BIM技术在沪通铁路线路专业的应用

孙泽昌

（ 中铁第四勘察设计院集团有限公司 线路站场设计研究处，武汉 430063 ）

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）[1]，是一个在建筑全生命周期各阶段中产生和管理数据的过程，建筑全生命周期中各阶段、各参与方都能基于BIM提供的统一数据模型来获取或维护信息，避免数据在不同参与方或不同阶段传递过程中发生丢失现象[2]。BIM具有建筑模型的可视化、模型信息的关联性、过程模型的优化性和决策模型的完备性4个优点[3]。鉴于BIM的显著优点，其在工程领域应用发展迅速。

为推动BIM技术在铁路工程设计中的应用，中国铁路总公司开展了一系列试点工作。例如，选取武襄十铁路武当山西至王家庄隧道出口作为试验段，开展基于Autodesk平台的全专业BIM设计[4]；选取深茂铁路潭江特大桥，基于达索平台开展桥梁BIM设计[5]；选取福平铁路新鼓山隧道，基于Autodesk Inventor平台开展隧道BIM设计[6]；选取西成铁路江油北站，基于Autodesk Civil3D平台开展路基专业BIM设计[7]，等。

沪通铁路作为BIM技术应用试点项目之一，选取太仓港站开展BIM设计，以太仓港站的综合路基为设计对象，探索各专业BIM设计流程，研究多专业BIM数据交流与模型集成，验证路基专业工业基础类（IFC）、国际字典框架（IFD）标准，为铁路BIM设计积累宝贵经验。本文以沪通铁路试点项目为工程背景，详细阐述Bentley PowerCivil平台在线路专业的应用，为铁路行业选线设计人员了解BIM软件以及铁路线路三维建模提供参考。

1 项目概况

沪通铁路是沿海通道的重要组成部分，是上海与江苏北部、上海与山东东部等地区最便捷的铁路运输通道[8]，其设计速度为200 km/h，客货共线，为有砟轨道。开展BIM试点工作段：DK84+700.0～DK87+300.0，整个为太仓港站，全长2 600.0 m，涉及测绘、线路、站场、轨道、桥梁、地质、路基等7大专业，各专业均采用Bentley PowerCivil平台。线路专业运用Bentley PowerCivil平台开展线路三维设计，生成线路三维模型，为其他专业开展BIM设计提供基础数据。

2 技术实施

Bentley PowerCivil是面向道路、铁路、桥隧等基础设施设计的专业平台，也是土木工程行业采用的BIM平台之一[9]。基于该平台开展线路设计，可分为平面设计、里程系统设置与纵断面设计。三维地形作为线路设计的基础数据，参与平、纵设计过程。线路设计流程如图1所示。

图1 基于Bentley PowerCivil线路设计流程

2.1 地形建模

Bentley PowerCivil平台创建地形支持多种来源，例如，DWG文件，点云文件，XYZ文件等。铁路工程上现多采用DWG格式地形文件，本文以DWG文件作为地形数据来源为例，简述三维地形创建流程。

（1）新建dgn文件，种子选择“Seed3D-InRoads-Metric”，如图2所示。

（2）参考DWG地形文件。需注意的是，Bentley PowerCivil平台里参考DWG地形文件需设置缩放比例，Bentley PowerCivil平台默认主单位是m，DWG地形文件单位如果是mm，则缩放比例应该设为1 000:1，其他单位可据此换算。

（3）创建图形过滤器。点击“地形模型工具＞图形过滤器管理器”，根据实际需要新建过滤器，并设置过滤条件。Bentley PowerCivil支持多种过滤条件，可根据颜色、图层、元素类型、线型等组合条件进行元素过滤，如图3所示。

图2 新建地形dgn文件

图3 创建地形过滤器

（4）创建三维地形。点击“地形模型工具＞按图形过滤器创建地形模型”工具，选择步骤（3）创建的过滤器，设置特征定义为“Existing_Triangles”。沪通试点项目地形如图4所示。

图4 沪通试点项目三维地形

（5）地形贴图（可选）。为增强三维地形真实感，可赋予三维地形经过定向的数字正射影像图，打开“光栅管理器”，点击“连接”将正射影像图参考进来，在“显示打印”栏中设置“覆盖”选项值为“是”，即可完成地形贴图。沪通试点项目地形经贴图后如图5所示。

图5 赋予正射影像图的三维地形

当地形较大时，一次性地形建模不仅耗时，而且对计算机的性能要求较高。Bentley PowerCivil平台支持地形合并，因此，可以通过分区域建模，进而合并为完整地形，有效解决大地形建模易“死机”难题。

2.2 线路平面设计

Bentley PowerCivil平台三维线路设计思想是二维设计，三维展示，其设计思路与AutoCAD平台并无差异，均为平面定线，纵断面拉坡，且设计过程均是在二维视图下进行。

