业应 ；１１囊紫 厅 Ｂ Ｉ Ｍ技术在高速铁路隧道设计中的应用 －王浩 摘要：ＢｌＭ技术强调对２７＿程全生命周期的管理，可以有效提高设计效率、控制施工质量和工期，同 时可节约成本、方便运营维护 铁道第三勘察设计院集阁有限公司隧道专业先后参加了京沈客专、 阳大铁路、济青高铁工程，在ｌｊＩＭ技术应用方面取得了一定的突破和进展 以京沈客专李家梁隧道 为例，阐述ＢＩＭ技术在铁路设计中取得的成果及存在的问题：对铁路工程设计阶段较为关心的协同设 计、参数化设计、工程量计算等问题进行探索性研究 关键词：ＢＩＭ；高速铁路；隧道；协同设计；模板化 参数化；工程量 中图分类号：Ｕ４５２；ＴＰ３１９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ６７２ Ｉ｝ｎ１Ｘ（ （Ｊ１６）（）ｊ Ｉ）Ｉ）７５一（１５ 近年来，我国高速铁路建设事业不断推进发展。随着 项目的不断进行和开展，采用新技术以提高工程建设的质 （３）该数据标准应具有两大特征 公开的标准（支 持所有软件）：结构化的标准（支持自动交换）。 （４）该数据标准由数据存储标准、信息传递标准、 量、缩短过程建设周期、控制投资成本的需求日益增加， 而Ｂ ｌ Ｍ技术在建筑行业的成功应用给铁路行业很好的启 信息语义标准３部分组成（见图１）。数据存储标准解决格 式兼容的问题，信息传递标；佳解决有序沟通的问题，信息 语义标 隹解决语义统一的问题。 发。与传统铁路设计相比，采用Ｂ １ Ｍ技术进行铁路设计在 信息共享、设计协同、进度控制等方面具有一定优势。目 前Ｂ Ｉ Ｍ设计在规范标准制定和设计软件定制等方面仍处于 起步阶段。为了探索ＢｆＭ技术在铁路行业的应用之路，中 国铁路总公司选定几个试验段进行Ｂ１Ｍ技术的尝试。 １．２确定软件平台 由于ＢＩＭ技术并非起源于铁路行业，因此现在所能够 购买到的ＢＩ Ｍ设计类软件全部都无法完全适应铁路行业的 １ 前期调研与技术准备 １．１制定信息编码 由于ＢＩＭ技术强调对工程项目的全生命周期管理，因此 要求模型信息在设计、施工、运维阶段能够顺利地传递。而 且ＢｌＭ技术强调设计过程中各专业问的协同设计，要求模型 信息在同一阶段不同的设计者之间顺利地传递，因此制定统 的信息标准就成为ＢＩＭ技术发展的重要步骤。 ＢｌＭ数据标；佳和实施标；隹包含以下要点” （１）是不同软件之间可以自动进行信息交换的数据 标准。 （２）是所有软件都支持的中间文件，软件之间的信 息交换通过该中间文件来实现。 图１数据标准的组成 ２０１ ６年第３期 ７５ 蓑：蔓 蜷’ ’ ：誓 西／ 』 州 应｝，●－ １１ 习。由于铁路行业本身具有工程体量大、呈带状分布、 板建立的工作量。因此参数化就成为工程模板建 重要步骤，而在同一模板当中控制不同设计参数 是参数化设计。 十结构众多、专业间上下序复杂等特点，对ＢｌＭ软件的 ｛之较高 。