BIM技術在高鐵路基邊坡防護及支擋結構施工中的應用

薄 健

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

我國的BIM技術最初只是運用在一些大型工程項目建設過程中，房屋建筑領域居多。隨著BIM技術的發展，其信息化、數字化、高效性等特點愈加凸顯，BIM技術的應用方向也逐漸從房屋建筑領域轉向更多的建筑實體工程，包括鐵路、航空、水運、公路、軌道交通等設施。近年來，在BIM技術理念的影響下，越來越多的基礎設施項目也開始大膽嘗試BIM技術運用，并且從中獲得了大量的成功經驗。然而在BIM技術廣泛應用的同時，由于部分工程參與者觀念較為保守，BIM技術優勢一般體現在三維直觀模型表現、建筑模型深化設計、碰撞沖突檢查、施工現場合理布置、施工動態模擬等方面[1-3]，尚未認識到BIM技術在某些領域應用價值，因此該技術在一些領域還尚未涉及。尤其在鐵路路基邊坡防護及支擋結構的施工過程中，因為現階段邊坡防護及支擋結構往往作為路基附屬結構，BIM技術雖有通用之處但沒有深入研究，再加上在三維建模基礎上，專門針對邊坡防護及支擋結構并不是基于BIM技術，因此現階段專門針對BIM技術在鐵路路基邊坡防護及支擋結構的應用研究較少[4]。而目前多運用的傳統施工方法會導致現在很多工程在邊坡防護方面返工，造成大量浪費，為避免這一現象，本文通過使用BIM技術研究其在高速鐵路路基邊坡防護及支擋結構施工深化設計中的應用。本論述以新建牡丹江至佳木斯鐵路站前工程第六標段為例，應用BIM技術進行路基邊坡、擋土墻參數化建模，進行基于模型的工程量統計及圖紙復核處理；并采取仿真模擬施工，對施工方案進行優化，以期對施工過程進行有益指導，達到實時可視化，動態了解工況變化，節約工程成本的目的，研究內容可為同類工程提供有益借鑒[5]。

1 項目概況

新建牡丹江至佳木斯鐵路站前工程MJZQSG-6標段起訖里程為DK207+706～DK267+132，線路長度45.311 km。其中路基工程長23.261 km，路基土石方497.88萬斷面方，特大橋9座，大橋5座，中橋1座，框架式橋7座，涵洞45座，新建車站1座。

為保證BIM技術工作的順利開展，項目部成立BIM工作室，由項目總工程師分管領導，協助BIM工作室進行施工現場與二維圖紙的經驗和技術指導。根據多方咨詢及參考其他BIM技術實施的案例，在探索研究BIM技術在鐵路路基邊坡防護及支擋結構施工中的應用階段，BIM工作室置了移動工作站5臺，固定工作站1臺，文件服務器1臺，無人機1架，并基于達索CATIA軟件進行模型的創建。

2 項目模型創建

2.1 邊坡模型創建

考慮到施工現場路塹地形復雜多變，地勢起伏大且不規則，為此創建了帶參數的拱形骨架模型。通過調節此模型中“拱形骨架高度”“拱形骨架寬度”“坡比”等參數可以適用于不同高度、不同寬度、不同坡比、不同頂邊斜率情況的路塹邊坡。同時為方便模型的布置創建工程模板，根據不同高度、不同坡比的現場地形調整參數完成路基拱形骨架模型布置。拱形骨架模型見圖1。根據路基圖紙創建邊長0.2 m，壁厚0.05 m，高0.12 m的正六邊形空心塊；骨架為不規則形狀，因此利用BIM模型模擬六棱塊排布。

2.2 支擋結構模型創建

根據施工圖紙創建樁板式擋土墻、重力式擋土墻、扶壁式擋土墻模型；為方便后期工程量復核及技術交底，將上述結構添加內部鋼筋模型及細部構造模型，包括頂板、腹板、肋板鋼筋、泄水孔等；創建完成后，將整合后的模型根據路基現場地形狀況進行排布。扶壁式擋土墻及內部鋼筋模型如圖2所示。

3 BIM技術應用

3.1 基于模型的工程算量及圖紙復核

圖紙審核及優化是工程項目建設工作中的重要環節，是施工技術管理工作的重要內容，提取模型工程量與設計圖紙進行對比，一方面是為了驗證模型與圖紙之間是否存在差異，另一方面，可以指導施工，作為施工過程中的參考，保證施工過程中精確下料，減少不必要的材料浪費。

通過參數化建模，可快速測量出不同高度、不同寬度、不同坡比、不同頂邊斜率情況下的混凝土方量，實現對每次拱形骨架混凝土澆筑的方量進行控制和驗算。根據參數化拱形骨架模型進行準確布置后可成段計算整個路基工點的拱形骨架混凝土方量及數量。通過創建路基支擋結構模型，可以快速測量混凝土方量及鋼筋量，和圖紙進行對比，復核工程量，為現場施工提供參考。

3.2 可視化施工交底

結合施工現場將參數化拱形骨架及六棱塊進行布置，可以直觀的給現場技術人員進行交底，包括模板尺寸、數量，混凝土方量等。并且利用BIM技術將二維圖紙轉換為三維模型，對現場施工班組進行交底，明確施工中各結構部位尺寸，特別是鋼筋綁扎過程中的碰撞以及排水孔位置等。

3.3 施工模擬及優化方案

模擬出拱形骨架的布置，并可通過模擬布置計算出每一段路基需要調用的不同類型的模板數量。為拱形骨架模板周轉提供了可靠的數據依據。對于六棱塊的放置進行模擬，可以找出最節省材料的六棱塊布置方案；鋪設六棱塊時四周邊角位置無法鋪設完整的六棱塊，不規則形狀的六棱塊無法統一預制，現場切割較麻煩，需要在現場量完尺寸后切割完整的然后鋪設，這樣在切割過程中會影響空心塊的質量，同時也會造成空心塊的浪費。利用BIM模型對骨架內六棱塊進行排布，可確定不規則形狀六棱塊尺寸及個數，便于提前預制加工。根據模擬結果統計出2 m拱形骨架需要大約43個六棱塊，3 m拱形骨架需要大約74個六棱塊，4.5 m拱形骨架需要大約119個六棱塊。六棱塊放置模擬結果見圖3。

4 結語

本文通過使用BIM技術研究其在高速鐵路路基邊坡防護及支擋結構施工深化設計中的應用。通過創建與現場實際基本相符的路基邊坡防護及支擋結構模型，在指導現場施工的同時可以確保每次澆筑混凝土的方量都比較準確，能夠有效避免浪費，節約項目成本。盡管本研究案例中的模型深化過程只是對施工過程的一個模擬，但是模擬的結果可以讓施工人員提前發現圖紙或者施工過程中可能存在的問題，提前發現，及時調整，優化解決，并通過對模型的深化，使得原本平面的圖紙立體化，給工人交底時更加直觀。本文的具體結論和要求有以下幾點：1)進行施工深化設計時一定要結合現場實際進行設計，嚴格按照施工圖紙和規范，不能讓模型只是一個空殼，要有實際的指導意義。2)在創建模型時要盡可能的創建參數化模型，使模型的應用面更加廣泛，并多使用CATIA的知識工程功能進行設計，提高模型創建速度，并為以后使用提供便捷。3)創建模型的工程師一定要具有豐富的現場經驗及專業技能知識，并且能熟練操作建模軟件，這樣創建的模型比較準確，才能與現場緊密結合，使得BIM技術真正用于指導施工。下一步將加大人才培養力度，提高工作人員綜合素質，對BIM技術進行更加深入的研究與應用。