鲁南铁路轨道设计BIM应用

以鲁南铁路为试点，确定轨道工程BIM设计思路，探索在Bentley平台上的应用流程，为进一步研发轨道BIM设计系统提供参考

鲁南铁路试点长29.5km，其中，含桥梁4座，车站2个。正线地段采用CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构，主要由60kg/m钢轨、WJ-8B扣件、轨道板、自密实混凝土及限位结构、底座等组成；岔区采用轨枕埋入式无砟轨道结构，其组成为道岔钢轨、扣件系统、岔枕、钢筋混凝土道床板和支承层等；到发线采用有砟轨道，主要由60kg/m钢轨、弹条Ⅱ型扣件、Ⅲa型有挡肩混凝土轨枕、道床等组成。

平台选择及设计流程

平台选择

考虑到Bentley平台软件的数据格式统一，均为.dgn格式，不存在数据格式不统一的障碍，可基于ProjectWise进行三维协同设计，实现制造、设计、施工、运营全生命周期协同，防止属性信息的丢失，且Bentley平台运行效率高，适用大体量工程信息模型的建立。因此，采用Bentley平台完成鲁南铁路轨道BIM设计。

Bentley平台中， 软件包括Microstation V8i（MS）、PowerCivil（PC）、OpenRoads Designer、OpenRail Designer、LumenRT、ProStructures、i-model、ProjectWise（PW）、Bentley Navigator 等。

MS为基础建模软件，不具备专业模块功能，其余软件基于MS，以满足不同专业、不同阶段及不同功能需求的专业型软件。

Bentley平台

设计流程

（1）依据线路、桥梁、路基等专业提供的资料，建立设计源文件，为设计骨架；（2）建立轨道构件库，主要包括道床横断面库、钢轨型号断面库以及轨枕、扣件等特征信息不随里程变化的轨道构件库；（3）根据设计源文件，利用所建立的轨道标准库进行轨道设计，形成轨道BIM ；（4）以轨道BIM 为基础实现轨道的三维展示、碰撞检测等功能。

轨道BIM设计

建立源文件

利用PowerCivil 软件平面设计、纵断面设计、里程标注等功能实现线路设计，生成线路三维模型。

线路三维模型

基于线路模型，根据线下基础设计参数进行轨道设计，如桥梁、隧道设置里程等信息。

构件库

采用PowerCivil 软件横断面模板的功能创建道床和钢轨等断面模型；利用MicroStation 软件创建扣件、轨枕、轨道板等构件模型，构件模型的精度达到《铁路BIM 模型交付精度标准》中LOD350 施工图模型精度要求。

构件模型

其中，钢轨与轨枕尺寸信息依据型号设置为固定值；道床横断面有砟轨道结构型式进行参数化设置，以实现在设计过程中通过调整线间距、轨道结构高度等值实现快速设计。同时以特征定义的方式为钢轨、轨枕、道床等构件附加属性信息，包含尺寸、材质、里程、坐标、元素模板、元素标识、文件位置、模型描述、工程特征属性等信息，根据需求设置模型与信息的参数化。

轨道设计

设置项目的特征定义与元素模板，添加轨枕、钢轨、道床等不同构件的层、线型、线宽、材质等属性信息；用于预定义各模型的属性信息，规范具体工程项目中的操作。通过工程项目属性的规范，将构件模型与工程项目结合，实现构件模型的实例化。便于自动化实现因构件模型、横断面模板修改引起的变更，即可实现工程模型的参数化，同时便于软件对模型的识别及后期工程算量、碰撞检测、施工过程模拟。

利用廊道模型功能，通过指定项目线路、起始里程、终止里程、横断面模板实现轨道设计。

轨道设计

对于轨枕、扣件等构件模型，通过读取线路信息模型，结合桥梁、隧道等数据，以及输入不同段速度区间实现超高计算，进行轨道设计，最终形成轨道模型。

有砟轨道、双块式无砟轨道、Ⅲ型板式无砟轨道

应用

碰撞检测

采用Navigator实现专业内与专业间模型的碰撞检测，及时避免道岔区转辙机与轨道碰撞、桥隧结构与轨道结构的匹配性、轨道板布置的不合理等问题出现；除上述硬碰撞外，需对设计中的软碰撞进行检测，如钢轨伸缩调节器设置、无缝线路是否满足规范要求等。

施工过程模拟与进度管理

在BIM设计成果的基础上，模拟计划施工，分析施工计划的合理性，与施工方联合展开更为全面的施工组织深化模拟。便于明确各专业施工中遇到的问题，以及进行施工前的培训演示等。在施工过程中，记录实际施工进度，智能对比分析进度偏差，实时预警进度偏差等。

轨道BIM设计系统构想

基于BIM技术在鲁南铁路的应用，提出铁路轨道BIM设计系统构想。

轨道BIM设计系统构想

系统拟实现的目标如下：

（1）制定轨道BIM 的工作环境，用于存储界面、构件库、图形标准、数据标准等信息。

（2）统一创建模型与附加信息所需遵循的标准文件，以规范构件的信息内容、存储方式，模型的精度等。在具体项目中，通过构件树将构件模型与项目连接。

（3）建立铁路轨道构件信息模型库，实现对构件信息模型与信息的管理。

（4）实现轨道BIM 设计，可通过输入基本设计信息、快速读取线桥隧等专业设计成果进行轨道正向设计。

（5）生成的轨道设计成果可供相关专业辅助设计，含数据和模型，其信息内容与深度、模型精度等达标准要求。

（6）能够自动出图、算量、三维设计成果展示。

（7）实现各阶段的协同设计，将设计成果用于施工、运营以及养护维修阶段，各阶段重要数据可反馈至设计成果中，实现设计、施工、运营期间数据交互。

（8）能够实现工程管理，对工程模型与数据进行管理。

以鲁南铁路为试点，探索Bentley平台实现轨道BIM设计的流程及在轨道专业的可行性。

设计中完成了扣件系统、双块式轨枕、Ⅲa型长枕等构件库的建立，创建了钢轨、参数化有砟道床等横断面模板库，建立不同跨桥梁Ⅲ型板轨道结构、道岔区长枕埋入式无砟轨道等轨道组合构件库，以提高复用性。

设计过程中，定义特征、元素属性等，规范基础的工程属性；进行简要的轨道设计、超高计算等；探索轨道模型的后续应用。

目前，Bently平台的功能尚未达到轨道BIM设计的需求，提出轨道BIM设计系统的构想，仍需利用Bentley平台完善轨道构件库并实现构件库的管理。

创建并定制轨道专业模块，通过界面输入以人机交互方式快速实现轨道BIM 设计；需进一步探索扩展应用，利用工程BIM，深度探索施工模拟、碰撞检测等以验证方案与指导施工。

在此基础上，以BIM 为载体，有效地与监测系统、设计建造一体化平台结合，存储并管理数据信息，实现模型与现场工程的实时连接等。