BIM技术在轨道梁线形控制领域的应用研究

宋 浩 韩广晖 刘永峰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

与传统轨道交通不同，跨坐式单轨交通以“独轨”的形式来引导车辆行驶，轨道梁既是承载结构又是车辆行驶时的导向结构(如图1所示)[1]。根据结构体系分类，轨道梁可分为简支体系和连续刚构体系。无论是简支还是连续刚构体系，其线形总是随着线路平纵曲线、超高的变化而变化[2]。因轨道梁的梁跨布置、预拱度设置等因素，造成每榀轨道梁线形均不相同。在传统设计中，需根据线路线形去设计每一榀轨道梁，再由施工单位进行轨道梁的预制架设。而跨坐式单轨交通建设过程中多采用轨道梁和桥墩同时预制施工的方式，以期缩短施工周期，减少施工费用[3]。在这种施工方式下，设计人员需要准确了解轨道梁不同龄期的线形姿态；施工人员需要保证轨道梁制作的精度，并根据轨道梁的出场参数、施工参数进行轨道梁的精准架设[4-5]。因此，各阶段信息传递的及时性和完整性显得尤为重要。以下基于BIM技术，对轨道梁的线形控制进行研究。

图1 跨坐式单轨轨道梁

2 轨道梁信息化模型的构筑

2.1 模型搭载信息

BIM技术的出现为基础设施行业提供了信息化解决方案，设计、施工、运营的全寿命周期信息都包含在BIM模型中[6-9]。因此，要实现信息的集成与共享，轨道梁模型必须能够搭载多种信息。

跨坐式单轨轨道梁需要搭载多种信息，包括区间信息，线路线形信息，轨道梁线形构造信息，附属结构信息，轨道梁的制造、出场、架设信息，轨道梁运营检测信息等。因此，需要在轨道梁全寿命周期内的每个阶段之间进行信息的对接，应根据轨道梁所处的不同阶段搭建动态数据库，实现轨道梁信息的可视化查看与编辑修改，这是轨道梁模型信息化、数字化的基础(如图2)。

2.2 轨道梁模型的建立

轨道梁三维模型的建立需要基本信息与工法信息的支持，以工法数据为基础，获取建模所需的截面控制点坐标、端模板转角等控制信息。传统方式下工法信息的计算需要输入每榀轨道梁的大量数据信息，工作繁琐且耗时。为实现轨道梁模型的快速建立，可将工法信息的计算作为轨道梁信息化模型建立的一个环节，使用户在输入极少控制参数的条件下，快速获取轨道梁工法数据。具体解决方法为：从所建立的数据库获取计算工法所需信息，以此连接信息孤岛，再输入不同龄期梁体的理论挠度值、压缩量、修正值等必要计算参数，通过软件内部调用计算，即可生成工法信息，并将其添加至数据库。

图2 轨道梁模型信息管理

在MicroStation中建立轨道梁模型有两种方法[10]。第一种是利用样条曲线建立轨道梁边线，然后通过线→面→体缝合为智能实体轨道梁模型；另一种则是直接建立轨道梁横截面，通过横截面放样形成实体。对两种方法的精确度进行了比较，认为第一种方法建立的轨道梁边线线形更加贴合实际。轨道梁模型建立后，根据端模板与底模板数据对轨道梁进行布尔运算，得到轨道梁的理论模型，从而可以对不同龄期轨道梁姿态进行监控与查看，实现轨道梁设计的可视化(如图3所示)。

图3 轨道梁模型的查看

3 轨道梁施工过程模拟

跨坐式单轨交通采用“墩梁并举”的施工方式，下部桥墩和基础在现场进行原位施工，轨道梁在梁场中进行预制生产[11]。简支轨道梁桥墩顶部设置支撑垫石，连续刚构轨道梁桥墩顶部预埋临时支撑预埋件，以方便轨道梁架设定位[12]。简支体系轨道梁的架设过程中，可通过支座和垫石进行定位调整；连续刚构体系轨道梁可通过墩顶预埋支撑件和临时固定千斤顶来进行定位调整(调整余量较小，后浇段施工完成后几乎不能再进行调整)[13-14]。因此，有必要在施工前对轨道梁进行模拟施工，以期能够减少线形偏差，提高架梁施工效率。轨道梁施工过程模拟主要包括区间轨道梁模型的架设、轨道梁架设位置的调整和模型后浇段的建立。

3.1 区间轨道梁的模拟架设

首先要确定轨道梁模型大、小里程测点等控制点，使其与实际轨道梁控制点相对应，并以此控制点为基础，经旋转、平移等操作后放置至设计位置，具体流程如图4所示。

图4 模拟轨道梁架设安装流程

3.2 轨道梁安装位置调整

实际生产过程中，往往会有部分轨道梁偏离设计线形。应对其进行出场前的检查，确认合格后方可进行运梁、架梁等操作[15]。应根据合格轨道梁的检测数据(比如轨道梁梁长(弦长)、轨道梁实际伸缩量等)，在线路上规划落梁控制点，调整轨道梁超高、高程等控制因素。具体步骤为：①根据轨道梁变形值，计算控制点坐标和设计超高；②以轨道梁一侧控制点作为参考点，进行轨道梁的架设；③进行各截面超高和高程的检查，直至轨道梁各截面安装符合规范要求。

3.3 轨道梁后浇段模型建立

预制轨道梁架设完成后，连续刚构体系的轨道梁还要进行后浇段浇筑。利用BIM技术，经过对模型的观察、测量，亦可对轨道梁模型做出评价，避免产生不可恢复的安装误差。后浇段的区间轨道梁模型如图5所示。

图5 区间轨道梁模型

4 总结

借助MicroStation平台与其二次开发技术，编制了跨坐式轨道交通PC轨道梁三维工法设计软件，并对 BIM技术在轨道梁线形控制领域的应用进行探索研究。

通过BIM技术，建立了从设计到施工工法的完整数据流，实现了轨道梁全寿命周期内的信息集成；实现了轨道梁的可视化、信息化管理，使连续刚构体系轨道梁的线形控制精度达到毫米级，为BIM技术在跨坐式轨道交通领域的可持续发展奠定了基础。