BIM技术在高速铁路32 m简支箱梁钢筋优化设计中的应用.pdf

收稿日期:20230714;修回日期:20230725基金项目:中国中铁股份有限公司科技开发计划项目(实用技术-2021-重点-01);中铁工程设计咨询集团有限公司科技开发课题(BIM-研 2021-1,数字-研 2022-2,研 2023-数字-1)作者简介:段盟君(1993),男,工程师,2021 年毕业于西南交通大学土木工程专业,工学硕士,主要从事桥梁设计研究工作,E-mail:mengjun_duan 。第 67 卷 第 10 期2023 年 10 月铁 道 标 准 设 计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.67 No.10Oct.2023文章编号:10042954(2023)10011406BIM 技术在高速铁路 32 m 简支箱梁钢筋优化设计中的应用段盟君,陈海涛,邓运清,罗天靖(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)摘 要:我国高速铁路桥梁以 32 m 预应力混凝土简支梁桥为主,在 32 m 简支箱梁结构优化设计的基础上,为提高设计精度、优化钢筋布置、节省钢材用量、降低施工难度,将 BIM 技术应用到 32 m 简支箱梁的钢筋优化设计中。基于 BIM 技术在铁路工程领域的应用研究,采用 Bentley 平台软件对优化后的 32 m 简支箱梁进行 BIM 建模,主要结论如下:(1)实现了精细化简支箱梁 BIM 模型,外部结构包含参数化箱梁主体、梁体孔道、吊梁混凝土块等细部结构,内部结构包含全部梁体钢筋、预应力体系和多种预埋件等结构,以三维可视化的方式将各结构之间的空间位置关系表达清楚;(2)采用软件的冲突校核功能进行钢筋碰撞检查,重点针对梁端处、梁截面变化段及预应力管道周围的钢筋进行优化设计,共节省钢筋用量 1 281.59 kg,约占整孔箱梁钢筋用量的 2.5%;(3)对箱梁的内部结构进行BIM 模型还原与钢筋深化设计,提前解决施工难题,现场指导钢筋大样的制作、梁体钢筋的试拼与绑扎,显著减少施工过程中的钢筋安装问题,可为铁路简支箱梁的 BIM 技术应用提供参考。关键词:高速铁路;简支箱梁;信息模型;Bentley 平台;钢筋碰撞;优化设计中图分类号:U238;U448.13;U24 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202307140005Application of BIM Technology in the Optimized Design of 32 m Simply-supported Box Beams Steel Reinforcements for High-speed RailwayDUAN Mengjun,CHEN Haitao,DENG Yunqing,LUO Tianjing(China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)Abstract:Chinas high-speed railway bridges are mainly 32 m pre-stressed concrete simply-supported beam bridges.Based on the structural optimization design of 32 m simply-supported box beam,BIM technology is applied to the steel reinforcements optimization design of 32 m simply-supported box beam.The application of BIM technology improves design accuracy,optimizes reinforcements arrangement,reduces steel consumption,and lowers construction difficulty.Researches on the application of BIM technology in the field of railway engineering.Bentleys software is used for BIM modeling