黔张常铁路桑植隧道BIM技术应用研究

当前主流BIM软件平台均无专门针对铁路隧道工程设计的功能,以往手动创建隧道工程BIM存在效率低、精度差和交付成果不规范的问题,致使设计BIM成果价值不能有效体现。依托黔张常铁路桑植隧道BIM试点项目,通过分析研究铁路隧道工程各设计环节BIM建模存在的难点,结合中国铁路BIM联盟发布的相关BIM技术标准,基于Revit软件平台进行二次开发,构建线路与隧道参数化设计数学模型,实现了高效、智能化的铁路隧道工程BIM建模与算量,最后利用BIM成果进行隧道洞口淹没分析、指导性施组设计和可视化交底应用。研究结果表明:通过对现有BIM软件平台进行二次开发,能够有效提高隧道工程BIM建模效率,确保BIM模型精度和交付成果符合规范要求,为后续开展更深层次的BIM应用提供有效的数据支撑。     

山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法与应用研究

为解决山地轨道交通隧道在BIM建模中存在的隧道线路偏差大、隧道构件复杂繁多、属性添加效率低以及呈现效果单一等问题,提出一种基于Revit+Dynamo+Excel及EVS软件的山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法。结合隧道线性工程特点,对Revit内置Dynamo插件二次开发,实现隧道快速精准的参数化建模和批量定义属性参数。提出基于EVS软件建立隧道三维地质体模型的方法,制定地层建模和岩性建模的实现方式和标准流程,结合隧道BIM模型全面实现隧道建设过程中的可视化。依托施家山隧道项目,基于Cesium框架实现了BIM模型、GIS地表和地质体三维模型的集成,实现三维可视化模型与模型属性、数据信息等可交互式操作。实践表明,Geo-BIM建模方法可以快速地对隧道BIM模型及其三维地质模型进行建模,通过集成后的模型信息之间能够表现出很好的交互效果,具有良好的工程应用价值。     

基于建筑信息模型(BIM)的城市轨道交通线路快速建模方法

城市轨道交通线路涉及的专业多,模型复杂。为提高建模效率和建模精度,采用RevitBIM软件平台的二次开发技术和C#编程语言,通过控制参数方法,实现桥梁、隧道、轨道等线路结构物参数化族自动建立。根据线路敷设方式划分线路区间,利用Revit软件二次开发的程序进行区间分段加载,实现了城市轨道交通线路所有结构部件BIM的自动组装;建立了城市轨道交通三维BIM的快速拼接方法,减少和降低了模型细化和拼接的复杂度。     

基于特定参数下管片选型方法与盾构机姿态控制措施

盾构施工过程中,管片选型正确与否直接关系到成型隧道外观质量和防水效果的好坏;而盾构姿态决定了成型隧道的走向,继而决定管片型式的选择;选择拼装的管片又反作用于推进油缸,进而影响盾构机姿态的控制。本文根据广州轨道交通三号线北延段11标高增站—新机场南站盾构区间的线路设计参数、盾构机参数和管片参数,总结出在该特定参数下管片选型的方法和盾构姿态的措施。     

BIM技术在汕头湾海底隧道的创新应用

针对汕头湾海底隧道地质构造复杂、海水压力等级高、施工工法类型多、超大直径盾构等难点,在对汕头湾海底隧道进行BIM设计的基础上,重点从盾构隧道管片参数化排布、管片钢筋精细化设计、海域段三层衬砌防排水系统精细化设计、拆解洞精细化设计及施工仿真、风化深槽破碎断层带海面垂直注浆加固设计、盾构管片健康监测布线方案比选6个方面开展了BIM专项应用,解决了设计优化、方案比选和关键技术创新等问题,实现参数化、精细化、可视化的设计施工一体化应用。可为类似工程BIM研究及深化应用提供参考。     

盾构隧道管片计算模型参数的敏感性分析

目前国内盾构隧道设计没有统一的国家规范,因而各设计单位主要参考国际隧道协会推荐的设计方法及日本等国规范、并结合设计者自己的工程经验进行设计。由于大和超大直径盾构隧道管片结构试验很少,管片设计参数取值只能参考日本规范和国内通过试验获取的有限资料。这些资料提供的参数取值范围较大,因而管片设计参数的取值具有一定的随意性。结合国内常用的管片结构计算方法——惯用计算法和梁-弹簧模型法参数取值进行分析,提出设计中应重点关注的参数取值建议。结论为:管片结构的抗弯刚度及纵向接头的抗剪刚度对管片内力影响显著而复杂,匀质圆环模型中的刚度折减系数及错缝拼装中的弯矩提高系数对计算管片变形和内力的准确性影响很大。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

