基于Revit的地鐵鋪軌參數化建模及工程應用

陶琦， 張忠， 劉正元， 酒靜超

（中鐵十九局集團第六工程有限公司）

1 引言

隨著BIM 技術的大力推廣和應用，一些大中城市提出了基于BIM 技術的軌道交通行業發展規劃，采用BIM 技術來指導項目的設計與施工。王豐倉等[1]探討了BIM 技術在地鐵鋪軌施工中的應用，實現了地鐵鋪軌施工精細化管理；潘澤鐸[2]依托BIM技術實現了地鐵工程項目進度、成本、質量、安全等信息的高效傳遞與集成；張楠等[3]基于建筑信息模型研發了地鐵施工設備物資精細化管理系統，提升了施工過程的信息化管理水平；林藝勇[4]利用BIM 技術對地鐵車站建筑進行了可視化和三維化協同設計；王朋霞[5]研發了軌道交通BIM施工管理系統，提升了軌道交通管理質量和效率。針對鐵路模型建模過程煩瑣、各組件拼接復雜、建模效率低等問題，一些學者嘗試著進行參數化建模。黃瑩等[6]基于Revit平臺探索了參數化建模的思路與方法，驗證了鐵路參數化建模的實效性；馬騰[7]提出了參數化建模方案，實現了隧道盾構管片BIM模型的參數化創建；張紅薇[8]總結歸納了在Revit 族文件中創建盾構管片的重要參數和方法，通過編寫的程序界面快速生成了盾構管片模型；高建新等[9]開展了基于BIM 的參數化隧道標準建模方法研究，實現了隧道BIM 模型的信息交互；龐思雨等[10]采用參數驅動三維模型生成的方法，驗證了參數化設計在信息模型建立過程中的可行性和必要性。然而，由于地鐵的軌道結構形式、鋪設方式及施工組織設計等方面均與普通、高速鐵路存在較大差異，因此無法在地鐵軌道建模中實現信息交互和信息共享，亟待開展地鐵軌道方面的BIM構件參數化建模，提高地鐵鋪軌建模效率。

本文以廣州地鐵十四號線二期工程軌道鋪設項目為工程依托，開展基于Revit的地鐵鋪軌參數化建模研究，使模型尺寸更加精細，實現通過輸入線路相關參數就可完成地鐵軌道工程三維模型的裝配和搭接，以降低施工出錯率，提高施工質量和效率。

2 工程背景

廣州地鐵十四號線二期工程（廣州火車站 -嘉禾望崗），起于廣州火車站，沿廣園西路、機場路、106國道至嘉禾望崗站，線路全長約為11.9km，全部為地下鋪設，共計9座車站，8個區間，其中換乘車站3座，平均站間距1.5km。線路圖如圖1所示。

圖1 廣州地鐵十四號線二期工程線路圖

廣州地鐵十四號線二期工程正線一般扣件整體道床11.669km，中等減振段1.891km，高等減振段1.485km，特殊減振段8.064km，輔助線一般扣件整體道床0.518km。60kg/m鋼軌9號單開道岔5組，交叉渡線4組，全線設置2個鋪軌基地，分別在崗貝站、創意園站。

3 參數化建模實例

3.1 地鐵軌道線路形式

根據鐵路線路設計規范，鐵路線路平面線形由直線、圓曲線和緩和曲線構成，稱之為平面線形三要素。

1）直線

直線在鐵路線路設計中被廣泛采用，直線路段的布設應考慮沿線地形、地物條件，駕駛員的視覺感受以及保證行車安全等因素，不宜過長和過短。直線線路參數化模型如圖2所示。

圖2 直線線路參數化模型

2）圓曲線

圓曲線是平面線形中常用的線形要素，行駛在圓曲線上的車輛由于受離心力作用，其穩定性受到影響。為抵消或減小離心力的作用，圓曲線上路面須做成外側高、內側低的形式，稱為橫向超高，同時圓曲線的半徑應盡可能采用較大的值。圓曲線線路參數化模型如圖3所示。

3）緩和曲線

緩和曲線是設置在直線與圓曲線之間的一種曲率連續變化的曲線。由于車輛要在緩和曲線上完成不同曲率的過渡行駛，緩和曲線應有足夠的長度，圓曲線上的超高和加寬的過渡也得在緩和曲線內平順完成。緩和曲線線路參數化模型如圖4所示。

圖4 緩和曲線線路參數化模型

3.2 地鐵軌道道床輪廓

地下線整體道床是由混凝土整體灌筑而成的道床，道床內可預埋木枕或混凝土枕，也可在混凝土整體道床上直接安裝扣件、彈性墊層和鋼軌等。本工程地下線整體道床包括明挖矩形隧道整體道床、盾構圓形隧道整體道床和暗挖馬蹄形隧道整體道床。參數化模型分別如圖5～7所示。

圖5 明挖矩形隧道整體道床輪廓參數化模型

圖6 盾構圓形隧道整體道床輪廓參數化模型

圖7 暗挖馬蹄形隧道整體道床輪廓參數化模型

4 參數化模型工程應用

廣州地鐵十四號線二期工程施工配合協調工作量大，干擾與制約因素多。鋪軌工程作為一個承前啟后的關鍵工序，通常在“關門工期不變，前道工序滯后，后道工序工期有限”的狀態下組織施工，鋪軌施工處于“前擠后壓”的一個不利態勢。本條線路共涉及預制板減振道床約9.85km，高等減振段1.485km，特殊減振段8.064km，各類道床布置比較分散，且因施工精度要求高，施工工藝轉換較頻繁，預制板鋪設周期長，施工難度較大，嚴重影響軌道工程的施工工期和施工質量控制。

本研究基于Revit建立地鐵鋪軌參數化模型，完善模型施工過程信息，通過改變參數生成不同類別的線路形式、道床形式、枕軌形式等，可完成地鐵軌道工程三維模型的裝配和搭接，以達到快速建模的效果。廣州地鐵十四號線二期工程部分區間鋪軌效果如圖8所示。

圖8 廣州火車站-樂嘉路站區間鋪軌效果圖

5 結語

本研究以廣州地鐵十四號線二期工程軌道鋪設項目為工程依托，基于Revit軟件開展了地鐵鋪軌參數化建模研究，完善了適用于地鐵軌道的BIM 構件參數化族庫，實現了地鐵軌道模型的快速搭接工作。主要研究結論如下：

①結合鐵路BIM 標準及軌道專業構件尺寸，建立了地鐵軌道及附屬部件的參數化模型，并完善了參數化族庫。在進行類似地鐵工程建模時可根據模型要求直接從族庫中調用特定的族，然后進行參數控制以滿足項目所需，為相關地鐵軌道鋪設項目提供了技術支持。

②基于BIM技術開展的地鐵鋪軌參數化建模顯著提升了地鐵軌道構件的建模效率，降低了建模出錯率，可提高地鐵軌道工程三維模型的裝配和搭接效率，加快施工進度，研究成果可為地鐵軌道鋪設的施工管控提供有效指導和技術支持。