BIM技術(shù)在鐵路隧道-設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究

1、BIMBIMBIMBIM技術(shù)在鐵路隧道設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究主 講 人：李 俊 松1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望達(dá)索系列軟件在鐵路隧道工程中應(yīng)用的整體技術(shù)框架：整體概況技術(shù)框架三維設(shè)計(jì)BECDA平臺(tái)選取理念革新模板建立團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)二次開發(fā)整體概況解決問題 BIM技術(shù)的應(yīng)用需要若干軟件相互協(xié)作共同完成，要求信息模型能在各軟件之間無損交換、無縫鏈接，因此可選擇同系列的軟件相互配合以實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的應(yīng)用。目前國際上領(lǐng)先的三維軟件公司主要有歐特克、達(dá)索、奔特力和圖軟，課題組在綜合考

2、慮軟件性能、建模需求、施工模擬、運(yùn)營維護(hù)等因素后，選擇達(dá)索系列軟件作為技術(shù)支持。整體概況解決問題平臺(tái)選取整體概況解決問題平臺(tái)選取硬件架構(gòu)整體概況解決問題平臺(tái)選取信息附加與互通骨架繼承專業(yè)協(xié)同參數(shù)化驅(qū)動(dòng)模板化拼裝二三維聯(lián)動(dòng)理念革新整體概況解決問題理念革新提煉參數(shù)和步驟基礎(chǔ)模型實(shí)踐應(yīng)用并反復(fù)修改初步模板模板應(yīng)用最終模板整體概況解決問題模板建立后期應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)化建模功能信息附加功能工程量統(tǒng)計(jì)功能二維出圖功能整體概況解決問題二次開發(fā)推廣利用組應(yīng)用研究組功能開發(fā)組核心研發(fā)組整體概況解決問題團(tuán)隊(duì)建設(shè)鐵路隧道專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用總體規(guī)劃整體概況技術(shù)路線隧道暗洞BIM技術(shù)應(yīng)用規(guī)劃整體概況技術(shù)路線整體概況技術(shù)路線

3、整體概況技術(shù)路線整體概況技術(shù)路線整體概況技術(shù)路線整體概況技術(shù)路線1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望ENOVIAVPM協(xié)同平臺(tái)協(xié)同導(dǎo)航ENOVIA VPM協(xié)同平臺(tái)鐵路隧道設(shè)計(jì)導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)同導(dǎo)航TIM設(shè)計(jì)導(dǎo)航功能按鈕區(qū)域軟件集成區(qū)域鐵路隧道設(shè)計(jì)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助功能協(xié)同導(dǎo)航TIM設(shè)計(jì)導(dǎo)航鐵路隧道設(shè)計(jì)導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算輔助功能協(xié)同導(dǎo)航TIM設(shè)計(jì)導(dǎo)航鐵路隧道設(shè)計(jì)導(dǎo)航系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)導(dǎo)航協(xié)同導(dǎo)航TIM設(shè)計(jì)導(dǎo)航基于C/S模式的協(xié)同工作保證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的時(shí)效性和唯一性；協(xié)同設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流水化作業(yè)，提高設(shè)計(jì)效率；導(dǎo)航系統(tǒng)在融入傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，再造了全新的BIM設(shè)計(jì)流程，提

4、高了鐵路隧道設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)人員可將更多的時(shí)間投入設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。協(xié)同導(dǎo)航小結(jié)1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望在借鑒建筑、機(jī)械、電子行業(yè)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，響應(yīng)鐵路BIM聯(lián)盟號(hào)召，根據(jù)行業(yè)實(shí)際情況定義了一系列面類，如右圖所示。并對(duì)各面初步擬定了編碼規(guī)則，制定了隧道專業(yè)合理可行的文件級(jí)、特征級(jí)命名規(guī)則。三維建模標(biāo)準(zhǔn)制定序號(hào)線路名稱順序碼1成康線0012滬昆客專0023成貴線00345成南線0096寶蘭客專00A7西成客專00B89大瑞線00Y10滬昆線00Z11云貴線01012廣大線0111314大麗線0ZY15成昆線0ZZ16成綿樂10017序號(hào)區(qū)

