BIM设计助力铁路路基排水

我国是一个季风气候明显的国家,降水季节分配差异大。每年4月,我国东南部雨季率先爆发,这个阶段一般被称为“江南春雨期”。

BIM设计助力铁路路基排水

= 2 d Y b %正伦版画:江南春雨

在雨水丰富的季节,铁路路基极易软化、冲蚀,致使路基本体强度降低,诱发各种病害;而良好的排水设计可确保路基安全稳定,杜绝运营期间多数路基病害发生。

铁路路基排水二维设计一般采用断面法。断面法:在路基横断面两侧设置水沟,结合平面地形确定排水流向,逐个断Y S ] r面检查并调整水沟高程及横向位置,完成水沟的横断面和平面\ ? y 6 O设计。断面- d u 9 : : - w 8法不N ? n V q =能体现断面间排水,而BIM依托三维地形曲面和影像数据,排水设计的系统m 9 { X性和直观性显n $ } A H S !著增强,工程数量计算更加精确。

BIM作为推进铁路工程建设信息化的主要技术支撑,其价值和重要性已得到行业的持续关注和普遍认可,推广应用BIM技术已成为建设数字化铁路的必然选择。

在达索系统下直接进行排水沟平纵断面骨架_ q ^ M ? +线设计,开发周期和工作量都b S N ? _很大,如果通过AutoCAD二次开发技术,基于数字地面` b 9 N模型、地面影像、路基w ( N I R j、桥梁、隧道等专业模型,先快速完成排水平y v ` ~ { h纵断面骨架线设计,再w m m 3 n \ M /导入达索系统进行三维建模,进行三维展示和合理性检? T \ ! B查,可高效完成排水BIM设计。

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BIM排水:AutoCAD & 达索的接+ = 2 f $ e P -

排水平纵协同设计 ObjectARX是AutoCAD新一代的二次开发工具,能快速访问AutoCAD图形数据库,以动态链接库的形式实现许多复杂功能。

在此主要探讨在VS2008平台上采用ObjectARX,实现排水沟沟底空间曲线的平纵协同设计方法。

1 创建数模、视口,导入路桥隧模型和( ^ t a地面影像

利用测绘专业采集并进行分类处理后的雷达点云数据,构建数字地面模型,l % C , p W 7 j按照种类不同,: , J可分为Delaunay三角网和方格网数模。在进行排水设计之初,完成数模初始化,并常驻内存,保证设计期间可以重复使用数模计算地面高程,直至退出CAD程序时,清理数模对象。 在CAD中创建2个视口作为路基排水设计的平纵视口,平面视口在上方,显示铁路路基排水的平面自定义实体;纵断面视口在下方,显示铁路路基排水的纵断面自定义实体;平纵视口的大小比例可由用户自定义调整。 将达索系统下创建的路基、桥梁、隧道模型连同地面影像的俯视图片插入CAD图W @ o h u,勾绘路基边坡和_ = 0 \ N )隧道洞口刷坡的边界线,并结合地面坡度走向,设计排水沟e F : E Y g [的初始平面位置。

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济青高铁青阳隧道4 } ) o ; d W洞口排水平纵协同设计

2 排水平面交互式设计 基于ObjectARX% u A ! R 1 . ; q进行CAD二次开发时,常用到字典来管理数据库对象x \ Y (,自定义实体技术创建定制多种属性和方法的设计模型,夹点拖动技术进行模型的交互式编辑。 字典是Auto@ R W 3 P O @ A mCAD的一种容器对象,用于组织和管理数据A v a B { X H +库实体对象。在排水设计中,通过派生构建自定义t - N 0 h ) 5 f f字典,包括各F F ]条水沟平面、当前水沟平面、各条水沟纵断面、当前水沟纵断面8 R N I m r的实体对象编码。 自定义实体是ARX为开发者提供的具有图形表现的定制数据库对象类,一般由AcDbEntity类派生,开发者一般需要重载绘制、炸碎、夹点拖动等关键函数。创建排水平面自定义实体,是在平面视口中逐个1 c \ R . + 4添加水沟平\ 1 6 e l面交点,创建由直线段和圆弧组成的平面水沟沟底中心线,曲线半径采用不小于沟底宽度的10倍,且不小于5m。 将排水沟平面交点、夹直线中点作为水沟平面交互式编辑的夹点,通过夹点拖动修改排水沟平面位置。此外,还包含排水沟平面模型的拆分、连接、倒置等编辑功能。

3 排水纵断面自动化设计

通过自动更新地面线i & F U T、坡度自动模拟和顺坡等} A | 3 9 V手段,必要时辅以少量交互式调整,基本实现了% % u j纵断面的自动化设计。地面线自动更新是根据平面位置调整,3 F 1 1` 3 + b L用数模重新计算并绘制排水沟纵断面地面线。 坡度自动模拟e o 2 ) B Z . ` R是基于最小二乘法原理,对地面线进行直线模拟并进行分坡处理,纵断面自定义实体绘制时按照坡度向上和向c $ d h ~ )下,采用不同的颜色绘制坡长、坡度及坡段线,并标注坡段上指Z F 3 ~ % c } w定间隔位置处的填挖量,便于直观地检查水沟沟底高程是否满足顺坡要求。 自动顺坡是选择一段水沟的最高点,进行单面坡或人字坡排水设r v R计,可减少手动调坡的工作量。最后通过@ M & ` X 2 C ~少量交互式调整,使排水纵断面在满足顺坡要求的前提下与地面线更加贴合。

