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基于BIM 理念的铁路隧道三维设计

2019-2-21 09:31| 查看: 426| 评论: 0

  铁路建设并不是一件容易的事。在地球上,山地面积占陆地面积的三分之一,而我国山地面积占国土面积三分之二以上。工程师们费尽心思采用各种方法来满足铁路建设的需要。铁路隧道,无论是贯通高山或是潜入深水,都可以称得上是引人瞩目的工程壮举。
  铁路隧道:修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为:山岭隧道、水下隧道和城市隧道。

  世界著名铁路隧道
  自1826年英国在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770m的泰勒山单线隧道和长2474m的维多利亚双线隧道以来,世界各国相继修建了大量铁路隧道。下面小编带您欣赏一些著名的铁路隧道。
  雷塔恩铁路全长120km,穿越阿尔卑斯山区100多座隧洞和桥梁,被称为“世界最奇妙的高山旅游线路之一”。

雷塔恩铁路上一列火车驶出隧道
  2016年6月1日,全球最长和最深的铁路隧道——圣哥达隧道在瑞士开通,该隧道长度达57km,最深处可达圣哥达山体下方2300m。

瑞士圣哥达隧道入口
   日本青函隧道是世界最长的海底隧道,穿越日本本州岛与北海道岛之间的津轻海峡,全长53.85km。

日本青函隧道地理位置
  我国铁路隧道
  我国幅员辽阔,高原起伏、群山连绵、崇山峻岭密布。为发展铁路建设,我国修建了许多高难度隧道。
  中国有多少隧道?
  我国公路、铁路隧道总长约2万公里,各类水下隧道总长超过1万公里。如果加上在建和纳入规划的,中国隧道总里程可绕地球赤道一周有余,规模和建设速度均居世界第一。
  中国隧道有多牛?
  世界上海拔最高的铁路隧道、世界上最长的湖底隧道……从高原到溶洞,从江底到海底,条条“长龙”钻山入海,是中国隧道建设水平跨入世界前列的无字丰碑。
  风火山隧道位于青藏高原腹地,可可西里“无人区被称为生命的禁区”边缘,介于昆仑山与唐古拉山之间,全长1338m,进口轨面海拔4905m,是目前世界上海拔最高的铁路隧道。

风火山铁路隧道
  北京在建地铁14号线东风北桥站,直径10m的隧道不断地延伸。这是国内最大的地铁隧道,高度相当于3层楼,可同时容纳往返两列列车行驶。

北京14号线地铁隧道
  基于BIM的铁路隧道三维设计
  随着我国铁路行业的发展,铁路隧道工程越来越注重投资的控制、设计的缜密、施工的安全和运营的高效,逐渐转向低碳、环保、可持续的方向发展。将BIM和三维设计技术有效结合并应用于铁路隧道设计阶段,以提高设计单位核心竞争力是必然的发展方向。
  铁路隧道工程中BIM可定义为:“利用信息模型对铁路隧道项目进行规划、设计、施工、运营的过程。模型包含了项目所有的几何尺寸、空间关系、结构功能和性能等信息,项目不同参与方应共同维护该模型,并基于相关信息进行协同工作”。

铁路隧道工程BIM模型6大特点
  BIM在三维设计中的技术路线
  BIM技术的应用并非单一软件平台的运用,而是多软件的协作,并要求信息模型能在各软件之间无损交换、无缝链接,因此可选择同系列的软件相互配合以实现BIM技术的应用。
  ENOVIA:协同管理平台,负责全生命周期内信息协调和数据管理
  CATIA:产品设计平台,用于设计阶段建立三维模型
  DELMIA:仿真应用平台,用于对施工工法的动态仿真和施组计划的制作
  3DVIA:三维展示平台,用于设计模型的轻量化展示等

BIM技术在三维设计中的技术路线
  模型建立
  铁路隧道三维设计中的模型建立工作主要包括:地质三维建模、三维选线和隧道三维建模。
  其中,三维建模的技术方法包括:骨架继承、参数设置、草图绘制、模型建立。

Ve型洞身初期支护实体模型

Ve型洞身二次衬砌实体模型
  信息附加
  信息是BIM模型的灵魂,脱离了信息的三维模型不能称之为BIM模型,附加的信息主要包括几何信息和非几何属性。

属性附加信息
  工程量计算
  在建立三维模型并设置好参数的基础上,实现隧道正洞、辅助坑道、附属洞室等工程量的自动统计与输出,可有效提高设计的效率和精度。

铁路隧道洞口三维工程量统计
  二维出图
  我国相关法律法规对二维工程图已有明确的规定,但尚欠缺对三维模型的规范,所以现阶段在推行BIM三维设计时必须同时形成具有法律效应的二维设计文件。因此,二维工程图与三维模型的联动与输出不仅能满足现阶段出图需要,还可极大程度地提高设计单位的工作效率与精度,为BIM 三维设计技术的推广提供保障。

隧道衬砌断面二维出图
  研究铁路隧道BIM基本理念,可为后续实现三维设计奠定坚实的理论基础。BIM技术以数字化、信息化和可视化的方式提升了铁路隧道设计阶段的精度和深度,实现了设计文件的方案优化与碰撞检测。

来源:铁路BIM联盟
注:部分内容参考以下文献[1]李君君,李俊松,王海彦. 基于BIM理念的铁路隧道三维设计技术研究[J].现代隧道技术,2016(1):6-10.

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