BIM技术在银西高铁工程中的应用

2018年8月26日凌晨，银（银川）西（西安）高铁马坊沟特大桥连续梁顺利合龙。这标志着银西高铁宁夏境内所有大桥的线下结构全部完工，银西高铁建设又向前迈进一步。

合龙现场

随着高速铁路的快速发展，其桥隧工程占线路长度的比例不断增加，一般项目均在50％以上，部分项目甚至达到90％以上，其中桥梁一般占一半以上。现在，让我们以银西高铁为对象重点关注一下桥梁工程的BIM设计。

利用桥梁辅助设计软件可导入线路、地形、地质数据，从墩台基础设计到BIM模型的创建、修改，再到利用BIM模型进行基础优化，最后生成施工图。桥梁的部分二维图纸可以通过定制模板利用模型的剖切投影得到，如横断面图等，有的图纸只能采用共用数据库通过参数化生成所需图纸，如曲线段的桥梁立面图。

基于BentIey平台铁路桥梁BIM设计系统

1.BIM模型创建

渭河特大桥采用3联3×60m和2联4×60m钢腹杆预应力混凝土组合结构，共17孔，组合结构腹板采用无竖杆三角桁，结构通透，造型美观，与渭河景观协调统一。渭河特大桥创建的BIM模型包括钢腹杆组合结构、空腹连续梁、连续梁一桁组合结构、主桥模型、全桥模型。

经过环境整治，渭河沿岸亦有如塞上江南

银西高铁黄河桥3×168m连续钢桁柔性拱，桁高 12.8m，矢高(上弦以上)28m，设计采用平行弦钢桁梁加拱方式，增加跨越能力，结构刚度较大，造型美观，施工方便，为在高速铁路上首次采用并获得专利。

黄河特大桥创建的BIM模型包括96m简支钢桁梁、3×168m连续钢桁柔性拱、主桥模型、全桥模型。

(3×168)m连续钢桁柔性拱

2.施工模拟应用研究

在Navisworks中采用动画形式来表述施工过程，使复杂的工艺变得清晰明了，比传统的施工步骤图更能快速、准确地表达设计者的意图，通过建立与模型构件对应的施工步序的时间任务项，生成虚拟仿真环境下由时间驱动的4D动态模型，完成黄河特大桥由 2个拼装施工面变为6个施工面的施工过程推演，施工工期由4.5年变为1.5年。

模拟施工过程推演施工工期

3.场景漫游动画应用

通过已完成的BIM模型与三维地模融合，利用 Lumion来创建漫游动画既简单又方便，可以真实反映项目周围环境，方便业主充分理解设计理念，复杂、专业的桥式方案用动画视频来展示讲解，更易接受，是各种专题汇报中不可或缺的内容。

黄河特大桥主桥漫游动画

4.特殊钢桥建模程序开发研究

由于没有铁路钢桥杆件和节点的模块，采用Tekla建模时重复工作量过大，后期修改繁杂，为此开发了参数化创建箱形杆件和钢桥节点程序，大大提高了建模效率。

铁路钢桥箱形杆件及节点模块

5.三维地形研究

地理信息模型创建需要经历数据获取、数据加工和模型合成3个步骤。当前期方案研究阶段对地形精度要求不高时，可通过BIGEMAP直接获取谷歌地球已有的DEM和DOM数据生成地形模型。进入设计阶段对地形模型精度要求较高时，通过卫星遥感和航空摄影的手段获取更为精确的地形和影像数据，利用DEM和DOM在PowerCivil中创建地形模型。

可利用BIGMMAP获取DOM

利用地形模型实现洞口边仰坡开挖隧道洞口场地开挖不同于路基边坡开挖，其洞口坡面由两侧边坡和拱顶仰坡组成。在三维设计中，当边、仰坡采用不同的坡率并且分台阶开挖时，对地形曲面的处理是一个难点。研究发现，利用Geopaksite强大的场地设计功能，能够较好地解决隧道洞口刷坡问题，使边坡和仰坡自然过渡。

6.地质模型研究

(1)创建地质模型

地质BIM建模一直以来是铁路BIM技术应用的重难点问题，由于地质建模数据来源多样，建模精度、范围和深度要求不同，特殊地质体(如断层、褶皱、溶洞等)空间信息不规则，难以采用常规方法表现。根据铁路的工程特点，对基础BIM平台进行深度二次开发，形成铁路地质三维信息系统，能够辅助地质工程师方便地创建出三维地质模型，满足工程设计需要。

多样的地质体

(2)对地质模型的应用

地质BIM建模一直以来是铁路BIM技术应用的重难点问题。根据铁路的工程特点，对基础本特利平台进行深度二次开发，形成铁路地质三维信息系统，能够辅助地质工程师快速创建出满足工程设计需要的三维地质模型。设计专业能够实现在地质模型上直接进行隧道洞口开挖和桥台基础开挖等操作。

三维地质模型

本项目桥隧长度占线路比例高达90％以上，在桥隧工程设计中实现了BIM的正向设计，意义重大，可以推动整条线所有工程项目在全生命周期内实现数据传递交换、存储、交付、实施、管理等信息的共享。通过改变设计理念、设计方法和管理流程，加大BIM基础平台的二次开发，将BIM、物联网、云计算等为代表的新一代信息技术与传统行业的不断融合，形成智慧铁路BIM 技术应用标准体系，实现桥隧智慧设计。