BIM技术在铁路隧道-设计阶段的应用研究

BIMBIMBIMBIM技术在铁路隧道设计阶段的应用研究主讲人：李俊松1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望达索系列软件在铁路隧道工程中应用的整体技术框架：整体概况——技术框架三维设计BECDA平台选取理念革新模板建立团队培养二次开发整体概况——解决问题BIM技术的应用需要若干软件相互协作共同完成，要求信息模型能在各软件之间无损交换、无缝链接，因此可选择同系列的软件相互配合以实现BIM技术的应用。目前国际上领先的三维软件公司主要有欧特克、达索、奔特力和图软，课题组在综合考虑软件性能、建模需求、施工模拟、运营维护等因素后，选择达索系列软件作为技术支持。整体概况——解决问题平台选取整体概况——解决问题平台选取硬件架构整体概况——解决问题平台选取信息附加与互通骨架继承专业协同参数化驱动模板化拼装二三维联动理念革新整体概况——解决问题理念革新提炼参数和步骤基础模型实践应用并反复修改初步模板模板应用最终模板整体概况——解决问题模板建立后期应用接口标准化建模功能信息附加功能工程量统计功能二维出图功能整体概概况——解决问问题二次开开发推广利用组应用研究组功能开发组核心研发组整体概概况——解决问问题团队建建设铁路隧道专业BIM技术应用总体规划整体概概况——技术路路线隧道暗洞BIM技术应用规划整体概概况——技术路路线整体概概况——技术路路线整体概概况——技术路路线整体概概况——技术路路线整体概概况——技术路路线整体概概况——技术路路线1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望ENOVIAVPM协同平平台协同导导航——ENOVIAVPM协同平平台铁路隧隧道设设计导导航系系统协同导导航——TIM设计导导航功能按按钮区区域软件集集成区区域铁路隧隧道设设计导导航系系统设计辅辅助功功能协同导导航——TIM设计导导航铁路隧隧道设设计导导航系系统计算辅辅助功功能协同导导航——TIM设计导导航铁路隧隧道设设计导导航系系统三维设设计导导航协同导导航——TIM设计导导航基于C/S模式的的协同同工作作保证证了设设计数数据的的时效效性和和唯一一性；；协同设计可可实现现设计计流水水化作作业，，提高高设计计效率率；导航系统在在融入入传统统设计计理念念的基基础上上，再再造了了全新新的BIM设计流流程，，提高高了铁铁路隧隧道设设计效效率，，使设设计人人员可可将更更多的的时间间投入入设计计方案案的优优化。。协同导导航——小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望在借鉴鉴建筑筑、机机械、、电子子行业业相关关研究究的基础础上，响应应铁路路BIM联盟号号召，，根据据行业业实际际情况况定义义了一一系列列面类类，如如右图图所示示。并并对各各面初初步拟拟定了了编码码规则则，制制定了了隧道道专业业合理理可行行的文文件级级、特特征级级命名名规则则。三维维建建模模———标准准制制定定序号线路名称顺序码1成康线0012沪昆客专0023成贵线0034…………5成南线0096宝兰客专00A7西成客专00B8…………9大瑞线00Y10沪昆线00Z11云贵线01012广大线01113…………14大丽线0ZY15成昆线0ZZ16成绵乐10017…………序号区间描述区间代码1成康线成都-彭山012成康线彭山-多悦023…………4成康线多悦-盘鳌乡095成康线盘鳌乡-朝阳湖0A6成康线***-***0B7…………8成康线***-***0Z9成康线***-***1010成康线***-***1111…………12成康线***-***ZY13成康线***-***ZZ序号功能区域类型编码1工区12实验室23拌合站34监理站45预制梁场56预制板长67轨枕预制厂78盾构管片预制厂8三维维建建模模———标准准制制定定三维维建建模模———标准准制制定定三维维建建模模———标准准制制定定三维维建建模模———开发发工工具具小导导管管定定制制界界面面钢架架定定制制界界面面二衬衬钢钢筋筋定定制制界界面面三维维建建模模相相关关工工具具三维维建建模模———开发发工工具具骨架架参参数数辅辅助助参数数同同步步AutoCAD导入入标准准化化建建模模辅辅助助工工具具参数数复复制制三维维建建模模———开发发工工具具大跨跨I型二二衬衬大跨跨I型沟沟槽槽及及仰仰拱拱填填充充下锚锚段段初初支支下锚锚段段二二衬衬利用用CATIA草图图设设计计器器绘绘制制隧隧道道截面面草草图图，，约约束束部部件件尺尺寸寸，，建建立立参参数数化化关关系系。。