相较于三维地形创建过程，线路平面设计过程更为简洁。Bentley PowerCivil平面设计工具主要集中在“平面几何”选项卡，提供两种设计方式：交点法与积木法。交点法设计思路是先定交点，再根据设计规范配缓长与曲线半径；积木法设计思路则是先绘制线元（直线、缓和曲线和圆曲线），最后将线元合并为一条完整线路。通过实践发现，两种方式配合使用，效率更高。例如，在绘制带绕行线的右线时，两种方式配合使用并结合Bentley PowerCivil里偏移工具，可更快捷生成右线。

平面设计完毕后，此时平面线位仅是几何意义上的曲线，需使用“平面几何＞设置特征定义”工具，赋予平面线位“Geom_Centerline”特征定义，如图6所示。

平面设计过程中，设计人员根据《铁路线路设计规范》[10]对圆曲线半径、缓和曲线长度和平曲线长度合理取值。但难以避免人为疏忽导致不满足规范要求的情况发生。Bentley PowerCivil平台支持导入设计规范，根据选定的规范对设计成果进行检查，并输出检核结果，方便设计人员设计与修改。

2.3 里程标注

图6 PowerCivil设置特征定义

赋予平面线位特征定义之后，Bentley Power-Civil软件会自动为平面线位生成里程标注，但起始里程默认为0，标注样式为纯数字，不带有里程冠号。这样的里程标注不符合工程应用的习惯，但Bentley PowerCivil软件支持里程标注自定义设置。选择“平面几何＞起点桩号”工具可设置线位起点里程；选择“几何图形＞查看几何＞桩号设置”工具可设置里程标注样式与断链。

以中铁第四勘察设计院集团有限公司里程标注样式为例，整公里处显示冠号和整公里数，百米处显示整百米数，则桩号设置如图7所示。图中主桩号对应公里标，次要桩号对应百米标，故主桩号间距设置为1 000，显示格式设置为“[ss]+sss.ss”，次要桩号间距设置为100，显示格式设置为“ss[s]+ss.ss”。按此设置生成的里程标注如图8所示。

图7 里程标注样式设置

图8 里程标注效果图

2.4 线路纵断面设计

进行纵断面设计前，需激活三维地形，Bentley PowerCivil根据当前激活地形自动提取地面线，为纵断面拉坡提供参考。线路纵断面设计思路与平面设计思路一致，Bentley PowerCivil纵断面设计工具主要集中在“纵面几何”选项卡，提供两种设计方法，即积木法与交点法，操作方法与平面设计类似，这里不再赘述。沪通试点项目采用交点法绘制线路纵断面，如图9所示。

Bentley PowerCivil纵断面设计需注意的是，在“设置＞设计文件”应设置竖曲线参数格式为R值，如图10所示。竖曲线参数另一选项为K值，K值与R值的关系为K=R/100。故当竖曲线参数设置为K值时，输入竖曲线半径100所代表的意思为10 000。

图9 Bentley PowerCivil纵断面设计

图10 设置竖曲线参数格式

3 项目成果

Bentley PowerCivil线路设计成果是三维线路模型，具有可视化、更直观的优势，以沪通试点项目为例，完成线路平纵设计之后生成的三维模型如图11所示。需注意的是，线路三维模型里程标注仅在二维视图下显示，在三维视图下不显示。

图11 沪通试点项目三维线路模型成果

4 结束语

通过沪通试点项目，研究并掌握了基于Bentley PowerCivil平台开展线路三维建模的技术方法与流程，详细阐述了Bentley PowerCivil在线路专业的应用，可为铁路行业选线设计人员了解BIM软件提供参考。目前，Bentley PowerCivil没有内置中国铁路设计规范，因此，需要研究并制定按照平台规定格式的设计规范，这也是下一步需要研究的内容。

[1]Eastman C, Teicholz P, Sacks R, et al. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers,Designers, Engineers, and Contractors[M]. John Wiley & Sons,Inc. 2008:1-24.

[2]姚峰峰，高 歌，李华良，等. 铁路BIM数据存储标准方案研究[J]. 铁路技术创新，2015（6）：13-17.

[3]潘永杰.基于BIM的桥梁建养一体化平台应用研究[J].铁路计算机应用，2016，25（5）：39-42，47.

[4]冯光东，许永宏，操 锋.BIM技术在武襄十铁路全专业的应用[J].铁路技术创新，2017（1）：61-64.

[5]傅萌萌，曾 敏，黄 卫，等.深茂铁路潭江特大桥BIM设计研究[J].铁路技术创新，2016（3）：58-61.

[6]戴林发宝，王春梅，邓朝辉，等. BIM技术在新鼓山隧道复杂段设计中的应用[J]. 铁路技术创新，2015（6）：77-79.

[7]徐 骏，李安洪，刘厚强，等.西成线江油北站路基BIM的应用[J].铁路技术创新，2014（2）：75-78.

[8]肖 军. 沪通铁路线路走向方案研究[J].铁道建筑技术，2011（5）：34-37，46.

[9]沈照庆，魏鹏飞，董朝辉，等. 基于BIM技术的道路改扩建研究与应用[J].长安大学学报（社会科学版），2017，19（6）：43-53.

[10]铁道部第一勘测设计院. 铁路线路设计规范[M]. 北京：中国计划出版社，1986.