of 32 m simply-supported box beam after optimization.The conclusions are as follows:(1)Refined simply-supported box beam BIM model is established.External structures contain parametric box beam model,apertures,concrete blocks for lifting and other detailed structures.Internal structures contain all steel reinforcements,prestressed system,embedded parts and other structures.The spatial position relationship between components is clearly expressed in 3D visualization.(2)The clash detection function of the software is used to check steel reinforcements collision.This optimized design focuses on the steel reinforcements at the both ends of beam,the section changing beam segments and the area around prestressed reinforcements.A total of 1 281.59 kg of steel is saved,accounting for about 2.5%of the overall steel assumption.(3)Internal structures of box beam are clearly demonstrated by the BIM model.Construction difficulties are solved in advance by optimized design of steel reinforcement.The BIM model can be used to guide the steel reinforcements production,assembling and binding on construction site,which significantly reduces the problems of reinforcements installation during construction,and provides references for the application of BIM technology for the same type of simply-supported box beam.Key words:high-speed railway;simply-supported box beam;information model;Bentley platform;reinforcement collision;optimized design1 概述我国的高速铁路建设多采用“以桥代路”的策略,桥梁占比高、数量大1,常用跨度的标准梁桥约占桥梁总长度的 80%以上2。预应力混凝土简支箱梁具有构造简单、受力明确、施工便捷、工艺成熟、耐久性好等优点3-4,并且以 32 m 跨度的标准箱梁应用最为广泛5-6。截至 2022 年年底,我国高速铁路通车里程已超过 4.2 万 km,高速铁路标准简支箱梁仍将有 15 万孔以上的需求用量7。高速铁路已成为“中国制造”的鲜亮名片,是“一带一路”倡议和“走出去”战略重要的技术、装备输出对象8,开展高速铁路标准简支箱梁优化设计研究,对我国高速铁路乃至世界高速铁路的发展具有重要意义9。在充分吸收前期设计、工程实践和科研成果的基础上,对 32 m 简支箱梁进行优化设计10,采用新技术、新材料、新工艺合理优化结构尺寸,显著减少了工程数量,有效提升了经济性和安全性。标准箱梁内部结构布置复杂,包含预应力体系、多种预埋件以及近百种钢筋大样。二维图纸对箱梁内部结构的空间关系表达不明确11,在实际制梁过程中往往出现钢筋打架、差错漏碰、难以施工等问题12。