首先需要软件平台具有较好的开放性，拥有 虽的用户定制以及自主开发能力，并且能够允许不同专 司的多专业协同设计：其次，由于铁路工程体量较大， 要软件平台对于大数据的处理能力较强。 建立实体模型 Ｉ隧道骨架线 建模采用骨架建模思路，即存项目开始阶段首先确定 旱骨架线，然后以骨架线为基础搭建实体模型。由于铁 ［挥的带状特衍，选取线路左线作为骨架线较为合理。 线路左线根据各专业间缺口卑程，划分一级骨架线， 专业再将一级骨架线根据内部需要划分为二级或三级骨 戋用来定位实体模犁。隧道专业骨架线结构树见图２。 参数化工程模板 为了减少重复建模的工作量，需要将已经建立好的模 ６ 作为工程模板。即通过建立带有逻辑关系的模板将一 莫 归纳，并通过不同的实例化输入条件和参数适应不 ｛勺边界条件。虽然建立模板的过程会消耗部分时问，但 午日后模板的重复使用过程中可以节约许多工作量。 由于隧道工程中不同的围岩条件会对府不同的设计参 如初支、二衬厚度、钢筋直 等。相同的支护形式， 司的设计参数 然廊该被包含在同一模板当中以减少模 隧道专业骨架线结构树 如图３所示，钢筋设计中常用的设计参数都 构树上罗列，可供设计者直接选取修改。 参数化设计中的参数可以分为两类一类 计者直接设计的参数，如图３中内外侧保护层厚 类型钢筋的直径及间距 ：第二类为非本构件直 数，如图３中的二衬厚度和仰供厚度，属于其他 计参数，需要在本构件当中引用。此类参数设计 改将会自动参照等于指向构件的设计参数，如二 直接与二衬构件当中设计者设定的厚度参数相等 业目前所有模板遵循数据同源 佳则，即不同模枥 参数来源相同且只需要输入一次，在提高效率 保证了数据的准确，不会造成二衬构件中的二 筋构建中的二衬厚度不相等的情况。 图３隧道钢筋模型及设计参数 业 应 用 紫 由于目前尚未建立一个可以包含所有专业数据的数ｊ 专业间协同设计与专业内协同设计 专业间协同设计 铁路工程设计是一个涉及多专业的复杂设计过程，在 库，因此隧道专业独自编制了一个可以包含隧道设计所 要绝大多数参数的ＥＸｃｅＩ表格。所有的设计参数按要求［ 格式在表格中选择或填写，各模板或模型所需数据全部 自该设计表格，有效地做到了数据同源。 佃是采用Ｅ Ｘｃｅ１表格模式具有较大的缺陷，首先， ＥＸｃｅＩ与数据库相比，在处理大数据方面差距较大。当ｉ 据量庞大时Ｅｘｃｅ１难以进行高效管理，只能依靠设计者ｆ 中各个专业之间需要进行频繁的资料交流和共享，因此 合理的专业间设计协同流程就显得尤为重要 。 目前铁道第三勘察设计院集团有限公司采用的方式 将需要进行交流的资料发布在专业问节点以实现资料 享。通过发布的命令可以有效地将专业内的修改以及 他专业的沟通很好地分割开来，不会出现专业内很小 改都会影响到整个铁路工程的所有专业，只有在修改 后更新发布，才会对其他专业产生影响。专业间节点 ４。 目前该模式仍然具有一定的局限性。虽然各专业都将 共享的资料发布，但是并未区分究竟提给哪个专业， 业只是将自己需要发布的内容用平铺形式发布在专业 点本专业的／Ｊ＼节点下。其他专业在需要使用的时候就 对应的节点下寻找。