基于BIM 技術(shù)的地鐵軌道鋪設(shè)工程
——以佛山地鐵3 號(hào)線為例

李萬(wàn)博，屈偉鋒，張樂(lè)華，王國(guó)強(qiáng)

（1.佛山市地鐵建設(shè)有限公司，廣東 佛山；2.中鐵一局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司，廣東 佛山）

引言

近幾年，各大城市交通網(wǎng)的完善一定程度上推動(dòng)著軌道交通業(yè)的發(fā)展，促使地鐵建設(shè)效果得到進(jìn)一步優(yōu)化[1]。一般情況下，地鐵軌道鋪設(shè)工程是十分復(fù)雜且多變的，傳統(tǒng)的鋪設(shè)方法多為單向結(jié)構(gòu)，雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的施工任務(wù)及目標(biāo)，但是缺乏穩(wěn)定性與安全性，在不同的建設(shè)背景下，難以對(duì)各個(gè)鋪設(shè)路程進(jìn)行轉(zhuǎn)換性地把控，阻礙后續(xù)建設(shè)工作的執(zhí)行[2]。不僅如此，單向的鋪設(shè)結(jié)構(gòu)整體的效率較低，這也是導(dǎo)致最終施工效果無(wú)法滿足預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)的重要因素之一[3]。為此提出對(duì)基于BIM 技術(shù)的地鐵軌道鋪設(shè)工程——以佛山地鐵3 號(hào)線為例的驗(yàn)證及分析。所謂BIM 技術(shù)（Building Information Modeling），主要指的是一種建筑信息模型，在當(dāng)前的應(yīng)用范圍之內(nèi)，慢慢成為建筑學(xué)、工程學(xué)日常工作的多維新工具[4]。將該項(xiàng)技術(shù)與地鐵軌道鋪設(shè)工程相融合，一定程度上可以進(jìn)一步擴(kuò)大實(shí)際的施工范圍，從多個(gè)角度強(qiáng)化鋪設(shè)的質(zhì)量，提升總體的加固強(qiáng)度，加強(qiáng)對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)的控制，設(shè)計(jì)更加靈活、多變的施工結(jié)構(gòu)，在BIM 技術(shù)的輔助和支持下，當(dāng)前結(jié)合工程的搭接需求，標(biāo)定出支撐點(diǎn)，同時(shí)采用協(xié)同處理的方式，逐步確保鋪設(shè)的穩(wěn)定與安全，為后續(xù)佛山地鐵3 號(hào)線維護(hù)建設(shè)工作的執(zhí)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5]。

1 工程概況

此次主要是對(duì)基于BIM 技術(shù)的地鐵軌道鋪設(shè)工程——以佛山地鐵3 號(hào)線為例的設(shè)計(jì)建設(shè)效果進(jìn)行分析與驗(yàn)證研究，考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，采用比對(duì)的方式展開(kāi)分析。該地鐵工程為3221標(biāo)段軌道，施工范圍及內(nèi)容設(shè)定：順德客運(yùn)港站（含）-高村站（不含）（Y (Z)CK7+837.000～Y(Z)CK34+639.612）。當(dāng)前為確保測(cè)試的穩(wěn)定性與可靠性，設(shè)置正線、輔助線的軌道總鋪軌長(zhǎng)度57.837 Km，有縫線路4.814 Km，無(wú)縫線路53.023 Km[6]。減振地段道床7.489 Km，高架段道床0.48 Km。具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 佛山地鐵3 號(hào)線工程線路平面圖示

根據(jù)圖1，完成對(duì)佛山地鐵3 號(hào)線工程線路平面的設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用分析。隨即，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際的工程開(kāi)展情況，進(jìn)行初始測(cè)試環(huán)境的簡(jiǎn)單布置，形成一個(gè)穩(wěn)定的軌道鋪設(shè)背景，為后續(xù)的施工奠定基礎(chǔ)[7]?？梢韵葘⒃撀范蝿澐譃? 個(gè)，每一個(gè)路段均需要設(shè)置一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相搭接關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)循環(huán)性的“監(jiān)測(cè)網(wǎng)”[8]。接下來(lái)，結(jié)合BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)多維具象化的地鐵軌道鋪設(shè)模型，便于日常數(shù)據(jù)、信息的采集和鋪設(shè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，至此完成對(duì)基礎(chǔ)工程概況和施工的設(shè)置，接下來(lái)，結(jié)合BIM 技術(shù)，進(jìn)行具體的測(cè)定與施工驗(yàn)證。

2 設(shè)計(jì)佛山地鐵3 號(hào)線BIM 軌道鋪設(shè)技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備及鋪設(shè)點(diǎn)位標(biāo)定

