石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模設計應用

■ 馬婷婷 吳林 李麗

石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模設計應用

■ 馬婷婷 吳林 李麗

BIM技術是未來鐵路工程設計的趨勢，結合寶蘭客運專線陜西段石鼓山隧道工程，利用達索系統中的CATIA軟件，對石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模的設計應用進行介紹。

鐵路工程設計；達索系統；BIM；三維建模；石鼓山隧道

0 引言

20年前的“甩圖板”運動幫助中國工程建設行業在設計上實現了從紙、筆到電腦二維的飛躍[1—2]。三維設計BIM技術是未來設計的趨勢，它將給中國的工程建設行業帶來另一場革命。將BIM設計應用到鐵路行業是一個長期的過程，需要鐵路設計各專業的通力配合與共同創造，它的實現不僅僅是一次設計技術的進步和更新換代，也促使鐵路施工和運營方式轉型，對整個鐵路行業將會產生深遠的影響[3]。

目前，中國鐵路行業中BIM技術已在一些項目中得到應用，如銀川火車站工程[4]、杭州東站工程[5]、合肥南環線鋼桁梁柔性拱橋工程[6]及陳翔路地道工程[7]等。相比之下，鐵路隧道領域BIM技術尚在進一步研究中。依托

2013G015-B《鐵路工程建設信息化關鍵技術研究——基于BIM技術的鐵路隧道建設管理信息化應用技術研究》這一科研課題，結合寶蘭客運專線陜西段石鼓山隧道工程，利用達索平臺中的CATIA軟件，對石鼓山隧道附屬洞室BIM三維建模的設計應用進行介紹。

石鼓山隧道位于寶雞市渭濱區渭河南岸的石鼓鎮楊家山的黃土殘塬區，全長4 330 m，為雙線隧道。設置15處專用洞室、3處無線直放站設備洞室及4處電力照明箱變洞室，共計22處附屬洞室。以電力照明箱變洞室為例，具體介紹其BIM三圍建模的設計過程。

1 建立模型架構

根據制定的命名規則，電力照明箱變洞室模型主要由3個不同截面的初期支護、二次襯砌、余長電纜腔、箱變基座、排水盲管、門框墻和后墻構成，其中對每個截面的初期支護、二次襯砌及門框墻、后墻結構還進行了更一步的細分，見圖1—圖2。

2 建立骨架信息

根據骨架設計的理念，電力照明箱變洞室在骨架信息中定義了一系列內容，包括襯砌厚度、鋼筋直徑等參數的設置，與正洞相交里程、洞室軸線、每個截面的起始位置和終止位置、各個實體掃掠的第一環中心點和平面、箱變基座和通風窗口的位置、門框墻及后墻所在位置等（見圖3）。

利用CATIA軟件草圖設計的功能繪制了一系列輪廓草圖，包括每個截面的初支輪廓、二襯輪廓、余長電纜腔蓋板及底板輪廓、鋼筋網輪廓、鋼架輪廓、二襯鋼筋輪廓、箱變基座輪廓、排水盲管輪廓、門框墻輪廓及后墻輪廓等（見圖4—圖7），為后續三維實體模型的生成奠定基礎。

圖1 電力照明箱變洞室模型結構樹（上）

圖2 電力照明箱變洞室模型結構樹（下）

圖3 電力照明箱變洞室模型參數設置

圖4 電力照明箱變洞室2截面草圖輪廓

3 建立實體模型

在草圖繪制的基礎上，按照設計要求利用CATIA軟件創成式設計中的拉伸、掃掠、剪切、接合等功能制作知識工程模板，再利用知識工程陣列等功能建立起參數化的、可聯動修改的隧道三維模型，包括初期支護（初噴、錨

桿、鋼筋網、鋼架及復噴）、二次襯砌（混凝土、主筋、縱筋及箍筋）、箱變基座、排水盲管、后墻（混凝土、橫向鋼筋、豎向鋼筋及箍筋）和門框墻等實體結構。

首先，根據草圖輸出并發布的各截面初噴和復噴的輪廓，選取對應各截面的引導曲線，通過實體掃掠功能，建立電力照明箱變洞室的初噴和復噴模型（見圖8—圖9）。

其次，分別在不同零件的輸入條件中建立第一環錨桿、鋼筋網、鋼架和鋼筋的模型，利用知識工程陣列等功能建立起實體尺寸和間距均可參數化的所有錨桿、鋼筋網、鋼架和鋼筋實體模型（見圖10—圖14）。