随着 BIM 技术在铁路工程领域的应用研究快速发展,结合 BIM 技术辅助设计和施工已成为重要的创效手段13-14。采用 BIM 技术对钢筋进行深化设计、三维建模、模拟拼装、碰撞检查,将大大降低现场钢筋安装难度15,有利于提高工作效率、节约施工成本、降低经济风险等,对工程项目建设起到多方面的积极作用16。在高速铁路简支箱梁结构优化的基础上,结合BIM 技术,采用 Bentley 平台的 OpenRail Designer 软件对箱梁外部和内部结构进行精细化 BIM 建模17-18。为达到精细化设计和指导现场施工的目的,按照铁路工程信息模型交付精度标准(1.0 版)19的要求,桥梁信息模型的几何精度取 LOD3.0 级。在此基础上对钢筋模型进行碰撞检查,根据检查结果对钢筋大样和布置形式进行深化设计,重点对梁端处、梁截面变化段、预应力管道周围的钢筋进行优化。通过二维与三维相结合的技术交底,向施工现场准确传递设计意图,提前解决施工难题。研究成果可显著减少施工过程中的钢筋安装问题,节省一定的钢筋用量,达到提高优化设计精度、控制生产成本和降低施工难度的目的。本次研究采用的技术路线如图 1 所示。箱梁主体建模包括参数化箱梁主体和细部构造;普通钢筋建模包括钢筋骨架线和钢筋实体;预应力体系建模包括预应力钢束、定位网钢筋和配套设备;预埋件建模包括支座预埋件和防落梁预埋件;钢筋的碰撞检查与优化包括调整钢筋位置、改变钢筋大样、统计优化数量;BIM模型与现场施工包括 BIM 技术交底和指导现场施工。图 1 技术路线Fig.1 Technology roadmap2 简支箱梁精细化 BIM 建模简支箱梁 BIM 模型由多个部分组成,包括参数化箱梁主体、梁体钢筋、预应力体系、多种预埋件结构等。2.1 参数化箱梁主体建模参数化箱梁主体建模采用自研的梁式桥 BIM 辅助设计建模程序20,如图 2 所示。通过“参数化截面+沿路径拉伸”的方法,创建参数化箱梁主体模型,可以实现简支梁、连续梁等标准形式的梁式桥快速 BIM建模。图 2 梁式桥参数化建模程序Fig.2 Parametric modeling software for beam bridges具体方法为:首先实现二维轮廓的参数化,即创建箱梁的参数化截面模板;其次定义各项截面参数沿梁长范围内的变化规则,包括顶板厚度、腹板厚度、底板厚度、倒角尺寸等参数;最后沿路径拉伸截面模板,即511第 10 期段盟君,陈海涛,邓运清,等BIM 技术在高速铁路 32 m 简支箱梁钢筋优化设计中的应用可生成参数化箱梁主体模型。参数化箱梁主体模型创建完成后,局部的特性结构需要通过手动创建,包括梁端过人孔、预应力锚穴、泄水孔、吊点孔、通风孔、吊点混凝土块等细部结构,通过布尔运算求差集的方法将上述结构从箱梁主体上扣除,即可得到符合设计精度的箱梁模型,如图 3、图4 所示。图 3 简支箱梁参数化主体模型Fig.3 Parameterized model of simply-supported box beam图 4 简支箱梁模型细部构造Fig.4 Detail of simply-supported box beam model2.2 梁体钢筋建模梁体钢筋是本次优化设计的重点,箱梁的普通钢筋种类多、数量多、布置复杂,为保证钢筋位置的准确,需理解每种梁体钢筋的大样构造和布置原则,严格按照设计图纸中给定的钢筋编号、大样、直径、尺寸、间距及位置等信息进行钢筋建模。首先,针对每种钢筋大样建立骨架线(轴线),根据大样图的标注尺寸,在设计位置创建每种钢筋实际的三维大样,相当于在三维空间下绘制梁体钢筋图;其次,以骨架线为路径,以钢筋断面为截面,生成对应的钢筋大样模型;最后,将不同的钢筋大样设置在不同的图层,方便在后期钢筋数量众多的情况下,进行碰撞检查和优化修改。注意重点区分钢筋大样图中标准弯勾和非标准弯勾分别对应的“边到边”和“中到中”的标注原则,保证钢筋建模的准确性。除受力钢筋外,还需对构造钢筋进行建模,如竖向联系筋、开孔处加强钢筋和螺旋筋等。开孔处的纵向、横向钢筋进行打断处理,与实际情况保持一致,如图5 所示。2.3 预应力体系建模预应力体系结构包括预应力钢束、管道、定位网钢筋、锚垫板、螺旋筋、封锚块等结构。图 5 简支箱梁钢筋模型细部构造Fig.5Detail of simply-supported box beam steel reinforce-ments model(1)预应力钢束与管道建模根据预应力钢束布置图,求出每根钢束控制点的三维坐标,导入坐标数据,生成三维样条曲线,即为钢束的中心线。