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BIM在铁路设计中的应用设想

2015-11-26 11:09:02 点击:
来源:中铁第四勘察设计

  铁路设计是一个庞大复杂、分阶段逐步细化的系统性工程,牵涉到业主、设计方、施工单位等多个参与方和设计方的诸多专业,多年以来形成的二维、分专业的设计模式不能一蹴而就地快速转变为BIM平台中的三维可视化、协同、智能的设计模式。因此,从设计流程和设计习惯的标准化和规范化入手,结合三维可视化、地理信息系统、网络通信等当前发展较为成熟的信息化技术,分阶段地将应用到铁路设计领域中来。

  前期规划阶段

  在铁路设计的前期,需通过预可行性研究从宏观上论证项目的必要性,为项目的投资建设提供必要的准备资料,即在研究铁路建设项目在路网中的意义和应用以及与邻接铁路的关系的基础上,分析沿线地区社会、经济等数据,提出对项目的线路走向、接轨方案和主要技术标准等的初步意见。

  BIM的应用虽一般多见于建筑的设计、施工和运营阶段,而在铁路的前期规划阶段,也可以利用BIM的思想初步构思出一个集成了地理信息系统的三维可视化电子沙盘,其思路如下:

  第一:收集铁路项目所在区域的既有路网信息、社会经济基础数据,结合反映区域自然特征的小比例尺地形图建立区域路网三维模型;

  第二:在模型中进行客货运量预测,确定项目功能定位和建设的必要性,初步提出线路的大致走向;

  第三:运用GIS的空间分析、专题图制作等功能,考虑沿线自然特征、影响线路走向的重要因素,确定线路平面方案的带状走廊带。

  外业勘测阶段

  铁路外业勘测分为初测和定测两阶段,这两个阶段分别是进行可行性研究和初步设计的重要的基础性工作。虽然在外业勘测阶段不进行具体的铁路建筑物细部设计,但由于方案的稳定和设计资料的收集主要是在这两个阶段完成,并且在外业阶段也需进行一部分的现场选址和设计准备工作,如取弃土场选址、牵引变电所选址、桥梁孔跨布置等,因此,BIM在外业勘测阶段的应用是BIM在铁路设计中的应用的前提,并且具有一定的共性。

  当前铁路外业勘测过程中,专业间的互提资料以及勘测成果的表达都是以电子或纸质的CAD图形、文档甚至口头说明为载体进行的,各专业技术人员在进行本专业的现场选址和勘测资料整理时经常需要和其他专业反复沟通,影响了外业勘测和后续设计工作的效率和进度。借鉴BIM的设计元素模型化的思想,笔者认为可从以下2个方面入手将BIM引入到铁路外业勘测过程中来:

  第一:电子化外业勘测成果,以铁路三维模型为基础,建立一个存储各专业外业勘测数据的中央数据库,即在同一个BIM平台中整合纷繁复杂、格式多样的各种外业勘测数据,如GPS扫描的地形地物数据、横断面数据、地质情况数据、桥涵水文资料等等;

  第二:规范外业勘测过程中各专业内业工作的流程,细化各专业间互提设计资料的接口,各专业可以在平台中实时录入、编辑本专业的勘测数据,并且其他相关专业可以随时了解和查看该专业数据变化的结果。例如,线路、站场专业可以查看地质专业在平台中录入的沿线地质情况数据,以进行方案调整、取土场选址等工作。

  设计阶段

  利用BIM进行设计,是BIM技术应用最成熟的阶段,BIM最初就是从建筑工程设计软件开发的过程中提出的概念,设计阶段是一个既要反映国家或业主方的建设意图同时也要将设计方案提交给施工单位进行建设的承前启后的关键阶段,因此BIM在铁路设计阶段的应用是BIM在铁路建设行业中应用的突破口。

  铁路设计一般分为初步设计和施工图设计两阶段,通常涉及到地质、线路、站场、桥梁、隧道等站前专业和通信、信号、电气化、车辆等站后专业等二十多个专业,各专业间需进行频繁和海量的设计信息沟通,与中外业勘测中存在的问题类似,当前铁路设计过程中各专业都是在独立的平台中设计后,通过二维的图表、文字等常规手段将设计结果提交给其他相关专业和施工单位,这种方式不可避免地会产生本文开头中所述的诸如设计信息表达和理解不清晰、低效率等问题。笔者认为,可以从以下步骤着手逐步将BIM思想应用到铁路设计工作中来:

  第一步:将各专业的设计流程和设计成果格式的标准化,借助勘测设计一体化研究的部分成果首先实现各专业设计软件系统的互连互通和设计资源共享;

  第二步:由于线路、地质、站场、桥梁、隧道等站前专业进行铁路主要结构物的设计,且相互之间十分紧密,是铁路设计的基础部分,因此,可先将站前专业的设计工作整合到同一个三维平台中,该平台可以直接调用外业勘测数据库来进行设计,设计成果存储于一个统一的站前专业设计成果数据库中;

  第三步:站后专业利用站前专业设计成果数据库为基础进行后续的通信、信号、电气化等的设计,建立一种专业间设计信息更改联动和反馈机制,并将设计成果与站前专业成果一起形成一个多层次整体的三维可视化模型,在该模型中可以通过各专业三维模型视图、局部构造物三维模型视图以及二维的图表、文档等多种表达形式提交给施工单位。

  结论

  在针对铁路设计中存在的问题展开探讨和分析的基础上,初步了提出将BIM技术应用到铁路设计中的设想和规划。完全实现铁路行业的BIM设计是一个长期的过程,需要铁路设计各专业的通力配合与共同创造,它的实现不仅仅是带来一次设计技术的进步和更新换代,也将促使铁路施工和运营方式的一次转型,对整个铁路行业将会产生深远的影响。

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