铁路工程Bentley正向设计

寂静回声

正向设计是指利用三维软件，以地形、地质为基本设计资料，按设计流程依次进行线路设计、站前工程设计和站后工程设计。设计过程与传统二维设计过程类似，但需要有序的组织协同设计工作流和数据流。工作流中规定了工作内容的先后顺序，数据流中定义了BIM设计成果的传递方向。以站前隧道专业为例，从与其相关的上游专业开始，对铁路工程正向设计过程进行梳理见图2。

目前，国内各铁路设计院基本上都有自主研发的流程管理软件，但主要适用于二维设计，不能对协同设计中的数据流做到有效的追踪和管理。Bentley ProjectWise基于ModeIServer和 Internet技术开发，可在设计过程中进行资料互提，文件版本管理，参考关系记录，确保数据源一致，使设计人员突破空间限制，跨区域进行协同设计。首先由管理员在服务器端创建项目和专业配置，设定工作流程、项目组成员、统一的坐标系统和符号等，再根据不同的设计角色设定权限。设计人员通过客户端获取本专业所需的项目资源，进行专业间互提资料。所有设计人员依靠统一的项目数据源开展设计工作。当工作状态发生改变时，以信息的方式通知相关设计人员进入下一个工作节点，直至设计完成。
地形建模一般由测绘专业完成。首先，根据线位大致走向采用卫星遥感和航空摄影手段获取高分辨率的地理信息，然后加工成数字高程模型（DEM），正射影像（DOM），最后在PowerCivil中利用DEM和DOM文件生成地形模型。
地质建模一直以来是铁路行业三维建模的一大难题，但随着近几年来地质建模软件的发展，三维地质建模软件已经能够基本满足工程需要。基于Bentley MicroStation上开发的AglosGeo能够利用地质钻孔、剖面，地质构造特征等数据创建地质模型，有效简化建模难度，提高建模效率。



在铁路工程设计中，线路平纵是所有专业空间定位的基准，线路数据能否被下游专业直接利用是实现正向设计的关键。PowerCivil提供的线路平纵设计工具可直接在地形、地质模型上进行线路设计。首先在平面视图中设计线路平面，软件会沿线路剖切地形模型生成地形纵剖面，在此基础上进行线路纵断面设计，最后在三维视图中会自动拟合出线路空间曲线。隧道3D设计与路基、桥涵工程类似，均为特定形式断面沿线路有序的组合与拉伸。首先创建工点所需的标准断面库。在PowerCivil中设计好隧道衬砌横断面，利用Bentley平台第三方软件CivilStationDesign将隧道衬砌断面以构件为单位导入廊道模板库。为便于后面洞身设计，可在断面库中将各构件组合为一个完整的隧道断面。隧道洞口设计主要包括洞门结构设计、边坡开挖与防护设计、洞口排水设计。洞门结构可直接在Microstation中进行三维设计。洞口排水沟与隧道洞身建模特征类似，设计方法同洞身设计。而隧道洞口开挖坡面是由两侧边坡和拱部仰坡组成，在三维设计中，当采用不同坡率分台阶开挖时，边、仰坡曲面的过渡设计是难点。对于此类特殊场地建模，尝试将其导入GeoPak Site进行坡面设计能够得到较为理想的效果。
首先将洞口地形文件导出为Tin格式，导入GeoPak Site进行洞口边仰坡的参数化设计，利用引导线使隧道边坡和仰坡自然过渡。最后将设计好的边、仰坡曲面导出为DTM文件，在PowerCivil中与原始地形合并，形成开挖后的地形模型。剩余设计均可在PowerCivil中完成。隧道结构设计主要包括隧道锚杆，钢筋网片，钢架，二次衬砌钢筋等。可利用结构设计软件ProStructures完成，该软件支持中国本地化技术规程设置。在钢筋设计过程中，可调用常用钢筋类型或自定义钢筋类型。在钢结构设计过程时，当选择钢构件连接形式并设定相关参数后，可自动生成钢结构连接件。
Bentley软件具有一定的工程数量计算和统计功能，具体可归纳为以下两类：
利用专用工具如ProStructure、PowerCivil生成的钢结构模型和廊道模型，这类对象能够直接被软件统计工程数量
手工创建的模型，如隧道洞门、挡墙等，这类构件数量只能通过手动查看属性的方法获取，不能被统一汇总。
在BentleyV8i版本软件中，一般是不允许用户直接添加自定义属性信息的，只能通过间接方式实现模型与信息的绑定。首先在Bentley Class Editor中按照铁路IFC中扩展的类和逻辑关系创建类，并为其创建属性集。在建模时利用Civil Station Design将模型对象与对应的类进行绑定，这样就实现了模型、类与属性集的统一。
基于Bentley的铁路3D正向设计技术路线基本可行，但基础平台软件对铁路设计的专业化程度不足，一个专业的设计工作需要在多个软件中完成，正向设计效率偏低。应注重对基础平台的二次开发，使其符合铁路设计习惯，提高设计效率。