基于BIM技术的铁路路基设计应用研究

靳猛

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 轨道交通工程信息化国家重点实验室，陕西 西安 710043）

0 引言

近年来，BIM技术在铁路行业不断发展，铁路BIM联盟成立以来，不断发布各种技术标准，促进了BIM技术在铁路行业的发展及应用。相关单位在铁路BIM技术应用方面，不断投入研发力量，取得了很多技术成果。基于欧特克平台，针对铁路路基BIM技术设计需要，进行了多项二次开发，以数据为核心，结合快速建模、模型出图、数量计算，探索了铁路路基BIM正向设计技术，并在西韩城际铁路等项目进行了技术验证［1-4］。

1 项目介绍

西韩城际铁路是关中城际铁路网的重要组成部分，对促进关中城市群经济、社会、交通发展均具有重要推动意义。西韩城际铁路设计线路总长度约176 km，设计时速250 km。线路主要走行在渭河冲积平原、渭北黄土台塬和侵蚀黄土塬区等地貌单元内，地层岩性主要为第四系黏质黄土、古土壤及圆砾土。

西韩城际铁路建设项目路基本体结构形式复杂、路基附属结构种类较多：如拱形骨架护坡、空心砖护坡、窗孔护坡等边坡防护形式；重力式挡土墙、悬臂墙、扶壁墙、桩板墙等多种支挡结构；地基处理包含多种复合桩基及桩板结构等。

2 设计流程

西韩城际铁路建设项目路基BIM设计使用欧特克平台Civil3D软件，组装模型为Revit软件格式模型。为提高建模质量及效率，以路基数据库为核心，对Revit软件做了二次开发以辅助设计，包含快速建模、模型出图、数量统计等内容，路基的最终模型是Revit软件格式模型。

（1）路基本体模型设计需要沿线路进行模板放样，并与地形进行交互。路基与线路结合较为紧密，而Revit软件没有线路相关功能，无法生成路基本体。利用欧特克平台Civil3D软件线路路基相关功能，生成路基本体模型以及沿线路放样的路肩、电缆槽、排水沟等。对路基本体及附属结构物模型信息进行读取，同时读取线路信息，并把信息传入数据库。

（2）通过数据库存储信息，在Revit软件平台对路基本体模型进行重建，并利用数据信息，调用路基族库，批量布设路基边坡防护、支挡结构及地基处理桩、桩板结构等附属结构物，在布设的同时提取结构物信息进行数量统计，并利用Revit软件平台功能对模型进行剖切，生成路基横断面图和纵断面图，完成路基出图。路基模型统一为Revit模型，在项目中进行拼装、碰撞检查。

（3）在地理信息系统（Geographic Information System，GIS）软件平台统一进行研发管理功能，载入各专业BIM模型，进行项目管理。

（4）利用欧特克平台系列软件如Navisworks软件进行施工模型、漫游展示等，更为直观地表达设计成果。

3 软件应用

路基本体模型主要包括路基分层模型，按基床表层、底层及基床以下进行分层。利用Civil3D软件提供的装配功能，对路基标准横断面进行定制、约定，以便信息读取时可进行识别。对于沿线路进行放样的路肩、电缆槽、排水沟等，添加至路基装配部件库，同时将少量的重力式挡土墙、悬臂墙等添加至装配部件，通过参数化调整，在模型生成时，实现不同尺寸的过渡。

在Civil3D软件平台进行二次开发，集成Civil3D软件部分常用功能，利用其强大的线路及模板适应能力快速创建路线及路基道路模型。为做到以数据为核心的正向设计，需要对模型信息进行读取。基础信息来自线路对象，包含线路里程、断链、纵坡信息等；模型信息来自路基道路模型，主要包括各种部件、边坡、基点坐标等。将信息存储至数据库以方便查询及调用。

利用Civil3D软件生成路基本体模型，提取路堑模型开挖曲面，对地质模型进行剪切，生成开挖体以及开挖后地质模型，利用开挖体提取开挖土石方数量，完成土石方数量统计，部分实现地质与路基的协同设计。

4 BIM建模

西韩城际铁路建设项目BIM设计利用Revit软件实现了多专业的BIM建模，在该软件平台可以加强项目的整合能力。路基模型需要使用Revit软件格式，但利用Civil3D软件平台导出的实体模型无法在Revit软件平台完美重现，并且导出的模型缺少必要的数据信息，无法创建附属结构模型，不能与路基本体模型进行融合。

利用数据库技术读取Civil3D软件平台道路模型数据，在Revit软件平台重构路基本体模型，充分利用Revit软件参数化建模能力实现平台统一。在Revit软件平台，利用二次开发的功能，完成了附属结构物的参数化建模以及自动化拼装，对部分钢筋混凝土支挡结构进行三维配筋、对路基模型构件进行结构树管理。