各专业更新自己的发布对其他专 没有实时通知，需要大量的口头交流。另外，专业内 修改会引起整个工程或其他专业怎样的变化，会不会 下序专业的模型无法更新等问题，由于经验不足尚未 得到解决。 专业内协同设计 铁路工稃专业内部设计并不是由同一人完成，因此需 计流程满足多人同时设计的要求。 专业内协同通过用户角色确定，由负责人将任务分配 设计者，各设计者可以任意打开浏览所有节点，但只 自己负责的节点进行修改和保存。 专业间节点 经验进行管理。其次，ＥＸｃｅｌ表格在设计时更加容易｝ 错，如设计者在使用过程中误修改或删除某些不应该由 计者修改的单元格，将造成数据链接的错误。 ４ ＢＩＭ技术对设计工作的作用 从设计角度来看，Ｂ ｌＭ技术对于设计工作的提高主 表现在两个方面，一是提高设计效率，二是提升设计 量。 目前，Ｂ１Ｍ设计的效率相比传统二维设计还有较大 距，但是可以预见通过模板库的不断完善，设计流程的ｉ 断优化，Ｂ ｌ Ｍ设计的设计效率也会逐步提高。从提升设 质量来讲，目前对于专业最大的进步在于，隧道洞门处ｉ 仰坡刷坡与地形的相互关系同传统的二维设计相比，更 ；佳确。对于隧道洞门位置的选取以及洞门排水系统的设 有较大的借鉴意义。 如图５所示，由于在传统二维设计中，洞口边仰坡 坡边界是由设计者根据经验估计得出，往往与实际相差 大，特别是在坡率较陡的位置。图中所示刷坡为采用ＢＩ 设计的刷坡情况，截水天沟为二维设计中的天沟位置， 明显可以看出在红色虚线部位两者发生了干涉碰撞。 Ｂ ｌＭ设计方法在洞门位置选择方面也可以提供比二 图５京沈客专李家梁隧道洞口防截水天沟原设计 ２０１ ６年第３期 ７‘ 应ＪＩＪ 一 大铁路南岭隧道进口洞门二维设计原始位置，图（ｂ）、图 设计更加方便；佳确的设计思路。如图６所示，图（ａ）为阳 ５ 存在的问题 １ ＿∞ （Ｃ）分别为洞门位置向外移５ ｍ、１ ０ ｍ两种情况。通过 将洞门刷坡做成模板的方式可以一次性快速将某一位置的 刷坡显示出来。之后通过参数的调整使刷坡沿线路前后移 动，并显示对应的刷坡情况。可以清晰地看到不同洞口位 置所对应的刷坡情况，有效指导洞门位置的选择。 （ａ）二维设计原始位置 （ｂ）洞门位置向外移５ ｍ （Ｃ）洞门位置向外移１０ ｍ 图６阳大铁路南岭隧道进口洞门位置比选 ７８ ２０１ ６年第３期 虽然在京沈客专李家梁隧道中应用Ｂ ＩＭ技术，较好地 依靠骨架建模及模板化提高了设计效率，并拥有了一套较 为可行的协同设计流程。但是由于铁路行业ＢＩＭ应用时间 较短，目前仍存在许多不足之处。 （１）模板库的建立尚不完善。铁路行业的模板库从 京沈客专试验段开始建立，而模板库的建立是一个从无到 有、从多到少的漫长过程。不同运行时速、不同支护方式 的相互交叉会造成模板库中待建模板的工作量非常巨大。 解决这一问题的方式除了依靠时间积累外，还需要提高模 板的适用性，使一个模板可以适应更多条件，从而大幅减 少模板建立的工作量。 