5、間描述區(qū)間代碼1成康線 成都-彭山012成康線 彭山-多悅0234成康線 多悅-盤鰲鄉(xiāng)095成康線 盤鰲鄉(xiāng)-朝陽湖0A6成康線 *-*0B78成康線 *-*0Z9成康線 *-*1010成康線 *-*111112成康線 *-*ZY13成康線 *-*ZZ序號(hào)功能區(qū)域類型編碼1工區(qū)12實(shí)驗(yàn)室23拌合站34監(jiān)理站45預(yù)制梁場56預(yù)制板長67軌枕預(yù)制廠78盾構(gòu)管片預(yù)制廠8三維建模標(biāo)準(zhǔn)制定三維建模標(biāo)準(zhǔn)制定三維建模標(biāo)準(zhǔn)制定三維建模開發(fā)工具小導(dǎo)管定制界面鋼架定制界面二襯鋼筋定制界面三維建模相關(guān)工具三維建模開發(fā)工具骨架參數(shù)輔助參數(shù)同步AutoCAD導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)化建模輔助工具參數(shù)復(fù)制三維建模開發(fā)工具大跨I型二襯大跨I

6、型溝槽及仰拱填充下錨段初支下錨段二襯利用CATIA草圖設(shè)計(jì)器繪制隧道截面草圖，約束部件尺寸，建立參數(shù)化關(guān)系。三維建模暗洞模板洞內(nèi)車站大跨段三維建模暗洞模板洞內(nèi)車站大跨段溝槽及道岔布置洞內(nèi)車站大跨段襯砌布置下錨襯砌及普通襯砌段三維建模暗洞模板錨桿鋼筋網(wǎng)型鋼鋼架混凝土三維建模暗洞模板進(jìn)口明暗分界橫斷面草圖進(jìn)口隧道洞門橫斷面草圖隧道出口洞門外耳墻草圖隧道出口洞門耳墻草圖草圖與洞身輪廓聯(lián)系，參數(shù)化驅(qū)動(dòng)所有輪廓約束。三維建模洞門模板 在建立三維地表、三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，建立線路的三維模型，利用骨架繼承、參數(shù)設(shè)置、草圖繪制等技術(shù)，結(jié)合CATIA的掃掠、拉伸、多截面等命令，實(shí)現(xiàn)隧道三維實(shí)體模型的建立。隧道

7、進(jìn)口隧道出口實(shí)體三維建模洞門模板繼承線路骨架、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)所有草圖，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)修改。草圖骨架草圖參數(shù)三維建模明洞模板整體模型回填基底換填實(shí)體襯砌和端墻三維建模明洞模板斜井洞門草圖斜井洞口擋墻草圖斜井襯砌草圖草圖類似于正洞方法繪制斜井各類型草圖，并參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。三維建模斜井模板實(shí)體端墻模型斜井洞門模型整體模型三維建模斜井模板鋼架模型鋼筋網(wǎng)實(shí)體斜井襯砌初期支護(hù)三維建模斜井模板實(shí)體斜井交叉段模型斜井錯(cuò)車道模型三維建模斜井模板 2截面草圖設(shè)計(jì)3截面草圖設(shè)計(jì)后墻內(nèi)側(cè)主筋草圖設(shè)計(jì)后墻內(nèi)側(cè)縱筋草圖設(shè)計(jì)草圖三維建模洞室模板初噴和復(fù)噴錨桿和鋼筋網(wǎng)二襯混凝土二襯鋼筋實(shí)體三維建模洞室模板通過三維模型，可實(shí)現(xiàn)隧道設(shè)計(jì)合理性

8、檢驗(yàn)。以下圖形為綜合洞室設(shè)置在施工縫處。附屬洞室與施工縫位置關(guān)系施工縫施工縫上圖為綜合洞室設(shè)置在施工縫處三維建模設(shè)計(jì)校核附屬洞室與施工縫位置關(guān)系 通過三維模型，可檢驗(yàn)如附屬洞室與施工縫位置關(guān)系，避免附屬洞室設(shè)置在施工縫、變形縫處。以上兩圖為綜合洞室設(shè)置避開施工縫施工縫施工縫三維建模設(shè)計(jì)校核三維建模設(shè)計(jì)校核隧道洞口位置確定隧道出口隧道進(jìn)洞較早隧道進(jìn)洞較晚隧道合理的進(jìn)洞位置環(huán)向盲管與施工縫關(guān)系環(huán)向盲管與施工縫位置重疊環(huán)向盲管與施工縫位置錯(cuò)開三維建模碰撞檢驗(yàn)徑向錨桿與超前支護(hù)重疊徑向錨桿與超前支護(hù)避開重疊三維建模碰撞檢驗(yàn)斜切式洞門鋼筋計(jì)算優(yōu)化三維建模精細(xì)化設(shè)計(jì)斜切式洞門鋼筋三維建模精細(xì)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案