三维维建建模模———暗洞洞模模板板洞内内车车站站大大跨跨段段三维维建建模模———暗洞洞模模板板洞内内车车站站大大跨跨段段沟沟槽槽及及道道岔岔布布置置洞内内车车站站大大跨跨段段衬衬砌砌布布置置下锚锚衬衬砌砌及及普普通通衬衬砌砌段段三维维建建模模———暗洞洞模模板板锚杆钢筋网型钢钢架混凝土三维维建建模模———暗洞洞模模板板进口明暗分界横断面草图进口口隧隧道道洞洞门门横断断面面草草图图隧道道出出口口洞洞门门外外耳耳墙墙草图图隧道道出出口口洞洞门门耳耳墙墙草图图草图图与洞洞身身轮轮廓廓联联系系，，参参数数化化驱驱动动所所有有轮轮廓廓约约束束。。三维维建建模模———洞门门模模板板在建建立立三三维维地地表表、、三三维维地地质质模模型型的的基基础础上上，，建建立立线线路路的的三三维维模模型型，，利利用用骨骨架架继继承承、、参参数数设设置置、、草草图图绘绘制制等等技技术术，，结结合合CATIA的扫扫掠掠、、拉拉伸伸、、多多截截面面等等命命令令，，实实现现隧隧道道三三维维实实体体模模型型的的建建立立。。隧道道进口口隧道道出出口实体体三维维建建模模———洞门门模模板板继承承线线路路骨骨架架、、参参数数化化驱驱动动所所有有草草图图，，实实现现联联动动修修改改。。草图图骨架架草图图参数数三维维建建模模———明洞洞模模板板整体体模模型型回填填基底底换换填填实体体衬砌砌和和端端墙墙三维维建建模模———明洞洞模模板板斜井井洞洞门门草草图图斜井井洞洞口口挡挡墙墙草草图图斜井井衬衬砌砌草草图图草图图类似似于于正正洞洞方方法法绘绘制制斜斜井井各各类类型型草草图图，，并并参参数数化化驱驱动动。。三维维建建模模———斜井井模模板板实体体端墙墙模模型型斜井井洞洞门门模模型型整体体模模型型三维维建建模模———斜井井模模板板钢架架模模型型钢筋筋网实体体斜井井衬衬砌砌初期期支支护护三维维建建模模———斜井井模模板板实体体斜井井交交叉叉段段模模型型斜井井错错车车道道模模型型三维维建建模模———斜井井模模板板2截面面草草图图设设计计3截面面草草图图设设计计后墙墙内内侧侧主主筋筋草草图图设设计计后墙墙内内侧侧纵纵筋草草图图设计计草图图三维维建建模模———洞室室模模板板初喷喷和和复复喷喷锚杆杆和和钢钢筋筋网网二衬衬混混凝凝土土二衬衬钢钢筋筋实体体三维维建建模模———洞室室模模板板通过过三三维维模模型型，，可可实实现现隧隧道道设设计计合合理理性性检检验验。。以以下下图图形形为为综综合合洞洞室室设设置置在在施施工工缝缝处处。附属属洞洞室室与与施施工工缝缝位位置置关关系系施工工缝缝施工工缝缝上图图为为综综合合洞洞室室设设置置在在施施工工缝缝处处三维维建建模模———设计计校校核核附属属洞洞室室与与施施工工缝缝位位置置关关系系通过过三三维维模模型型，，可可检检验验如如附附属属洞洞室室与与施施工工缝缝位位置置关关系系，，避避免免附附属属洞洞室室设设置置在在施施工工缝缝、、变变形形缝缝处处。。以上两图图为综合合洞室设设置避开开施工缝缝施工缝施工缝三维建模模——设计校核核三维建模模——设计校核核隧道洞口口位置确确定隧道出口口隧道进洞洞较早隧道进洞洞较晚隧道合理理的进洞洞位置环向盲管管与施工工缝关系系环向盲管管与施工工缝位置置重叠环向盲管管与施工工缝位置置错开三维建模模——碰撞检验验径向锚杆杆与超前前支护重重叠径向锚杆杆与超前前支护避避开重叠叠三维建模模——碰撞检验验斜切式洞洞门钢筋筋计算优优化三维建模模——精细化设设计斜切式洞洞门钢筋筋三维建模模——精细化设设计设计方案案审核与比比选；三维联动算量；精细化设计；数值模拟拟模型共享；轻量化展示。三维建模模——小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望定制具有有铁路行行业特点点的标准准，使BIM模型特别别是其中中的二维维图模板板符合目目前的制制图标准准和设计计习惯。。草图标准准创成标准准二维出图图——标准制定定定制具有有铁路行行业特点点的字体体，使BIM模型特别别是其中中的二维维图模板板符合目目前的制制图标准准和设计计习惯。。