4.1 创建路基模型

应用数据库技术在Revit软件平台重构路基本体模型，实现工程结构精细化设计与不规则地形的有机融合。路堑模型边坡进行薄面建模，以进行边坡防护结构的拼装。在建模过程中发现Revit软件平台对模型体量的限制，对大地坐标无法方便地设置原点坐标，需要采用相对坐标的方式。在建模时，首先提取模型中心处的坐标，把该大地坐标作为图形坐标的中心处，方便对模型进行查看和编辑。

4.2 建立参数化族库

充分利用Revit软件平台参数化功能，建立路基结构构件参数化族库，族库类别有轮廓、构件族，并按支挡结构、边坡防护、地基处理、排水等进行分类管理，通过族库管理程序进行参数化调用。族库分类管理见图1。

图1 族库分类管理

4.3 模型拼装

通过Revit软件平台二次开发的功能，对路基附属构件模型进行批量参数化拼装，提高建模质量及效率。路基边坡防护系统包括空心砖、拱形骨架、锚杆框架梁等常用的边坡防护结构，并包含镶边、护脚、脚墙、平台、侧沟、踏步等。对常用的支挡结构，如重力式挡土墙、桩板墙、悬臂墙、扶壁墙等进行拼装，模型与路基边坡进行顺接。对路基地基处理桩结合地形进行快速参数化布设，并对每根桩进行定位管理，提高设计精度，同时对不同形式的桩板结构进行参数化拼装。边坡防护及支挡结构的拼装模型见图2。

图2 边坡防护及支挡结构的拼装模型

4.4 支挡结构配筋

在Revit软件平台，通过二次开发对路基悬臂式挡土墙、桩板墙桩及挡土板进行快速参数化配筋设计，并对结构模型钢筋进行数量统计。悬臂式挡土墙配筋模型见图3。

图3 悬臂式挡土墙配筋模型

4.5 模型结构树管理

项目建模及信息添加严格按照铁路BIM联盟相关标准规定执行，按最小结构单元建模，并添加IFD编码，模型信息以结构化的数据形式存储至数据库。在模型管理中，通过结构树形式达到对路基结构模型的分级管理，对同一类型的结构构件可以进行批量化属性查询、属性修改、材质修改以及显示控制［5-10］。模型的结构树管理见图4。

图4 模型结构树管理

5 模型出图

Revit软件平台本身剖切出图不满足路基设计要求，与现行路基出图规范相差大，目前的设计体系以CAD图表达为主。对Revit软件平台出图功能进行二次开发，添加了路基出图习惯的标注，并加强了模型数据导出能力，统一在CAD环境出图、修改，以符合目前的出图习惯。出图功能也利用数据库技术完成，对模型信息的存储及调用使出图功能与建模信息始终做到数据同源。

6 模型应用

在Revit软件平台，由线路专业提供统一的相对坐标系，利用共享坐标等功能，对各个专业的模型进行链接、碰撞检测。对路基模型，按模型构件种类对模型之间的站位冲突进行自动化的检查及结果显示。

在Navisworks软件平台，按工程施工顺序进行路基施工模拟，在施工模型中主要包含土石方开挖、路堑桩板挡土墙施工、土石方二次开挖、地基处理施工、边坡防护施工、路基基床施工等。

路基模型进入GIS软件管理平台进行整合，通过模型结构树的属性定义，进行结构树管理、对模型进行快速定位，也可以对路基模型与桥隧模型过渡顺接检查等。

7 数量计算

路基本体、附属结构模型的调用创建均以数据为核心，数据信息可以方便导出基础数据，并可导出构件的长度、面积及体积等。限于目前的技术水平和设计效率，不可能实现所有构件建模，导出数量无法满足目前路基数量计算要求，但可以固定导出数据格式，充分利用原CAD软件功能计算工程数量，例如对土石方数量进行计算及统计，导出原土石方数量计算表格，进行土石方调配及汇总，满足目前设计体系的数量提交要求［11-12］。

8 结束语

西韩城际铁路建设项目BIM设计全面验证了铁路路基正向设计流程，结果表明：通过软件二次开发，可以提高BIM建模质量、效率以及模型利用效率，提升BIM应用价值；同时，还需加大软件开发力度，逐渐完善BIM正向设计体系。对于勘察设计的不同阶段、不同工作内容，还需要积极探索BIM技术应用、挖掘BIM技术的应用价值，并及时跟进行业技术发展、不断探索专业领域应用，使技术研发与实际应用有机地结合到一起，提高社会效益。