9、審核與比選；三維聯(lián)動(dòng)算量；精細(xì)化設(shè)計(jì)；數(shù)值模擬模型共享；輕量化展示。三維建模小結(jié)1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望定制具有鐵路行業(yè)特點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，使BIM模型特別是其中的二維圖模板符合目前的制圖標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣。草圖標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)成標(biāo)準(zhǔn)二維出圖標(biāo)準(zhǔn)制定定制具有鐵路行業(yè)特點(diǎn)的字體，使BIM模型特別是其中的二維圖模板符合目前的制圖標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣。字體選擇隧道符號(hào)二維出圖字體定制互提資料讀入輪廓模板調(diào)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)介入三維模板驅(qū)動(dòng)二維圖紙生成二維出圖整體思路二維出圖互提資料讀入線路、地質(zhì)數(shù)據(jù)讀入內(nèi)容展示三心圓、單心圓建模出圖模板二維出圖輪廓模板調(diào)用馬蹄形建模出圖模板二維出

10、圖輪廓模板調(diào)用襯砌分段設(shè)計(jì)二維出圖傳統(tǒng)設(shè)計(jì)介入襯砌分段設(shè)計(jì)二維出圖傳統(tǒng)設(shè)計(jì)介入數(shù)據(jù)庫配置界面輔助洞室智能布置2D部件導(dǎo)入EXCEL導(dǎo)出EXCEL二維出圖CATIA二次開發(fā)施組圖繪制工具條縱斷面圖繪制工具條基準(zhǔn)設(shè)置刪除功能二維出圖CATIA二次開發(fā)施組案例康定隧道-25.016公里-4斜井2橫洞二維出圖出圖成果縱斷面案例扎莫隧道-1.232公里二維出圖出圖成果襯砌斷面圖二維出圖出圖成果襯砌鋼筋圖二維出圖出圖成果型鋼鋼架圖二維出圖出圖成果實(shí)現(xiàn)了縱斷面、襯砌斷面、施工組織等圖紙的快速輔助出圖，使設(shè)計(jì)師可投入更多的時(shí)間在設(shè)計(jì)方案優(yōu)化上；參數(shù)化設(shè)計(jì)、二三維聯(lián)動(dòng)等技術(shù)較大地提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度，也減輕了

11、后期變更設(shè)計(jì)的工作壓力。二維出圖小結(jié)1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望結(jié)構(gòu)加載結(jié)構(gòu)材料屬性應(yīng)力張量米斯應(yīng)力數(shù)值模擬內(nèi)部模塊網(wǎng)格劃分載荷及邊界條件材料屬性賦予CATIA模型導(dǎo)入數(shù)值模擬ABAQUSZ向位移分布米賽斯應(yīng)力主應(yīng)力空間張量Z向應(yīng)力分布數(shù)值模擬ABAQUSCATIA實(shí)體模型數(shù)值模擬重慶地鐵ABAQUS實(shí)體模型數(shù)值模擬重慶地鐵CATIA TO ANSYS(二維)CATIA輪廓轉(zhuǎn)換程序ANSYS單元ANSYS節(jié)點(diǎn)變形圖軸力圖數(shù)值模擬ANSYS互動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)原理CATIA導(dǎo)出三維模型.stp文件fluent導(dǎo)入.stp文件fluent導(dǎo)入.stp文

12、件后全線三維模型數(shù)值模擬FLUENT互動(dòng)Fluent局部放大三維模型三維模型空氣動(dòng)力學(xué)分析網(wǎng)格劃分三維模型空氣動(dòng)力學(xué)分析云圖三維模型空氣動(dòng)力學(xué)分析云圖數(shù)值模擬FLUENT互動(dòng)實(shí)現(xiàn)了CATIA三維模型、二維草圖到分析軟件的無縫接入；BIM設(shè)計(jì)過程中的信息可與分析軟件共享；數(shù)值模擬小結(jié)目前已較大地提高了隧道斷面數(shù)值檢算的效率。1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望出口開挖量統(tǒng)計(jì)進(jìn)口開挖量統(tǒng)計(jì)工程算量三維算量出口圬工統(tǒng)計(jì)進(jìn)口明洞工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)出口明洞工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)進(jìn)口圬工統(tǒng)計(jì)工程算量三維算量工程算量二維算量參數(shù)關(guān)聯(lián)圖形驅(qū)動(dòng)數(shù)量計(jì)算整合工程量數(shù)據(jù)，常見表格方式輸出

13、。洞口及明洞工程數(shù)量表（部分）洞身工程數(shù)量表（部分）工程算量表格輸出目前已實(shí)現(xiàn)的工程算量功能可較大地提高算量效率；BIM三維算量與傳統(tǒng)二維算量的結(jié)合可大大提高算量精準(zhǔn)度；工程算量小結(jié)1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望附加信息添加信息同步信息附加相關(guān)工具附加信息查詢信息模板制定三維模板二次開發(fā)模型信息附加產(chǎn)品屬性信息信息是BIM的靈魂，通過搭建底層數(shù)據(jù)庫及二次開發(fā)，從信息附加，屬性附加及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)等方面為隧道BIM模型附加信息。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)信息附加實(shí)現(xiàn)了縱斷面、襯砌斷面、施工組織等圖紙的快速輔助出圖，使設(shè)計(jì)師可投入更多的時(shí)間在設(shè)計(jì)方案優(yōu)化上；參

14、數(shù)化設(shè)計(jì)、二三維聯(lián)動(dòng)等技術(shù)較大地提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度，也減輕了后期變更設(shè)計(jì)的工作壓力。二維出圖小結(jié)1整體概況2協(xié)同導(dǎo)航3三維建模4二維出圖5數(shù)值模擬6工程算量7信息附加8后期展望施工延伸3D施工模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(圖紙、模型、文檔)施工工藝施工工序施工資源（人、機(jī)、材）實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)施工計(jì)劃施工模擬數(shù)據(jù)造價(jià)預(yù)算數(shù)據(jù)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)階段傳遞到施工階段的數(shù)據(jù)，可為施工分析、工藝、工序、資源配置、施組計(jì)劃、施工模擬等方面提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)BIM模型與數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，能快速、準(zhǔn)確地獲得施工工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，隨時(shí)為采購計(jì)劃的制定、限額領(lǐng)料、物料下料等提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。施工延伸物料配置

15、型鋼鋼架模型現(xiàn)場預(yù)制圖運(yùn)用BIM技術(shù)預(yù)先生成隧道特殊位置，如附屬洞室與正洞交叉位置、洞門位置的鋼筋、鋼架等模型，通過模型準(zhǔn)確的計(jì)算出不規(guī)則位置每根鋼筋、鋼架的長度，指導(dǎo)工人現(xiàn)場下料，提高施工效率，減少材料浪費(fèi)?，F(xiàn)場下料圖斜切式洞門鋼筋模型施工延伸現(xiàn)場下料監(jiān)控量測是鐵路隧道施工階段必不可少的一個(gè)工作環(huán)節(jié)，隧道的安全在成大程度上取決于監(jiān)控量測工作是否合理、科學(xué)、系統(tǒng)和高效。隧道監(jiān)控量測虛擬施工延伸虛擬監(jiān)控地表沉降的虛擬實(shí)現(xiàn)單個(gè)沉降點(diǎn)施工延伸虛擬監(jiān)控結(jié)合ENOVIA平臺(tái)數(shù)據(jù)協(xié)同及處理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路隧道項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與管理，為施工階段的施工安全提供保障。DELMIA風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)風(fēng)險(xiǎn)控制成本與時(shí)間關(guān)系

16、圖施工延伸安全管理通過ENOVIA平臺(tái)數(shù)據(jù)協(xié)同及處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路隧道項(xiàng)目投資的局部和整體控制，達(dá)到造價(jià)透明、投資可控的目的。計(jì)劃數(shù)據(jù)協(xié)同項(xiàng)目資金占比施工延伸投資控制通過三維BIM模型的測算，結(jié)合施工工藝要求以及施工工序步驟，輸出Excel表，快速完成對(duì)工程量的預(yù)測和核算，達(dá)到控制投資的目的。工程量快速預(yù)算施工延伸投資控制運(yùn)營延伸項(xiàng)目管理設(shè)備物資設(shè)備儲(chǔ)存室運(yùn)營延伸設(shè)備管理通過機(jī)車車輛軸溫檢測、煙霧探測、列車分離監(jiān)測等防災(zāi)監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測軌道沿線的塌方、落石報(bào)警、風(fēng)速計(jì)、水位監(jiān)測、地震檢測器、軌道變形測量、隧道火災(zāi)報(bào)警等煙霧探測器深圳市同安迪科技有限公司自動(dòng)全站儀廣州南方強(qiáng)震儀北京soil儀器有限公司雨量器天津凱隆達(dá)儀器儀表有限公司運(yùn)營延伸虛擬監(jiān)控監(jiān)測元器件預(yù)埋管線數(shù)據(jù)采集分析與發(fā)布運(yùn)營延伸虛擬監(jiān)控利用DELMIA模擬隧道內(nèi)發(fā)生的自然災(zāi)害和