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BIM在铁路施工组织设计中的应用探讨

2019-4-15 11:05| 查看: 126| 评论: 0

  随着我国经济水平的日渐提高, 铁路建设事业得到了迅猛发展。至2020年全国铁路营业里程将达到15万km左右。大规模铁路工程建设促了进铁路建设运营技术不断创新发展。在高速铁路领域,在“四纵四横”高速铁路的基础上,形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网。
  作为贯穿整个铁路建设的重要环节,铁路施工组织直接关系着铁路工程进度、质量、安全等多方面的工作成效,也决定着铁路工程造价的高低。本文基于BIM技术的特点,探讨在铁路施工组织设计中应用BIM技术的构想,以期提高铁路施工组织设计水平。

  铁路施工组织设计中BIM的特征及功能

  BIM具有可视化性、协调性、模拟性、优化性、可出图性、一体化性、参数化性、信息完备性等特点,将BIM技术应用于铁路施工组织设计, 则进行铁路施工组织设计应具有以下特征及功能。
  ● 三维展示铁路设计信息  设计者能通过三维可视化的方式直观地查看铁路设计信息,铁路设计信息包括线路地理位置、走向及与临近铁路的相互关系,路、桥、隧等工点的位置及设计情况,沿线地形地貌、地质、水文等自然特征。铁路设计信息应与站前、站后各专业设计内容一致。
 ● 动态管理施组要素信息 能在已有的铁路设计信息中动态地添加、编辑各施组要素,并建立共享信息库,对施组要素进行管理。施组要素包括可利用的公路、铁路、水路运输情况,沿线可利用水源、电源情况, 建筑材料的分布情况, 大临工程的设置方案等
  ● 模拟演示施工进度 能在铁路工程3D建筑模型的基础上与施工进度结合, 形成4D进度模型。以动画的形式模拟演示随着施工时间的推进各部分工程完成情况,可视化地展示施工工艺、工序。同时可以自动计算施工总工期、分年度资源配置等
  ● 快速计算工程费用 能在4D进度模型的基础上与工程费用结合,形成5D费用模型。根据施工进度自动计算分年度静态投资, 并与造价系统共享信息,自动计算运输单价、大临工程费等
  ● 自动规划材料运输路线 能自动规划材料运输路线,并实现材料运输方案的最优化。材料运输方案包括运输工具的选择(如调车、营业火车、工程列车、汽车等)及对应运距的统计
  ● 自动设计重点大临工程 能自动设计重点大临工程,包括规划功能分区, 三维布设场地, 配备大型施工装备, 进行碰撞检查及工程数量的计算, 并能进行多方案技术经济性比选,自动确定供应半径。
  ● 自动生成成果文件 能自动生成成果文件,包括施工组织设计总说明施工总平面布置示意图、施工总体形象进度图、材料运输方案表等附表

  铁路施工组织设计应用BIM技术的思路及方法

  如若实现前述铁路施工组织设计的特征及功能,需要以BIM为技术核心,以GIS数据、铁路设计信息、施组要素信息为基础,运用计算机及信息网络技术, 建立铁路施工组织设计协同平台,在协同平台上进行三维可视化施工组织设计。通过协同平台,设计方、建设方、施工方可以共享和传递数据信息,有利于协同工作和施工组织设计的优化。

  建立相关数据信息库

  建立铁路施工组织设计所必须的数据信息库, 包括GIS数据库、铁路设计信息库、施组要素信息库, 各数据信息库之间数据相关联。

  GIS数据库
  GIS数据库包含不同比例尺的政区图、地形图、地质图、交通图等, 能反映地形、地貌、地物、地质、水文、交通等信息。地图数据可来源于OpenStreetMap开源数据,也可来源于谷歌地图等闭源数据。高程数据可采用SRTM的DEM,用于生成等高线。对于重点大临工程所处区域,可以通过现场勘测获得加密的地图数据。把GIS数据库中平面坐标数据与高程数据结合起来, 可以构建具备空间场景的三维立体模型,方便进行可视化设计。另外,GIS数据库中包括航拍图片,可以直观地察看现场情况,部分代替人工现场踏勘,减少工作量。

  铁路设计信息库
  铁路设计信息库包括线路、站场、路基、桥梁、隧道、轨道、四电、房建等专业的设计信息。如线路技术标准、里程、断链信息,路桥隧工点的WGS84坐标数据,桥梁孔跨结构、下部结构, 隧道辅助导坑等设计信息。
  铁路设计信息库的数据,一方面来源于站前、站后各专业共享的设计数据, 另一方面来源于工经专业的现场调查数据,如交通运输、材料供应、施工干扰等情况。