佛山地鐵3 號(hào)線在進(jìn)行軌道鋪設(shè)之前，需要先進(jìn)行基礎(chǔ)性的施工準(zhǔn)備，并標(biāo)定出軌道的鋪設(shè)點(diǎn)位。首先，需要明確實(shí)際的地鐵覆蓋范圍，并將其劃分為對(duì)應(yīng)的施工路段，不同的路段上設(shè)置的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、信息的采集，以待后續(xù)的使用。

隨即，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行施工材料及基礎(chǔ)裝置的準(zhǔn)備，主要包括鋼軌、土枕、混凝土、吊車(chē)、檢測(cè)裝置等，在進(jìn)行施工之前，需要對(duì)所使用的材料、裝置進(jìn)行核驗(yàn)，確保其穩(wěn)定、可使用之后，進(jìn)行歸類(lèi)處理。

在軌道的核心位置標(biāo)定出基樁、中樁以及放坡點(diǎn)的各個(gè)位置，并繪制中心線，預(yù)設(shè)高程點(diǎn)位13.55，復(fù)測(cè)線路的中樁高度為6.35 m，在施工的過(guò)程中確保樁距直線小于45 m，軌道的路段為15 m。設(shè)置6 個(gè)測(cè)試施工周期，利用部署的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、信息的采集，接下來(lái)，結(jié)合BIM技術(shù)，進(jìn)行后續(xù)的施工建設(shè)。

2.2 鋪碴整道及軌枕多位置鋪設(shè)

鐵路軌道鋪設(shè)工程中，鋪碴整道是十分關(guān)鍵的，與后續(xù)的施工存在較大的關(guān)聯(lián)，所以，此次結(jié)合BIM技術(shù)，進(jìn)行鋪碴整道及軌枕多位置鋪設(shè)處理。當(dāng)前，在各個(gè)路段上設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，使用砂石完成底碴的預(yù)鋪，但是需要注意的是，針對(duì)于成型比較晚的路基，傳統(tǒng)的底碴預(yù)鋪方式較為單一，難以為后續(xù)的施工營(yíng)造穩(wěn)定的環(huán)境。所以，可以將底碴堆放在鐵路軌道的邊緣位置，當(dāng)路面修葺完成之后，達(dá)到預(yù)期的鋪設(shè)條件，在進(jìn)行多維處理。

使用壓路機(jī)和攤鋪設(shè)備路面的平整度進(jìn)行處理，依據(jù)繪制的中心線進(jìn)行道路的找平工作，在可控的范圍之內(nèi)，逐步擴(kuò)大鋪碴的范圍，在路軌道的寬度上形成一定的延伸，以保證路段的穩(wěn)定及安全。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行多位置的軌枕鋪設(shè)，此次所選定的類(lèi)型的軌枕，具體如圖2 所示。

圖2 多位置軌枕及枕排鋪設(shè)圖示

根據(jù)圖2，完成對(duì)多位置軌枕及枕排的鋪設(shè)。隨即，在此基礎(chǔ)之上，對(duì)鋼軌各個(gè)位置的點(diǎn)位進(jìn)行加固處理，通過(guò)BIM 技術(shù)，對(duì)當(dāng)前鋼軌的基準(zhǔn)度與平整度進(jìn)行測(cè)定，避免鋼枕出現(xiàn)彎曲，強(qiáng)化內(nèi)置的結(jié)構(gòu)與鋼軌性能。

2.3 BIM技術(shù)進(jìn)行鋼軌搭接及道岔板安裝

結(jié)合BIM技術(shù)，基于上述設(shè)置的多位置軌枕及枕排鋪設(shè)，進(jìn)行鋼軌搭接，同時(shí)安裝道岔板。首先，需要進(jìn)行鋼軌的脫卸。采用夾鉗、鋪軌機(jī)進(jìn)行拖拽，將鋼軌運(yùn)送到設(shè)定的位置之上，通過(guò)拖拉架來(lái)調(diào)整鋼軌的位置，并進(jìn)行加固處理，避免出現(xiàn)移位、滑落等情況。隨后，使用液壓裝置把鋼軌放置在成軌槽之中。形成預(yù)匹配的搭接槽段。測(cè)定計(jì)算出當(dāng)前軌間的縫隙間距，具體如公式（1）所示：