基于BIM技术的接触网三维数字化设计软件研究

为满足铁路接触网设计BIM建模要求，解决当前接触网三维建模速度慢、软件参数化程度低等正向设计过程实施困难的问题，根据接触网专业的建模流程和设计人员的工作内容，提出以数据为依托的参数化建模解决方案。采用Openrail Designer软件进行接触网三维数字化设计软件开发，实现了协同设计平台路桥隧等专业接口资料获取，接触网构件参数化设计管理，支柱布置，腕臂、悬挂自动装配，二三维图纸同步和工程数量清单输出等功能，详细介绍了接触网支柱、腕臂、补偿装置等构件参数化建模的关键技术，专业间数据协同、接触网三维模型的自动创建以及二三维模型绑定等方法，促进了专业间数据的协同交互，提高了BIM模型的创建效率，为接触网BIM正向设计提供有效工具支撑。     

基于壳单元的盾构隧道参数化结构计算与验证

三维壳单元较二维梁单元能更精细地模拟管片结构受土体作用下的力学行为。为了推广三维壳单元隧道结构计算模型在大直径盾构隧道结构计算中的应用,提出基于壳单元的参数化隧道结构建模方法(Shell element-based Parametric Tunnel Structure Modeling,SPTSM)。SPTSM基于隧道中轴线及截面半径参数,能自动生成由壳单元所组成的隧道模型。在模型中,相邻环之间的壳单元公共边被定义成线性铰,以此模拟管片环缝间的接头刚度;管片纵缝间的接头刚度通过均质圆环法引入折减系数进行替代;壳单元节点被施加荷载压力、地层弹簧及约束支座,以模拟管片结构与围岩之间的力学行为。SPTSM提供了结构自动建模算法和壳单元节点荷载的自动计算算法,并通过调用Karamba3D有限元结构计算内核,实现盾构隧道结构的建模-计算一体化。将SPTSM应用于杭州某大直径盾构隧道工程76 m区间段,对比结构变形的计算和实际检测结果,验证SPTSM的合理性。SPTSM能自动建立精细的三维壳单元盾构隧道结构模型,并同时完成荷载压力、地层弹簧、线性-铰刚度以及约束支座的布置和设定。对比点云扫描的结...     

基于BIM技术的铁路隧道洞口设计软件研究

随着BIM技术在铁路隧道工程领域的飞速发展与应用，为解决铁路隧道洞口传统二维设计过程中洞口位置选择不合理，洞口开挖回填边界线绘制困难，洞口开挖工程量难以精确计算，端墙洞门结构及截水沟设计与地形匹配不直观等难题，提出利用BIM技术在Bentley OpenRail Design平台研发隧道洞口设计软件技术方案。通过对隧道洞口设计内容和设计流程进行梳理，对软件整体架构、关键模块和数据库进行设计，研发基于BIM技术的铁路隧道洞口设计软件。本软件利用C#/C++混合编程技术，通过动态剖切地形曲面，实现隧道洞口横、纵断面图与三维模型实时联动，实现隧道洞口位置的合理选择，完成洞口边仰坡设计以及端墙洞门结构、洞外截水沟创建以及图纸输出等功能。工程应用表明，该软件结构合理，满足隧道洞口设计实际需求，能有效减轻设计人员的劳动强度，显著提高隧道洞口设计效率与设计质量。     

基于三维点云的盾构管片拼装质量偏差评价方法

盾构机在掘进过程中,由于盾构姿态控制不当等因素,管片拼装时常发生错台值、椭圆度失准等工程质量问题,这些施工质量问题往往会对隧道的稳定性及安全性造成影响,为保证盾构隧道的安全施工与健康服役,在施工过程中对盾构管片拼装质量进行动态评估尤为重要。针对传统盾构管片拼装检测效率低,精度有限及检测数据全面性差等问题,应用三维激光扫描技术采集盾构管片拼装成型后的点云数据,通过长短轴法和改进的按斜率分割法分别对盾构管片的椭圆度和错台值进行测算;同时提出环段数据拟合提取隧道中轴线及中心点的方法,实现盾构管片拼装质量高精度、高效率、自动化检测。结合实际盾构隧道工程案例分析,验证基于三维点云的盾构管片拼装质量偏差检测方法的可行性。     

盾构隧道管片结构纵向错台研究

盾构隧道通缝拼装管片结构的错台一直是困扰盾构隧道施工的技术问题，且由错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显，并直接影响到工程质量。以上海轨道交通二号线西延伸段盾构隧道工程为背景，采用现场监测和数值计算方法对盾构推进过程中管片错台进行分析，获得了管片结构错台发生及发展的变化规律。进一步探讨了盾构千斤顶的顶力对错台大小及发展规律的影响，为盾构施工中减小错台，提高施工精度和质量，以及盾构隧道设计施工提供依据。     