以钢束中心线为路径,以管道外径为直径,进行轮廓拉伸,得到预应力管道的三维模型。(2)预应力钢束定位网钢筋建模根据预应力钢束管道中心坐标表的坐标参数,以及定位网钢筋布置示意图中的位置和间距,进行定位网钢筋建模,保证预应力钢束的中心坐标位于定位网格的中心位置。(3)锚垫板、螺旋筋、封锚块建模根据预应力钢束的直径确定锚垫板和螺旋筋的型号,具体构造和尺寸参照铁道科学研究院发布的铁路工程预应力夹片式锚具配套用锚垫板图铁路工程预应力夹片式锚具配套用螺旋筋图。由于预应力钢束既有竖弯也有平弯,为保证锚垫板和螺旋筋的轴线与钢束中心线重合,在完成配套设施建模后,需要竖向和横向旋转角度,才能达到设计位置。封锚块的建模参考设计图纸,同样需要考虑双向转角。预应力体系结构模型如图 6 所示。图 6 简支箱梁预应力体系模型细部构造Fig.6 Detail of simply-supported box beam prestressed structure model2.4 多种预埋件建模箱梁内部结构包含多种预埋构件,如防落梁预埋件和支座预埋件。预埋构件模型如图 7 所示。611铁 道 标 准 设 计第 67 卷防落梁预埋件结构包括预埋钢板、套筒、锚固钢筋等,建模时应确保预埋件的尺寸和预埋位置符合设计要求。支座预埋件结构包括预埋钢板、套筒、锚固钢筋、支座钢筋网等,其中套筒构造相对复杂,需要分段建模,锚固钢筋的位置和锚固方向可适当调整。图 7 简支箱梁预埋件模型Fig.7 Embedded components model of simply-supported box beam3 钢筋优化与指导施工常规设计流程中,普通钢筋、预应力体系、多种预埋件等内部结构多为独立设计,相互关联性不强,容易造成位置上的冲突。尤其在梁端处和梁截面变化段,钢筋的间距小且直径粗,容易造成钢筋交叉和局部位置重叠。为避免此类现象发生,在精细化箱梁 BIM 模型的基础上,进行钢筋碰撞检查和深化设计,并指导现场钢筋绑扎与施工。3.1 钢筋碰撞检查钢筋的碰撞检查基于 OpenRail Designer 软件的冲突检测功能(clash detection)。预先定义结构组,可进行同组元素或不同组元素之间的冲突检测。通过输入“接触公差”,可以控制在冲突检测过程中,两个元素相交的容许值,即当两个元素相交部分的大小超过指定的临近值时才会认为发生碰撞,分别如图 8、图 9 所示。图 8 冲突检测操作界面Fig.8 UI of clash detection图 9 冲突检测结果界面Fig.9 UI of clash detection results进行钢筋碰撞检查时,重点关注钢筋主体在设计位置与其他钢筋主体是否有冲突,对于钢筋锚固弯勾处产生的冲突,可以适当忽略,如图 10 所示。图 10 钢筋冲突检测示意Fig.10 Diagram of reinforcement clash detection3.2 钢筋优化设计根据冲突检测结果可将碰撞分成三大类:钢筋与预应力管道间的碰撞、钢筋与梁端预埋件间的碰撞、钢筋之间的碰撞。第一类碰撞主要是腹板和底板内的直线形钢筋与预应力管道间的碰撞,主要发生在梁截面变化段。由于预应力管道直径较粗,存在平弯和纵弯,梁截面变化段的钢筋布置紧凑,且钢筋位置随截面变化,易产生碰撞,如图 11 所示。此类碰撞可通过适当减少冲突钢筋根数和局部调整冲突钢筋大样来避免。图 11 预应力管道与钢筋碰撞Fig.11 Clash between prestressed pipe and steel rein-forcements711第 10 期段盟君,陈海涛,邓运清,等BIM 技术在高速铁路 32 m 简支箱梁钢筋优化设计中的应用第二类碰撞主要是钢筋与预埋构件间的碰撞,主要集中在梁端处。由于梁端内部空间有限,在满足计算要求的前提下,适当对钢筋大样进行合并,可以一定程度上节省空间,减少冲突。例如,梁端处过人孔两侧的环形钢筋与支座预埋套筒位置冲突,若只调整纵向位置,会导致局部钢筋布置过密,不满足钢筋间距要求,所以将两种环形钢筋的大样合并,既能满足受力要求,也能避开支座预埋套筒,满足构造要求。此类碰撞采用合并、减少、移位等方式避免碰撞,如图 12 所示。图 12 梁端处环形钢筋与预埋件冲突Fig.12Clash between steel reinforcements at the end of the beam and embedded components第三类碰撞主要是钢筋之间的碰撞,这类碰撞可按照设计说明,在钢筋安装过程中适当调整钢筋的位置予以避免。