除了模板类型严重不足外，已经建立的模板在参数化 程度上也存在不断完善的空间。目前为设计者开放的设计 参数仅仅是最基本的设计参数，仅能够满足一般的设计状 况，一旦出现特殊状况需要特殊设计时，现有模板就会因 为自身局限性无法使用，只能够通过手动修改模型的方式 来完成，大大降低了设计效率。 （２）工程量的自动计算仍无法达到工程要求。工程 量的计算是设计过程的重要环节，及时计算出工程量是有 效控制工程成本的有效方式，也是设计变更的重要依据。蛆 ｑ “ｇ ｉｌｉｌ京沈客专试验段探索了工程量的自动计算方法，但是由于 ｉ岫舶¨札神蛐蛐“忡帅槐札性 他帅“ ｌ Ｉ；编码尚不完善，仅对部分构件进行了试验。结果输出的工 Ｈ 程量虽然较为 隹确，但是输出格式不符合工程要求，为平 铺式罗列（见图７）。系统自动将所有构件依次罗列在表 ＇１１ｔ ％，峭 ●Ｉｍ ｍ№： Ｕ Ｕ Ｅ－ｆ‘￡¨｝ ；Ｅ ！＊Ｌ ．：：’ Ｕ ＿｝４枷 ｊ“ｍＨ－≈¨ ｍ ＋ 竹嘣 Ｈ ｉｌｔ 肿 ｜ ＿１１１聃ｎ 拽啦 帅 ． ＿ ｕ １ 、１１１ ｎ １１１＾‘ 盹氟可｜髓 竹删 】 Ｉｆ踽 札＾ 喇 １１１ ｎ￣，ｌｌ硼啊ｌ｝ 明 Ｉ缸＾ 棚ｌｔ许 Ｉｎ－ ＊● ，砷 ｎｍ＊ｎ ｎ ｌ Ｉｌ ＾１． Ｈ 、¨，｝ｍＩｊ 薯ｔ啮 ＩＩＪ Ｉｌ 蚪・ ￡ ｔ ｎｆ ＋．±：’ 】 ｌｌ￣ｌ＼ｇ，稍 讳＇ｚｎ ｎ ’．Ｐｉｌｌｎ 雌 ●Ｉ¨ｌ＿１．１１＾ ｂ¨ 村＾ Ｉ｜ｎ埔 ”口％ｆ 州隋 “州 ＊” 帆ｑ■ｌ＿Ｊ ｉｌＩ｝｛ ｔ ≈¨ ｌ 肼 ｚ ，１１辩ｚ孵瓣 ¨ｍＨ“ １ ¨ Ｈ ｎｔｌ “ “ 村 ｎ埔 ●壮ｌ ｎ １１１蛆 Ｈ ｌ ＿ｔ哺 ｛｛ ； ｎｍ Ｈ＃Ｅｍ ． 时¨＾胡 ｄ坩 蛭‘ｊ 船 ｜｜＊ 靴ｒ １１１＾ｎ ０ ｎ ＿－Ｉ Ｈ 娜ｄ日 －辨 ：： 艚ｉ￣Ｉｔ７ＩＩＩ ∞ －Ｉ ］瞄 图７工程量计算输出表格 ＝． ｌ¨钍“ ｌ；¨ Ｉｌ ｝融 争业应 用 鬃 厅 格第一列，无论是否需要计算其工程量，并且各构件间没 有从属及逻辑关系，与实际应用的工程量表格（见图８） 有较大差距。两者之间如何结合仍然是需要解决的问题。 表２ ｌ洞广 『及明洞 附属输 表 簟位 －Ｃ３） ＾（３） －（ 计阶段较为关心的协同设计、参数化设计、工程量计算等 问题进行探讨并提出未来研究方向。在短期内，Ｂ Ｊ Ｍ技术 急需解决的问题应该是提高工作效率及工作质量，只有让 使用Ｂ ｌＭ技术的人员意识到Ｂ Ｉ Ｍ技术带给自己的提高和便 避口 ＩＩ ■ 利，才会使更多的人主动学习并使用ＢｌＭ技术，才能够将 ＢＩＭ技术深入推广开来。 －（３） ＾ｆ ３） ｌ Ｉ效层吐艟体■■ ●层 嚣＊■■ ＾ｆ ３） ＾∞｝ Ｌ Ｌ 明 异坨 ４Ｅ＇ＵＩ｜｜件■■ ＾（３） －ｌ” ｌ｝ 积层扭醋体疆鲁 ●暑扭艟 矗■ 般开瞳 －（３） －ｆ３） ＾（３） ＿（３） Ｌ ７参考文献 …何关培 实现Ｂ１Ｍ价值的三大支柱——ＩＦＣ／ＩＤＭ／Ｉ ＦＤ［Ｊ１ 土木建筑工程信息技术，２０１ １（３） １ Ｏ８—１１ ６． 