铁路矿山法隧道BIM建模标准研究

针对铁路矿山法隧道BIM模型使用需求,研究施工图设计模型的构件命名规则与代码规则,以及建模精度与信息粒度等模型创建要求,建立铁路矿山法隧道施工图设计模型,建模精度、构件信息粒度包含施工工序和传统的二维施工图设计信息。研究成果符合现行的铁路隧道设计规范与标准要求,并结合依托工程得到成功实践。     

大断面水下盾构隧道管片设计参数及其统计分析

以国内大型水下盾构隧道的构造设计为基础,结合国外典型盾构工程实例,分析我国水下盾构隧道衬砌构造设计现状,并对管片外径与管片楔形量、管片厚度、管片分块数、标准块圆心角、标准块重力等衬砌构造设计参数的相关性进行统计分析,论述管片厚度与最大水压、管片外径与隧道最小覆盖层厚度之间的关系。研究表明:我国大型水下盾构隧道接缝构造正在向单道止水密封、非榫槽平顺接缝、通用楔形平板型管片错缝拼装方面发展;研究还得出管片外径与管片厚度、管片分块数和标准块重力之间呈正相关性等一系列结论。     

盾构隧道开裂管片计算分析与加固设计

分析了某地铁盾构隧道管片开裂原因,并对开裂管片的稳定性进行了计算分析,提出了管片加固设计方案.指出盾构隧道超挖和注浆不足是导致隧道管片开裂的诱因,设计方在进行盾构隧道设计时应对注浆工艺提出明确的要求.     

衬砌管片水养pH值及水位调节系统研制与应用

传统盾构隧道衬砌管片水养pH值及水位检测方法已无法满足越来越高的生产需求与施工建设要求。本文研制一种全自动、智能化pH值及水位调节系统，并成功应用于多项工程实践。该系统可满足衬砌管片水养pH值、水温及水位检测需求，并显著提高管片水养池的pH值、水温及水位检测效率和检测精度，实现自动调节水养池液位，自动化、智能化检测水养池pH值、水位及水温，检测成果可自动上传至生产管理平台，对管片水养质量进行跟踪管理，提高了管片水养自动化水平，有利于加强衬砌管片生产质量的控制。     

单线地铁区间盾构隧道管片结构设计

介绍单线地铁区间盾构隧道管片结构设计中的相关技术，其中包括管片的类型，结构特征，环向和纵向力学模型，地震和相邻结构物对管片的影响，以及配筋设计和检算内容等。其成果将对我国单线地铁区间盾构隧道管片结构的设计提供指导。     

基于BIM技术的铁路轨道正向设计系统研究

为解决铁路工程专业间协同设计难度大、专业内构件关系复杂多样、信息模型难以跨阶段应用等诸多问题，阐述了BIM技术在轨道工程领域取得的研究成果，通过构建专业接口实现模型、线路计算模型、轨道结构参照关系模型，将轨道结构设计流程进行数字化表达，依托Bentley平台OpenRail Designer基础软件，研发了“以模型为载体、以数据来驱动”的铁路轨道正向设计系统，系统包含项目设置、数据管理、接口设计、轨道设计、轨道建模、模型应用和拓展应用等七大模块。研究结果表明：该系统实现了上下序专业间的模型级协同设计及轨道结构的参数化建模，软件使用流程契合轨道设计工作流程，轨道信息模型为设计、施工、运维等项目阶段的应用提供信息载体，大幅提高了轨道设计的质量和效率。     

基于Revit的BIM模型参数化建模研究

BIM技术在铁路行业全生命周期的应用是未来的发展趋势。建立完整BIM模型首先要快速、准确地建立各设备BIM模型。对于结构相对固定的实体,建立设备BIM模型可大大减少参数化建模工作量,提高建模准确率与工作效率。以钢结构避雷针塔为研究对象,在分析其结构特点并确定模型精度的基础上,定义钢结构避雷针塔的关键参数,明确几何参数与关键参数的对应关系以及几何参数间的约束关系,并通过Revit二次开发对钢结构避雷针塔进行参数化建模。实践表明,实现BIM模型的参数化建模可减少因模型重建造成的时间浪费,提高建模准确率和工作效率。     

基于BIM技术的铁路隧道正向设计研究

以Bentley平台和二次开发软件为技术支持,对基于BIM技术的铁路隧道正向设计进行研究:结合新版软件功能,从项目创建、流程管理、参数化设计、三维建模、工程量统计等方面出发,总结BIM正向设计在可视化、参数化设计、信息化管理、结合地形设计等方面具有的优势;另一方面,BIM技术还存在部分构件建模过程复杂、二次开发软件不足、出图功能欠缺、参数化数字化设计不完善、审核难度大等问题。通过本次研究,进一步优化了铁路隧道BIM正向设计流程,为在隧道专业中推广BIM正向设计积累了宝贵的经验。