字体选择隧道符号二维出图——字体定制互提资料读入轮廓模板调用传统设计介入三维模板驱动二维图纸生成二维出图——整体思路二维出图——互提资料读入入线路、地质数数据读入内容容展示三心圆、单心心圆建模出图图模板二维出图——轮廓模板调用用马蹄形建模出出图模板二维出图——轮廓模板调用用衬砌分段设计计二维出图——传统设计介入入衬砌分段设计计二维出图——传统设计介入入数据库配置界界面辅助洞室智能能布置2D部件导入EXCEL导出EXCEL二维出图——CATIA二次开发施组图绘制工工具条纵断面图绘制制工具条基准设置删除功能二维出图——CATIA二次开发施组案例康定隧道-25.016公里-4斜井2横洞二维出图——出图成果纵断面案例扎莫隧道-1.232公里二维出图——出图成果衬砌断面图二维出图——出图成果衬砌钢筋图二维出图——出图成果型钢钢架图二维出图——出图成果实现了纵断面、衬衬砌断面、施施工组织等图纸的的快速辅助出图，使设计师师可投入更多多的时间在设设计方案优化化上；参数化设计、二三三维联动等技技术较大地提提高了设计效效率和准确度度，也减轻了了后期变更设设计的工作压力。二维出图——小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望结构加载结构材料属性应力张量米斯应力数值模拟——内部模块网格划分载荷及边界条条件材料属性赋予予CATIA模型导入数值模拟——ABAQUSZ向位移分布米赛斯应力主应力空间张张量Z向应力分布数值模拟——ABAQUSCATIA实体模型数值模拟——重庆地铁ABAQUS实体模型数值模拟——重庆地铁CATIATOANSYS(二维)CATIA轮廓转换程序ANSYS单元ANSYS节点变形图轴力图数值模拟——ANSYS互动空气动力学原原理CATIA导出三维模型型.stp文件fluent导入.stp文件fluent导入.stp文件后全线三三维模型数值模拟——FLUENT互动Fluent局部放大三维维模型三维模型空气气动力学分析析网格划分三维模型空气气动力学分析析云图三维模型空气气动力学分析析云图数值模拟——FLUENT互动实现了CATIA三维模型、二二维草图到分分析软件的无无缝接入；BIM设计过程中的的信息可与分分析软件共享享；数值模拟——小结目前已较大地地提高了隧道道断面数值检检算的效率。。1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望出口开挖量统统计进口开挖量统统计工程算量——三维算量出口圬工统计计进口明洞工程程数量统计出口明洞工程程数量统计进口圬工统计计工程算量——三维算量工程算量——二维算量参数关联图形驱动数量计算整合工程量数数据，常见表表格方式输出出。洞口及明洞工工程数量表（（部分）洞身工程数量量表（部分））工程算量——表格输出目前已实现的的工程算量功功能可较大地地提高算量效效率；BIM三维算量与传传统二维算量量的结合可大大大提高算量量精准度；工程算量——小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望附加信息添加加信息同步信息附加相关关工具附加信息查询询信息模板制定定三维模板——二次开发模型信息附加加产品属性信息信息是BIM的灵魂，通过过搭建底层数数据库及二次次开发，从信信息附加，属属性附加及数数据库数据信信息存储等方方面为隧道BIM模型附加信息息。数据库存储信息附加实现了纵断面、衬衬砌断面、施施工组织等图纸的的快速辅助出图，使设计师师可投入更多多的时间在设设计方案优化化上；参数化设计、二三三维联动等技技术较大地提提高了设计效效率和准确度度，也减轻了了后期变更设设计的工作压力。二维出图——小结1整体概况2协同导航3三维建模4二维出图5数值模拟6工程算量7信息附加8后期展望施工延伸3D施工模型设计数据(图纸、模型、文档)施工工艺施工工序施工资源（人、机、材）实验分析数据施工计划施工模拟数据造价预算数据施工现场数据从设计阶段传传递到施工阶阶段的数据，，可为施工分分析、工艺、、工序、资源源配置、施组组计划、施工工模拟等方面面提供坚实的的数据基础。。通过二次开发发，实现BIM模型与数据库实时关联，能快速、准确地获得施工工程基础数据，随时为采购计计划的制定、限额领料、物料下料等等提供及时、准准确的数据支支撑。施工延伸——物料配置型钢钢架模型型现场预制图运用BIM技术预先生成隧道特殊殊位置，如附属洞室与正正洞交叉位置、洞门位置的钢钢筋、钢架等等模型，通过过模型准确的的计算出不规规则位置每根钢筋、钢架的的长度，指导工工人现场下料料，提高施工工效率，减少材材料浪费。现场下料图斜切式洞门钢钢筋模型施工延伸——现场下料监控量测是铁铁路隧道施工工阶段必不可可少的一个工工作环节，隧隧道的安全在在成大程度上上取决于监控控量测工作是是否合理、科科学、系统和和高效。隧道监控量测测虚拟施工延伸——虚拟监控地表沉降的虚虚拟实现单个沉降点施工延伸——虚拟监控结合ENOVIA平台数据协同同及处理功能能，实现对铁铁路隧道项目目安全风险的的评估与管理理，为施工阶阶段的施工安安全