5130901018mie.html.ISBIMTheKeyElementsofBIMApplicationStrategyBetweentheOwnersandConstructionIndustry(PartⅠ)[EB/OL].2012-9- 17.http://blog.sina.com.cn/s/blog_87e5130901018mie.html. [2] 马新利.基于BIM技术的建设工程施工进度动态控制的探讨 [J].门窗:2012,33(9):287-289. MAXinli.StudyonDynamicControlofConstructionScheduleBased onBIMTechnology[J].Doors&Windows:2012,33(9):287-289. [3] AdamStrafaci.WhatDoesBIMMeanforCivilEngineers?[EB/OL].http://www.docin.com/p-383316006.html. [4] 朱江.BIM在铁路设计中的应用初探[J].铁道工程学报.2010,26 (10):104-108. ZHUJiang.DiscussiononApplicationofBIMinRailwayDesign[J].JournalofRailwayEngineeringSociety.2010,26(10):104-108. [5] 王秋明,胡瑞华.基于CATIA的三维地质建模关键技术研究[J]. 人民长江.2011,42(22):76-78. WANGQiuming,HURuihua.ResearchonKeyTechnologyof3DGeo- logicalModelingBasedonCATIA[J].YangtzeRiver.2011,42(22): 76-78. [6] 陈晓曦.AutoCADCivil3D三维地质建模方法初探[J].地球. 2013,32(3):94-96. CHENXiaoxi.DiscussionontheMethodofAutoCADCivil3DGeo- logicalModeling[J].TheEarth.2013,32(3):94-96. |
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