【２１石耀勇，兰婷 浅析ＢＩＭ技术在铁路建设中的应用 铁路工程造价管理，２０１ ４（５）６５—６７ 【 积是蛆碱俸曩ｔ ｃ２０ ●基蛆氍俸疆鲁 ± －（３） －ｆ３） ｔ（，） ＿（３） ｌ■ 明羽回填 睦匿 拈± ５水臣 －ｃ３） －（３） ｌ Ｉ ＾（ ＾（３） Ｉ Ｌ ＿（３） －（３） ２ｌ蟠 ｆ Ｉ －（３） －（ ●墙 ■ 【 羁门开琏 士石 职暑蛆碱捧■■ ●是ｎ碱体■■ ｔ ｃ －ｆ ＾（３】 －（３） 【 ｆ３ Ｊ李丽，马婷婷，袁竹 ＢＩＭ技术在铁路隧道设计中的应 用［Ｊ］．铁路技术创新，２０１４（５）：４５—４８ 订暑蛆 ■■ －ｆ １ －Ｃ３’ －（ 计嚣蛆 竦■■ ●量蛆甜俸■■ １ｆ３１ －（∞ ＿（３） 晤嚣 甚ｔ 浆 溢忤 －（ ｋｆ ３９２ ＾３Ｅ２ Ｉ ■ 【４】刘延宏Ｅ ＢＳ在铁路工程建设管理中的府用探讨【Ｊ】 － Ｔ０拈 Ｉ８４ ■ 胃礤水 ｜赫 簟术关 嗣 赫 三七茼 十 层 －（ ｋｚ －ｃ 中国铁路，２０１５（７）：６２—６５ ｋ￡ －ｃ３） ｌ１ＩＳ ４００ ｔ ■ ● ＿ｆ３） ＾ 捧水■ｔ 悍量出 口 －（３） －ｃ３Ｉ ■ ｒ 十 谊幼防护网 七灰土垫葛 ±５异控 氆苣 蕞面防护 拦石闩 捕蕾桩 擅埔 ＾《２） ＿ｔ２） ＾（３） ＿（３） － －（３） ●（∞ 图８实际应用的工程量表格 王浩：铁道第三勘察设计院集团有限公司，助理工程师 ６结束语 以京沈客专李家梁隧道为案例，阐述目前Ｂ ＩＭ技术在 铁路行业应用取得的成果以及存在的问题。对铁路工程设 天津．３｛）（１２５１ 责任编辑卢敏 上接第６４页） ９］朱丹 铁路行业Ｅ Ｂ Ｓ分解研究【Ｊ】 铁路技术创新 ２０１５（３）．２１—２３ 【３】刘延宏Ｅ ＢＳ在铁路工程建设管理中的应用探讨【Ｊ】 中国铁路，２０１ ５（７）６２—６５ 【４］李丽，马婷婷，袁竹ＢｌＭ技术在铁路隧道设计中的应 【１Ｏ】李华良，杨绪坤，沈东升铁路工程信息模型分类和 编码标；佳研究【Ｊ】铁路技术创新，２０１ ５（３）：１７—２Ｏ 【１ １】朱纯瑶，杨绪坤 建筑信息分类编码体系对铁路ＢｆＭ的 借鉴作用【Ｊ］铁路技术创新，２０１４（５）３５—３８． 用【Ｊ】．铁路技术创新，２０１４（５）４５—４８． ［５】魏帅『泉 Ｂ Ｊ Ｍ技术在铁路桥隧工程中的应用研究【ＪＪ铁 路技术创新，２０１４（５）：９—１３ 【６】刘彦明，李志彪．ＢＩＭ技术在铁路设计中的推广应用【Ｊ］ 铁路技术创新，２０１ ５（３）：５１—５４ ｆ７］张雪才，ＢｊＭ技术在铁路设计行业的应用研究【Ｊ】铁路 技术创新．２０１４（５）：１４—１８． ［８】杨咏漪，徐勇，陈列 沪昆客专北盘江特大桥ＢＩＭ应用 研究［Ｊ】铁路技术创新，２０１ ４（５）５４—５８ 艾山丁：铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师．是 津．３（）（｝１４２ 责任编辑高红义 ２０１６年第３期 ７９