式中：D 表示軌間縫隙間距；h 表示接軌范圍；k 表示重復(fù)安裝距離；n 表示接入縫隙數(shù)量；? 表示可控范圍。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌間縫隙間距的計(jì)算，在施工的過(guò)程中，將間距最大程度控制在1.02～1.05 cm之間為最佳。隨即，以此為基礎(chǔ)，通過(guò)BIM技術(shù)，描述軌道的安裝扣件，并精準(zhǔn)標(biāo)定出各個(gè)元件的加固進(jìn)口位置，使用螺帽將平墊圈搭接在一起，確保圈內(nèi)位置擺正，使其與軌枕緊密相連。

接下來(lái)，進(jìn)行道岔板的安裝，通過(guò)BIM 技術(shù)先對(duì)道岔板的具體位置進(jìn)行測(cè)算，使用虛擬比對(duì)的方式，進(jìn)行移位處理，嚴(yán)格控制鋪設(shè)的實(shí)際精度，在道岔板上實(shí)際選定4 個(gè)角點(diǎn)作為支撐，設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，便于后續(xù)的軌道內(nèi)置結(jié)構(gòu)的搭接。

2.4 焊軌處理與定點(diǎn)加固實(shí)現(xiàn)地鐵鋪設(shè)

完成鋼軌搭接及道岔板安裝之后，接下來(lái)，基于BIM 技術(shù)，對(duì)地鐵軌道的鋪設(shè)進(jìn)行焊接處理，并對(duì)各個(gè)邊緣點(diǎn)位進(jìn)行加固，完成對(duì)佛山地鐵3 號(hào)線的鋪設(shè)。在進(jìn)行焊接之前，需要先明確具體的焊接位置，并確保焊接的兩個(gè)方向鋼枕平整。

但是需要注意的是，由于焊接施工具的特殊性，需要適當(dāng)設(shè)置防火裝置，確保焊接施工的穩(wěn)定安全。使用焊接裝置將鋼軌進(jìn)行搭接，與此同時(shí)，在地鐵軌道上標(biāo)定出4 個(gè)均衡節(jié)點(diǎn)，作為對(duì)應(yīng)的加固節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)下方均需要設(shè)置支撐樁柱，進(jìn)行定點(diǎn)加固處理，并測(cè)算出鋪設(shè)范圍，具體如公式（2）所示：

式中：M 表示定點(diǎn)加固鋪設(shè)范圍；m 表示軌道鋪設(shè)區(qū)域；g 表示重復(fù)堆疊范圍；λ表示承載力；l 表示支撐樁柱數(shù)量。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)定，完成對(duì)定點(diǎn)加固鋪設(shè)范圍的確定，并實(shí)現(xiàn)最終的佛山地鐵3 號(hào)線軌道鋪設(shè)的施工處理。

3 實(shí)例施工結(jié)果分析

結(jié)合上述施工設(shè)定，接下來(lái)，依據(jù)BIM技術(shù)，對(duì)當(dāng)前佛山地鐵3 號(hào)線的軌道鋪設(shè)工程進(jìn)行設(shè)置與施工驗(yàn)證，最終獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)、信息。隨機(jī)選定5 個(gè)路段進(jìn)行測(cè)試，并測(cè)算出各個(gè)路段的荷載比，具體如表1所示。

表1 佛山地鐵3號(hào)線軌道鋪設(shè)路段結(jié)果分析

根據(jù)表1，完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析：針對(duì)上述隨機(jī)選定的測(cè)試路段，最終得出的荷載比均可以達(dá)到6.5以上，說(shuō)明在BIM 技術(shù)的輔助與支持下，當(dāng)前所設(shè)計(jì)的地鐵軌道鋪設(shè)方法更加靈活、多變，自身具有較強(qiáng)的可控性與針對(duì)性，在不同的背景環(huán)境，可以強(qiáng)化對(duì)應(yīng)的鋪設(shè)質(zhì)量及效果，誤差可控，具有實(shí)際的施工建設(shè)意義。

結(jié)束語(yǔ)

綜合上述分析，對(duì)基于BIM技術(shù)的地鐵軌道鋪設(shè)工程——以佛山地鐵3 號(hào)線為例的設(shè)計(jì)與研究分析，與初始的地鐵軌道鋪設(shè)方式相比對(duì)，此次結(jié)合BIM技術(shù)，所設(shè)計(jì)的鋪設(shè)結(jié)構(gòu)更加靈活、多變，自身具有較強(qiáng)的靈活性。在不同的背景環(huán)境下，通過(guò)BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)三維處理模型，提取地鐵鋪設(shè)工程中存在的三維可視化、協(xié)同性、信息可提取性等特性，進(jìn)一步提升鋪設(shè)位置及點(diǎn)位的精準(zhǔn)鎖定，推動(dòng)工程進(jìn)度，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)及建筑行業(yè)的發(fā)展提供參考依據(jù)。