BIM技術在軌道梁線形控制領域的應用研究

宋 浩 韓廣暉 劉永峰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

與傳統(tǒng)軌道交通不同，跨坐式單軌交通以“獨軌”的形式來引導車輛行駛，軌道梁既是承載結構又是車輛行駛時的導向結構(如圖1所示)[1]。根據(jù)結構體系分類，軌道梁可分為簡支體系和連續(xù)剛構體系。無論是簡支還是連續(xù)剛構體系，其線形總是隨著線路平縱曲線、超高的變化而變化[2]。因軌道梁的梁跨布置、預拱度設置等因素，造成每榀軌道梁線形均不相同。在傳統(tǒng)設計中，需根據(jù)線路線形去設計每一榀軌道梁，再由施工單位進行軌道梁的預制架設。而跨坐式單軌交通建設過程中多采用軌道梁和橋墩同時預制施工的方式，以期縮短施工周期，減少施工費用[3]。在這種施工方式下，設計人員需要準確了解軌道梁不同齡期的線形姿態(tài)；施工人員需要保證軌道梁制作的精度，并根據(jù)軌道梁的出場參數(shù)、施工參數(shù)進行軌道梁的精準架設[4-5]。因此，各階段信息傳遞的及時性和完整性顯得尤為重要。以下基于BIM技術，對軌道梁的線形控制進行研究。

圖1 跨坐式單軌軌道梁

2 軌道梁信息化模型的構筑

2.1 模型搭載信息

BIM技術的出現(xiàn)為基礎設施行業(yè)提供了信息化解決方案，設計、施工、運營的全壽命周期信息都包含在BIM模型中[6-9]。因此，要實現(xiàn)信息的集成與共享，軌道梁模型必須能夠搭載多種信息。

跨坐式單軌軌道梁需要搭載多種信息，包括區(qū)間信息，線路線形信息，軌道梁線形構造信息，附屬結構信息，軌道梁的制造、出場、架設信息，軌道梁運營檢測信息等。因此，需要在軌道梁全壽命周期內(nèi)的每個階段之間進行信息的對接，應根據(jù)軌道梁所處的不同階段搭建動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)軌道梁信息的可視化查看與編輯修改，這是軌道梁模型信息化、數(shù)字化的基礎(如圖2)。

2.2 軌道梁模型的建立

軌道梁三維模型的建立需要基本信息與工法信息的支持，以工法數(shù)據(jù)為基礎，獲取建模所需的截面控制點坐標、端模板轉角等控制信息。傳統(tǒng)方式下工法信息的計算需要輸入每榀軌道梁的大量數(shù)據(jù)信息，工作繁瑣且耗時。為實現(xiàn)軌道梁模型的快速建立，可將工法信息的計算作為軌道梁信息化模型建立的一個環(huán)節(jié)，使用戶在輸入極少控制參數(shù)的條件下，快速獲取軌道梁工法數(shù)據(jù)。具體解決方法為：從所建立的數(shù)據(jù)庫獲取計算工法所需信息，以此連接信息孤島，再輸入不同齡期梁體的理論撓度值、壓縮量、修正值等必要計算參數(shù)，通過軟件內(nèi)部調(diào)用計算，即可生成工法信息，并將其添加至數(shù)據(jù)庫。

圖2 軌道梁模型信息管理

在MicroStation中建立軌道梁模型有兩種方法[10]。第一種是利用樣條曲線建立軌道梁邊線，然后通過線→面→體縫合為智能實體軌道梁模型；另一種則是直接建立軌道梁橫截面，通過橫截面放樣形成實體。對兩種方法的精確度進行了比較，認為第一種方法建立的軌道梁邊線線形更加貼合實際。軌道梁模型建立后，根據(jù)端模板與底模板數(shù)據(jù)對軌道梁進行布爾運算，得到軌道梁的理論模型，從而可以對不同齡期軌道梁姿態(tài)進行監(jiān)控與查看，實現(xiàn)軌道梁設計的可視化(如圖3所示)。

圖3 軌道梁模型的查看

3 軌道梁施工過程模擬

跨坐式單軌交通采用“墩梁并舉”的施工方式，下部橋墩和基礎在現(xiàn)場進行原位施工，軌道梁在梁場中進行預制生產(chǎn)[11]。簡支軌道梁橋墩頂部設置支撐墊石，連續(xù)剛構軌道梁橋墩頂部預埋臨時支撐預埋件，以方便軌道梁架設定位[12]。簡支體系軌道梁的架設過程中，可通過支座和墊石進行定位調(diào)整；連續(xù)剛構體系軌道梁可通過墩頂預埋支撐件和臨時固定千斤頂來進行定位調(diào)整(調(diào)整余量較小，后澆段施工完成后幾乎不能再進行調(diào)整)[13-14]。因此，有必要在施工前對軌道梁進行模擬施工，以期能夠減少線形偏差，提高架梁施工效率。軌道梁施工過程模擬主要包括區(qū)間軌道梁模型的架設、軌道梁架設位置的調(diào)整和模型后澆段的建立。

3.1 區(qū)間軌道梁的模擬架設

首先要確定軌道梁模型大、小里程測點等控制點，使其與實際軌道梁控制點相對應，并以此控制點為基礎，經(jīng)旋轉、平移等操作后放置至設計位置，具體流程如圖4所示。

圖4 模擬軌道梁架設安裝流程

3.2 軌道梁安裝位置調(diào)整

實際生產(chǎn)過程中，往往會有部分軌道梁偏離設計線形。應對其進行出場前的檢查，確認合格后方可進行運梁、架梁等操作[15]。應根據(jù)合格軌道梁的檢測數(shù)據(jù)(比如軌道梁梁長(弦長)、軌道梁實際伸縮量等)，在線路上規(guī)劃落梁控制點，調(diào)整軌道梁超高、高程等控制因素。具體步驟為：①根據(jù)軌道梁變形值，計算控制點坐標和設計超高；②以軌道梁一側控制點作為參考點，進行軌道梁的架設；③進行各截面超高和高程的檢查，直至軌道梁各截面安裝符合規(guī)范要求。

3.3 軌道梁后澆段模型建立

預制軌道梁架設完成后，連續(xù)剛構體系的軌道梁還要進行后澆段澆筑。利用BIM技術，經(jīng)過對模型的觀察、測量，亦可對軌道梁模型做出評價，避免產(chǎn)生不可恢復的安裝誤差。后澆段的區(qū)間軌道梁模型如圖5所示。

圖5 區(qū)間軌道梁模型

4 總結

借助MicroStation平臺與其二次開發(fā)技術，編制了跨坐式軌道交通PC軌道梁三維工法設計軟件，并對 BIM技術在軌道梁線形控制領域的應用進行探索研究。

通過BIM技術，建立了從設計到施工工法的完整數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)了軌道梁全壽命周期內(nèi)的信息集成；實現(xiàn)了軌道梁的可視化、信息化管理，使連續(xù)剛構體系軌道梁的線形控制精度達到毫米級，為BIM技術在跨坐式軌道交通領域的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎。