BIM技术在高铁路基边坡防护及支挡结构施工中的应用

薄 健

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002)

我国的BIM技术最初只是运用在一些大型工程项目建设过程中，房屋建筑领域居多。随着BIM技术的发展，其信息化、数字化、高效性等特点愈加凸显，BIM技术的应用方向也逐渐从房屋建筑领域转向更多的建筑实体工程，包括铁路、航空、水运、公路、轨道交通等设施。近年来，在BIM技术理念的影响下，越来越多的基础设施项目也开始大胆尝试BIM技术运用，并且从中获得了大量的成功经验。然而在BIM技术广泛应用的同时，由于部分工程参与者观念较为保守，BIM技术优势一般体现在三维直观模型表现、建筑模型深化设计、碰撞冲突检查、施工现场合理布置、施工动态模拟等方面[1-3]，尚未认识到BIM技术在某些领域应用价值，因此该技术在一些领域还尚未涉及。尤其在铁路路基边坡防护及支挡结构的施工过程中，因为现阶段边坡防护及支挡结构往往作为路基附属结构，BIM技术虽有通用之处但没有深入研究，再加上在三维建模基础上，专门针对边坡防护及支挡结构并不是基于BIM技术，因此现阶段专门针对BIM技术在铁路路基边坡防护及支挡结构的应用研究较少[4]。而目前多运用的传统施工方法会导致现在很多工程在边坡防护方面返工，造成大量浪费，为避免这一现象，本文通过使用BIM技术研究其在高速铁路路基边坡防护及支挡结构施工深化设计中的应用。本论述以新建牡丹江至佳木斯铁路站前工程第六标段为例，应用BIM技术进行路基边坡、挡土墙参数化建模，进行基于模型的工程量统计及图纸复核处理；并采取仿真模拟施工，对施工方案进行优化，以期对施工过程进行有益指导，达到实时可视化，动态了解工况变化，节约工程成本的目的，研究内容可为同类工程提供有益借鉴[5]。

1 项目概况

新建牡丹江至佳木斯铁路站前工程MJZQSG-6标段起讫里程为DK207+706～DK267+132，线路长度45.311 km。其中路基工程长23.261 km，路基土石方497.88万断面方，特大桥9座，大桥5座，中桥1座，框架式桥7座，涵洞45座，新建车站1座。

为保证BIM技术工作的顺利开展，项目部成立BIM工作室，由项目总工程师分管领导，协助BIM工作室进行施工现场与二维图纸的经验和技术指导。根据多方咨询及参考其他BIM技术实施的案例，在探索研究BIM技术在铁路路基边坡防护及支挡结构施工中的应用阶段，BIM工作室置了移动工作站5台，固定工作站1台，文件服务器1台，无人机1架，并基于达索CATIA软件进行模型的创建。

2 项目模型创建

2.1 边坡模型创建

考虑到施工现场路堑地形复杂多变，地势起伏大且不规则，为此创建了带参数的拱形骨架模型。通过调节此模型中“拱形骨架高度”“拱形骨架宽度”“坡比”等参数可以适用于不同高度、不同宽度、不同坡比、不同顶边斜率情况的路堑边坡。同时为方便模型的布置创建工程模板，根据不同高度、不同坡比的现场地形调整参数完成路基拱形骨架模型布置。拱形骨架模型见图1。根据路基图纸创建边长0.2 m，壁厚0.05 m，高0.12 m的正六边形空心块；骨架为不规则形状，因此利用BIM模型模拟六棱块排布。

2.2 支挡结构模型创建

根据施工图纸创建桩板式挡土墙、重力式挡土墙、扶壁式挡土墙模型；为方便后期工程量复核及技术交底，将上述结构添加内部钢筋模型及细部构造模型，包括顶板、腹板、肋板钢筋、泄水孔等；创建完成后，将整合后的模型根据路基现场地形状况进行排布。扶壁式挡土墙及内部钢筋模型如图2所示。

3 BIM技术应用

3.1 基于模型的工程算量及图纸复核

图纸审核及优化是工程项目建设工作中的重要环节，是施工技术管理工作的重要内容，提取模型工程量与设计图纸进行对比，一方面是为了验证模型与图纸之间是否存在差异，另一方面，可以指导施工，作为施工过程中的参考，保证施工过程中精确下料，减少不必要的材料浪费。

通过参数化建模，可快速测量出不同高度、不同宽度、不同坡比、不同顶边斜率情况下的混凝土方量，实现对每次拱形骨架混凝土浇筑的方量进行控制和验算。根据参数化拱形骨架模型进行准确布置后可成段计算整个路基工点的拱形骨架混凝土方量及数量。通过创建路基支挡结构模型，可以快速测量混凝土方量及钢筋量，和图纸进行对比，复核工程量，为现场施工提供参考。

3.2 可视化施工交底

结合施工现场将参数化拱形骨架及六棱块进行布置，可以直观的给现场技术人员进行交底，包括模板尺寸、数量，混凝土方量等。并且利用BIM技术将二维图纸转换为三维模型，对现场施工班组进行交底，明确施工中各结构部位尺寸，特别是钢筋绑扎过程中的碰撞以及排水孔位置等。

3.3 施工模拟及优化方案

模拟出拱形骨架的布置，并可通过模拟布置计算出每一段路基需要调用的不同类型的模板数量。为拱形骨架模板周转提供了可靠的数据依据。对于六棱块的放置进行模拟，可以找出最节省材料的六棱块布置方案；铺设六棱块时四周边角位置无法铺设完整的六棱块，不规则形状的六棱块无法统一预制，现场切割较麻烦，需要在现场量完尺寸后切割完整的然后铺设，这样在切割过程中会影响空心块的质量，同时也会造成空心块的浪费。利用BIM模型对骨架内六棱块进行排布，可确定不规则形状六棱块尺寸及个数，便于提前预制加工。根据模拟结果统计出2 m拱形骨架需要大约43个六棱块，3 m拱形骨架需要大约74个六棱块，4.5 m拱形骨架需要大约119个六棱块。六棱块放置模拟结果见图3。

4 结语

本文通过使用BIM技术研究其在高速铁路路基边坡防护及支挡结构施工深化设计中的应用。通过创建与现场实际基本相符的路基边坡防护及支挡结构模型，在指导现场施工的同时可以确保每次浇筑混凝土的方量都比较准确，能够有效避免浪费，节约项目成本。尽管本研究案例中的模型深化过程只是对施工过程的一个模拟，但是模拟的结果可以让施工人员提前发现图纸或者施工过程中可能存在的问题，提前发现，及时调整，优化解决，并通过对模型的深化，使得原本平面的图纸立体化，给工人交底时更加直观。本文的具体结论和要求有以下几点：1)进行施工深化设计时一定要结合现场实际进行设计，严格按照施工图纸和规范，不能让模型只是一个空壳，要有实际的指导意义。2)在创建模型时要尽可能的创建参数化模型，使模型的应用面更加广泛，并多使用CATIA的知识工程功能进行设计，提高模型创建速度，并为以后使用提供便捷。3)创建模型的工程师一定要具有丰富的现场经验及专业技能知识，并且能熟练操作建模软件，这样创建的模型比较准确，才能与现场紧密结合，使得BIM技术真正用于指导施工。下一步将加大人才培养力度，提高工作人员综合素质，对BIM技术进行更加深入的研究与应用。