基于Bentley平台的铁路路基BIM正向设计研究

寂静回声

本文以丽香铁路居都谷—香格里拉区间路基为依托，通过BIM软件平台比选，选择基于Bentley软件公司的OpenRailDesigner软件平台进行二次开发，对铁路路基BIM正向设计开展深入研究。

新建丽香铁路居都谷—香格里拉区间的路基BIM设计采用中铁二院工程集团有限责任公司基于Open⁃Rail Designer 软件平台自主研发的铁路路基BIM 正向设计系统CREEC-Railway-Subgrade （简称设计系统）完成。

在铁路路基设计中，首先引用线路专业提供的线位数据、测绘专业提供的地面等高线数据以及地质专业提供的地层信息和地质参数；然后在设计系统中设置路基基本设计参数和桥、涵、隧、站接口数据，并进行路基本体、支挡工程、边坡防护、地基处理、排水工程等设计；最后基于模型进行工程量计算和二维出图。

OpenRail Designer 是Bentley 软件公司专门为铁路BIM设计打造的软件平台，为铁路BIM设计提供解决方案，该软件平台包含铁路线路、地形模型等基础模块。具体的数据准备工作如下：

（1） 线路设计。通过在设计系统中开发线路数据接口，读取线路平纵断面要素，生成三维线位。

（2） 地面模型设计。使用OpenRail Designer原生功能读取1∶2 000图中的等高线或高程点数据，生成地面三角网模型（DTM），但实际使用过程中存在生成速度慢、数据预处理流程多等问题。为此设计系统自行开发了通过读取高程点数据快速、准确生成地面三角网模型的工具。

（3）地质参数设置。现阶段铁路路基专业无法直接使用地质专业BIM模型进行路基检算，设计系统将地质参数和地层信息绑定在线路上，在路基设计过程中读取地质参数和地层信息，用于路基工程检算。

路基设计的基本参数包括：路基设计原则、路基参数化构件参数、桥涵隧站接口数据设置。

（1） 在路基设计原则中，对路基路面设计原则、路堑设计原则和路堤设计原则等进行设置，用于生成初始化的路基模型。

（2） 由于OpenRail Designer 的实体参数化功能较弱，创建路基工程模型时存在大量重复工作，且随着设计阶段的改变，需要重新创建模型并重新附加信息，模型利用率低、功能单一。通过建立路基参数化构件库，可提高建模和信息附加的效率。设计系统采用SQLite数据库对路基构件数据进行管理，系统运行时读取数据库中的数据，而系统开发的构件生成模块和信息附加模块可对数据进行分类和计算，实现在创建模型的同时完成信息附加。

在设计系统中路基工程BIM 设计的基本原则为：根据路基工程构件设计的先后顺序组织设计，即前一项工程设计结束的位置为后一项工程设计开始的位置。设计中引入“连接线”的概念，“连接线”起到连接2个工程构件的作用，将其设置于本工程构件的结束边界与后面的工程构件相互连接的位置。采用这种设计方式，系统可对路基工程结构进行详细分解，并理清构件之间的逻辑关系，将每个细节的设计做成1个功能模块，从局部到整体层层装配，最后设计出1套符合设计理念、精度高、易于修改的路基模型。

路基本体

依托三维线位和路面设计参数完成路基面、路肩及路肩线设计，路肩线作为后续工程设计的连接线。根据路肩线、地面模型和边坡设计参数，生成路堤边坡和路堑边坡。根据边坡坡脚连接线和排水沟、侧沟参数，生成排水沟和侧沟。

设计系统赋予构件属性，摒弃通过外部插件ECClassEditor编辑信息再附加信息的方式，而是在系统内部开发属性信息模块，实现信息附加。首先基于Open⁃Rail Designer 编写ECSchema 信息附加的模块，然后定义构件属性的参数类（任意属性均可定义），并根据ECSchema基本架构划分属性的层级关系。装配构件的同时，EC工具能够动态创建ECSchema，并将属性信息附加至构件，实现创建模型的同时完成相关属性信息的附加，提高信息附加效率，确保信息准确性。

Bentley软件自带的数量统计功能，只能简单统计模型的体积、面积，不能满足路基工程数量计算的需求。设计系统在路基工程数量计算模块中，将所有需要统计的工程按部位进行细分，统计时从已建立完成的模型中获取工程结构对应的部位，并统计该部位的数量、材料类型和单位等数据，逐个统计完成后进行汇总，即可得到该工程的工程数量，最终将计算结果按照特定格式输出到Excel 表格。

目前，基于Bentley平台的铁路路基BIM技术应用，还无法直接使用三维模型指导施工，而Bentley软件自带的出图功能还不能满足路基二维出图的需求。因此，设计系统开发了1套采用基于三维模型的二维出图工具，通过对模型进行剖切、投影，生成二维图纸，以输出设计成果。

由于Bentley软件参数化功能较弱，路基BIM设计软件定制路基参数化构件的方式，完全通过二次开发的程序驱动创建，对专业人员的软件开发能力要求较高，开发工作量较大；路基工程构件新增类型较多，要求构件库具有较强的可扩充性，需要丰富构件的生产方式，满足一般设计人员对构件库进行扩充的需求。针对这种情况，需要将参数化构件与不可参变构件结合使用，建立构件时需对构件的参数进行分析、结构进行分解，最后进行组装。

利用基于三维模型的二维出图指导施工，与传统设计方法无异。将三维模型作为交付成果，以三维模型和二维图纸结合的方式指导施工，并且逐步取代二维图纸，是未来路基BIM成果交付研究的重点。

信息是BIM的灵魂，没有赋予信息的三维模型不能称为BIM模型。工程信息在各阶段间的传递是BIM技术推广应用的一大瓶颈，要建立完善的信息附加与信息筛选机制确保信息准确传递。在设计阶段，要筛选规划阶段有应用价值的信息，利用这些信息设计、生成模型并附加相应信息，再传递至施工阶段。设计系统将信息附加的方法写入程序，在模型创建时即实现了将信息绑定于模型，不仅节约了手动附加信息的时间，还方便了信息的筛选、修改和扩充。