圖5 電力照明箱變洞室3-4截面草圖輪廓

圖6 電力照明箱變洞室5-7截面草圖輪廓

圖7 電力照明箱變洞室門框墻草圖輪廓

圖8 電力照明箱變洞室初噴模型

圖9 電力照明箱變洞室復噴模型

圖10 電力照明箱變洞室錨桿模型

圖11 電力照明箱變洞室鋼筋網模型

圖12 電力照明箱變洞室鋼架模型

圖13 電力照明箱變洞室二襯鋼筋模型

圖14 電力照明箱變洞室后墻鋼筋模型

然后，根據二襯混凝土、箱變基座、排水盲管和門框墻的草圖輸出輪廓，選取對應的實體掃掠起始截面和結束截面，通過實體掃掠、剪切、接合等功能，建立二襯混凝土和門框墻混凝土模型（見圖15—圖17）。

圖15 電力照明箱變洞室二襯混凝土模型（上）

圖16 電力照明箱變洞室二襯混凝土模型（下）

圖17 電力照明箱變洞室門框墻混凝土模型

4 建立模板實例

建立起規范、標準、科學的電力照明箱變洞室模板之后，利用CATIA軟件知識工程模板模塊中的文檔模板、超

級副本等功能可快速生成本里程處電力照明箱變洞室的文檔模板（見圖18），然后利用文檔實例化功能并設置合適的輸入參數即可建立起其他里程處的電力照明箱變洞室三維模型（見圖19）。

5 結束語

通過將BIM技術應用于石鼓山隧道工程中，使隧道設計由傳統的2D向3D、4D轉變，可大大提高工作效率，方便技術交底。同時，正在研究結合3D建模、信息融入等BIM技術在設計、施工、運維中的應用，以數字化、信息化和可視化的方式提升設計階段的精度和深度，完成施工階段的工程量自動統計、現場信息化管理，達到施工的信息無縫傳遞、管理協調、安全質量控制等目的，并使運營的信息接入、管理監控、維修養護等技術上升至嶄新的高度，以期真正實現BIM技術在鐵路隧道全生命周期中的應用。總之，BIM技術將為實現工程的安全、質量、環境、工期、投資等目標提供切實有效的技術保障，已取得一些成果，將在以后與各位同仁探討。

圖18 電力照明箱變洞室文檔模板

圖19 電力照明箱變洞室整體模型

[1] 何關培. BIM：建筑業的信息革命[EB/OL]. http://www. chinabim.com/school/whatisbim/2008-12-21/ 90.html，2008-12-21.

[2] 何關培. BIM總論[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3] 朱江. BIM在鐵路設計中的應用初探[J]. 鐵道工程學報，2010(10)：104-108.

[4] 高永剛，李光金，董智力，等. BIM技術在銀川火車站工程中的應用[J]. 土木建筑工程信息技術，2010(9)：72-75.

[5] 高永剛，李光金. 基于BIM可視化技術在杭州東站中的應用[J]. 土木建筑工程信息技術，2010(12)：55-58.

[6] 唐國武，王偉，杜伸云，等. BIM在合肥南環線鋼桁梁柔性拱橋施工中的應用[J]. 土木建筑工程信息技術，2011(12)：76-81.

[7] 陳威，秦雯. BIM在陳翔路地道工程中的應用[J]. 土木建筑工程信息技術，2012(6)：88-93.

馬婷婷：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，工程師，四川 成都，610031

吳 林：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，工程師，四川 成都，610031

李 麗：中國中鐵二院工程集團有限責任公司，工程師，四川 成都，610031

責任編輯苑曉蒙

U453

B

1672-061X（2014）05-0059-05

鐵路工程建設信息化關鍵技術研究資助項目（2013G015-B）。