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排水` ? g { H纵断面图4

排水平纵协同设计

应用ObjectARX反应M B p L 0 K m M器技术,实现排水平纵断面实体按里程同步显示、平纵断面I t M C 4实体间的及时协同更新功能。ARX提供了一系列反应器类(Reactor= ^ O r)来监视不同类型的事件或0 } I k M f者消息。在排水平纵协同设计中,使用最多的2种反应器是编辑器反应器和数据库反应器。 编辑器反应器由AcEdit; 0 J : } E ]orReactor类派生,用来监视AutoCAD命令。在排水设计中,通过重载该类的vier H t k s a CwChanged()函数,可计算鼠标所在位置对应的平面里程,进而在纵断M T y面视口中将该里程的水沟纵断面显示到纵断面视口中央;反之v / * } @ z c,移动查看纵断面O ~ H,也可按里程同步显示对应e { f % * R位置的水沟平面。 数据库反应器由AcDbDatabaseReactor类派生,用来监视数据库对象的创建、修改或删除。在9 ~ ` D排水设计中,通过重载该类的objectAppended()、objectModified()、objectErased()等关键函数,实现水沟平面创建、修改,删除时自动创建、修改、删除对应的纵断面。

5 成果导入达索系统

根据排水平纵断面设计成果及标准沟深,按1m间隔计算排水沟沟底空间曲线坐标,在CAD里生成三维多段线,g T X为满F ` = j B足达索系统下水沟截面按此空间曲线扫掠成体的要求,在CAD里把该三维多段线转换成三维样条曲线。

4 0 [ M $建排水沟Z V o 0 L ? : zBIM模型

在达索系统内创建排水沟BIM模型,首先要结合铁路BIM技术标准\ t %S M j A究最新成果,完成排水IFC标准在达索系统的部署,然后创建参数化的排水设计模板,最后通过模板实例化( 1 D E完成排水沟BIM模型的创建。

1 排H - h M }水IFC标准的应用

根据铁路管线系统IFC标准研究成果,使用IfcDistributionSystem表达各种类型的排水沟构成的排水系统,预定义类型属性取值“STORMWATER”,属性集“Pset_D S_DrainageDitchCommon”。使用IfcPipeSegmenK @ 7 % r S | ~ }t表达整个排水系统中的一段排水沟、槽、管,预定义类型属性取值为“GUTTER”,属性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”。在达索系统Enovia平台通过定义u 5 # Y i扩展类型方式,完成IFC分类和属性集在达索系统的部署,为应用和验证排水IFC标准创造前提条件。

2 排水沟参数化模板的创建5 : V q O X g K e

创建功能强大的参数化模板,t ; P并不断积累丰富形成模板库,实现专业设计功能,是达索系统BIM设计的主要特色。创建并优化后的等截面排水沟模板IFC分类为IfcPipeSegment,属性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”,输入元素为沟底空间曲线和两侧地面交线,输入参数包括水沟底宽、沟深、底厚、壁厚等,输出为水沟截面沿沟底空间线扫掠形成的水沟本体、水沟两侧延伸到地面的曲面、水沟本体的体积、水沟挖土方体积等,并对输出成果进行颜色配置。

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排水沟模板截面、参数及输出成果 不同截面之间V ] | 2 j的排水沟相连时,应设置沟底宽度渐变率为1/20的过渡段,该段排水沟采用变截面排水沟模板,创建方法与等截面排水沟模板类似,不同之处在于输入截面参数为起终点2个截面的参数,水沟本体为变截面扫掠。

BIM试点排水案例 应用上述r { F , k方法,先后在京沈客专、济青高铁、阳+ N n g \ a大铁路BIM试点项目中,进行了排水BIM设计。

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京沈客专路基及桥下排水

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京沈客专含过渡段排水

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济青高铁青阳隧道洞口排水

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阳大铁路隧道路基及桥下排水

在实现路基排水BIM设计的主体部分后,还应对排水末端的消能设施,排水沟的交汇,排水沟与涵洞、路堑侧沟的衔接等建模问题,开展进! J Y \ * r R一步研究。

采用CAD二次# 4 H # y开发实现排水平纵联动协同设计,再将成果导入达索系统,创建排水BIM模型的方法,通过实际项目应用\ a ^ s 9 U D 5验证,其自动化程度高,成功实现了铁路路基排水BIM设计的整体解决方案,深化了排水设计成果,提高了排水的系统性、直观性和信息化水平,对开展排水设计协调性e a P ( H L 1 )检查和推动BIM技术在施工中的3 u z _ n * K W应用具有重要价值。

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