  施组要素信息库
  施组要素信息库既包括可用于材料运输的公路、铁路、水运信息,如公路道路标准、路面类型、路面宽度、路况、利用长度等,铁路技术标准、可利用车站规模、货运情况等,水运航道标准、利用情况等;又包括供应铁路建筑材料的料源信息,如石场、砂场、材料场、钢轨场、轨枕场、道砟场等。也包括大临工程的设计信息,如里程、位置、占地面积、地形地貌、交通运输等。
  施组要素信息库外业通过手机移动端进行数据采集, 内业通过PC端进行数据整理和补充。手机移动端数据采集有自动和手动两种模式, 自动模式采用GPS定位记录位置坐标及行车( 走) 轨迹线, 手动模式直接在手机屏幕上点点定位或点点划线。通过自动或手动模式创建施组要素对象后, 再在手机移动端将对象属性初步填写完成。转入内业后, 将施组要素对象仔细修改使之准确无误, 并将对象属性详细填写完整。

  通过协同平台进行施工组织设计

  在协同平台上从空间和时间两个方面进行施工组织设计。空间上以施工总平面布置图为主线,涉及内容有重点工程的分布及施工方案、大临工程的布置及设计、建筑材料料源分布及运输等。时间上以总体形象进度图为主线, 涉及内容有控制工期工程和重点工程的开工时间、完工时间及工期,梁场、轨枕板场、铺轨基地的施组方案,横道图及年度资源配置等。
  协同平台与数据信息库相联,加载GIS数据、铁路设计信息及施组要素信息后能够立体展示设计线路的空间形态及施组要素与设计线路的空间关系。通过漫游模式,设计者可足不出户即能身临其境地观察到设计线路周边地形地貌等环境信息及工程设计情况,有利于进行重点工程的施工方案设计及优化。
  通过协同平台,设计者能够在外业调查前提前进行重点大临工程的设置方案研究, 使现场调查有的放矢,提高效率。协同平台存储有重点大临工程的标准模式设计方案数据,并能够根据工作范围确定规模,自动调整设计方案数据。由于具备三维地形信息和地质、水文信息,协同平台能够在选定的地点进行重点大临工程的可视化设计和碰撞检查,并能生成设计图和计算工程数量。
  协同平台利用GPS定位及导航服务,能够搜索工点,自动导航,并将导航结果生成可利用公路系统。根据创建的公路系统和已有的铁路系统,协同平台能够按照最短、最经济及均衡供料的原则规划材料运输路线并计算运距。计算完成后在地图上选择工点, 则会显示材料运输路线。不同的运输方式用不同的线型和颜色区分,方便査看。
  协同平台根据全线工点的工程类型和数量计算工期,并自动组织流水施工。同时,根据重点大临工程的设置情况,统计架梁、铺设无砟道床及铺轨数量, 并根据相应工期指标计算工期。当各类工程的工期及开工时间和完工时间确定后,即可将铁路工程3D建筑模型与施工进度关联起来,进行4D虚拟施工和进度模拟。另外,协同平台能够对大临工程进行WBS分解,与造价系统相关联,计算工程费用,创建5D费用模型。

  通过协同平台共享和传递数据信息

  设计各专业通过协同平台能够进行数据信息的交流, 共同制定设计方案, 如梁型的确定和梁场的布设、隧道工期的确定和辅助导坑的设置等。同时, 协同平台支持设计方、建设方、施工方访问模型关键信息,为各方制定施组设计意见、指导性施组、实施性施组建立起信息沟通的桥梁,有利于统一原则,优化施组方案,加快编制速度。

  将BIM技术应用于铁路施工组织设计, 既有利于各专业、各参建方之间的协同工作、共享信息,也有利于工经专业提高工作效率、提高设计文件质量。因此,应用BIM技术是铁路施工组织设计发展的必然方向。
  本文提出了在铁路施工组织设计中应用BIM技术的特征及功能, 并提出了应用BIM技术的思路及方法,期望能为以后在铁路施工组织设计中应用BIM技术提供参考借鉴。另外, 为更好地促进BIM技术在铁路施工组织设计中的应用, 还应该做到以下三点:
  ● 及时转变思想观念, 紧跟科技发展步伐, 将BIM技术与施工组织设计紧密联系起来;
  ● 加强行政管理部门引导和行业提倡, 各相关单位集中科技力量联合攻关;
  ● 立足自主研发,根据我国铁路建设特点, 开发专业BIM软件

主要内容来源:铁路BIM联盟  《铁道工程学报》-《BIM在铁路施工组织设计中的应用探讨》
作者:曹政国,吴刘忠球,李致,邵国霞..中铁二院工程集团有限责任公司(铁路BIM联盟成员单位)

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