基于Revit的地铁铺轨参数化建模及工程应用

陶琦， 张忠， 刘正元， 酒静超

（中铁十九局集团第六工程有限公司）

1 引言

随着BIM 技术的大力推广和应用，一些大中城市提出了基于BIM 技术的轨道交通行业发展规划，采用BIM 技术来指导项目的设计与施工。王丰仓等[1]探讨了BIM 技术在地铁铺轨施工中的应用，实现了地铁铺轨施工精细化管理；潘泽铎[2]依托BIM技术实现了地铁工程项目进度、成本、质量、安全等信息的高效传递与集成；张楠等[3]基于建筑信息模型研发了地铁施工设备物资精细化管理系统，提升了施工过程的信息化管理水平；林艺勇[4]利用BIM 技术对地铁车站建筑进行了可视化和三维化协同设计；王朋霞[5]研发了轨道交通BIM施工管理系统，提升了轨道交通管理质量和效率。针对铁路模型建模过程烦琐、各组件拼接复杂、建模效率低等问题，一些学者尝试着进行参数化建模。黄莹等[6]基于Revit平台探索了参数化建模的思路与方法，验证了铁路参数化建模的实效性；马腾[7]提出了参数化建模方案，实现了隧道盾构管片BIM模型的参数化创建；张红薇[8]总结归纳了在Revit 族文件中创建盾构管片的重要参数和方法，通过编写的程序界面快速生成了盾构管片模型；高建新等[9]开展了基于BIM 的参数化隧道标准建模方法研究，实现了隧道BIM 模型的信息交互；庞思雨等[10]采用参数驱动三维模型生成的方法，验证了参数化设计在信息模型建立过程中的可行性和必要性。然而，由于地铁的轨道结构形式、铺设方式及施工组织设计等方面均与普通、高速铁路存在较大差异，因此无法在地铁轨道建模中实现信息交互和信息共享，亟待开展地铁轨道方面的BIM构件参数化建模，提高地铁铺轨建模效率。

本文以广州地铁十四号线二期工程轨道铺设项目为工程依托，开展基于Revit的地铁铺轨参数化建模研究，使模型尺寸更加精细，实现通过输入线路相关参数就可完成地铁轨道工程三维模型的装配和搭接，以降低施工出错率，提高施工质量和效率。

2 工程背景

广州地铁十四号线二期工程（广州火车站 -嘉禾望岗），起于广州火车站，沿广园西路、机场路、106国道至嘉禾望岗站，线路全长约为11.9km，全部为地下铺设，共计9座车站，8个区间，其中换乘车站3座，平均站间距1.5km。线路图如图1所示。

图1 广州地铁十四号线二期工程线路图

广州地铁十四号线二期工程正线一般扣件整体道床11.669km，中等减振段1.891km，高等减振段1.485km，特殊减振段8.064km，辅助线一般扣件整体道床0.518km。60kg/m钢轨9号单开道岔5组，交叉渡线4组，全线设置2个铺轨基地，分别在岗贝站、创意园站。

3 参数化建模实例

3.1 地铁轨道线路形式

根据铁路线路设计规范，铁路线路平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线构成，称之为平面线形三要素。

1）直线

直线在铁路线路设计中被广泛采用，直线路段的布设应考虑沿线地形、地物条件，驾驶员的视觉感受以及保证行车安全等因素，不宜过长和过短。直线线路参数化模型如图2所示。

图2 直线线路参数化模型

2）圆曲线

圆曲线是平面线形中常用的线形要素，行驶在圆曲线上的车辆由于受离心力作用，其稳定性受到影响。为抵消或减小离心力的作用，圆曲线上路面须做成外侧高、内侧低的形式，称为横向超高，同时圆曲线的半径应尽可能采用较大的值。圆曲线线路参数化模型如图3所示。

3）缓和曲线

缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶，缓和曲线应有足够的长度，圆曲线上的超高和加宽的过渡也得在缓和曲线内平顺完成。缓和曲线线路参数化模型如图4所示。

图4 缓和曲线线路参数化模型

3.2 地铁轨道道床轮廓

地下线整体道床是由混凝土整体灌筑而成的道床，道床内可预埋木枕或混凝土枕，也可在混凝土整体道床上直接安装扣件、弹性垫层和钢轨等。本工程地下线整体道床包括明挖矩形隧道整体道床、盾构圆形隧道整体道床和暗挖马蹄形隧道整体道床。参数化模型分别如图5～7所示。

图5 明挖矩形隧道整体道床轮廓参数化模型

图6 盾构圆形隧道整体道床轮廓参数化模型

图7 暗挖马蹄形隧道整体道床轮廓参数化模型

4 参数化模型工程应用

广州地铁十四号线二期工程施工配合协调工作量大，干扰与制约因素多。铺轨工程作为一个承前启后的关键工序，通常在“关门工期不变，前道工序滞后，后道工序工期有限”的状态下组织施工，铺轨施工处于“前挤后压”的一个不利态势。本条线路共涉及预制板减振道床约9.85km，高等减振段1.485km，特殊减振段8.064km，各类道床布置比较分散，且因施工精度要求高，施工工艺转换较频繁，预制板铺设周期长，施工难度较大，严重影响轨道工程的施工工期和施工质量控制。

本研究基于Revit建立地铁铺轨参数化模型，完善模型施工过程信息，通过改变参数生成不同类别的线路形式、道床形式、枕轨形式等，可完成地铁轨道工程三维模型的装配和搭接，以达到快速建模的效果。广州地铁十四号线二期工程部分区间铺轨效果如图8所示。

图8 广州火车站-乐嘉路站区间铺轨效果图

5 结语

本研究以广州地铁十四号线二期工程轨道铺设项目为工程依托，基于Revit软件开展了地铁铺轨参数化建模研究，完善了适用于地铁轨道的BIM 构件参数化族库，实现了地铁轨道模型的快速搭接工作。主要研究结论如下：

①结合铁路BIM 标准及轨道专业构件尺寸，建立了地铁轨道及附属部件的参数化模型，并完善了参数化族库。在进行类似地铁工程建模时可根据模型要求直接从族库中调用特定的族，然后进行参数控制以满足项目所需，为相关地铁轨道铺设项目提供了技术支持。

②基于BIM技术开展的地铁铺轨参数化建模显著提升了地铁轨道构件的建模效率，降低了建模出错率，可提高地铁轨道工程三维模型的装配和搭接效率，加快施工进度，研究成果可为地铁轨道铺设的施工管控提供有效指导和技术支持。