通过碰撞检查结果,对钢筋布置进行深化设计,主要针对梁端处和梁截面变化段的钢筋进行优化。重点关注钢筋与预应力体系、预埋件结构之间的冲突,采用增大间距、减少根数、调整大样等方式,对产生冲突的钢筋进行优化调整。相较优化前,共节省钢筋用量1 281.59 kg,约占整孔箱梁钢筋用量的 2.5%,具有一定的经济效益。详细的钢筋优化数量统计如表 1所示。3.3 BIM 模型指导施工通过对箱梁内部结构进行 BIM 模型还原与钢筋深化设计,有利于提前解决施工难题、把控施工质量。根据平面设计图纸和精细化箱梁 BIM 模型,将优化后的箱梁外部尺寸与内部结构对梁场进行技术交底。将预应力构件、预埋构件、梁体钢筋之间的空间排布与位置关系进行清晰展示,让复杂的钢筋施工信息直观传递到现场人员手中,使现场人员正确理解设计意图。参与现场指导钢筋大样的制作、梁体钢筋的试拼与绑扎,极大程度地避免了施工过程中因图纸理解错误造成的返工、窝工、浪费等现象,从而达到提质增效的目的,如图 13 所示。表 1 钢筋优化数量Table 1 Optimization quantity of steel reinforcements钢筋编号计算直径/mm优化方式优化根数优化质量/kgN622合并大样12-58.86N2422减少根数4-141.01N1016减少根数42-379.05N21-316减少根数164-853.54N21-516增加根数60+265.72N21-616增加根数12+73.13N29-116修改大样64-20.22N4012修改大样52-23.09N4612修改大样16-6.54N5212减少根数176-169.26N52-112增加根数24+27.77N61-212修改大样20+3.36合计优化质量/kg-1281.59图 13 BIM 模型与施工现场对比Fig.13 Comparison of BIM model and construction site811铁 道 标 准 设 计第 67 卷4 结论在高速铁路 32m 简支箱梁结构优化的基础上,以优化钢筋布置、节省钢材用量、便于现场施工为目标,将 BIM 技术运用到 32m 简支箱梁的钢筋优化设计中,结论如下。(1)基于 OpenRail Designer 软件,对箱梁外部和内部结构进行精细化建模,包含参数化箱梁主体、全部梁体钢筋、预应力体系和多种预埋件等结构,以三维可视化的方式将各结构间的空间位置关系表达清楚。(2)利用软件冲突校核功能检测钢筋碰撞,针对不同位置、不同类型的钢筋碰撞,采用不同的调整方式,重点针对梁端处、梁截面变化段及预应力管道周围的钢筋进行深化设计,共节省钢筋用量 1 281.59 kg,约占整孔箱梁钢筋用量的 2.5%。(3)基于精细化 BIM 简支箱梁模型,进行二维与三维结合的技术交底,参与现场施工指导、质量把控监督等,显著减少施工过程中的钢筋安装问题,达到提高设计精度、控制生产成本和降低施工难度的目的。数字化技术的应用,不仅升级了设计手段,更深化了设计精度,逐步实现更加智能的建造模式。研究成果可应用于 32 m 简支箱梁的设计-建造-运维全生命周期,逐步满足桥梁结构的信息化、智能化、一体化、装配化和精细化的全生命周期管理要求。可为铁路简支箱梁的 BIM 技术应用提供参考。参考文献:1 邓运清,陈海涛,薄利,等.珠三角城际轨道交通简支箱梁优化设计研究J.铁道标准设计,2022,66(12):61-65.DENG Yunqing,CHEN Haitao,BO Li,et al.Study on Optimal De-sign of Simply Supported Box Beam of Intercity Rail Transit in Pearl River DeltaJ.Railway Standard Design,2022,66(12):61-65.2 周勇政,陈良江,高策.我国高速铁路桥梁设计技术及探索J.桥梁建设,2018,48(5):11-15.ZHOU Yongzheng,CHEN Liangjiang,GAO Ce.Design Techniques and Exploration of High-speed Railway Bridges in ChinaJ.Bridge Construction,2018,48(5):11-15.3 邓运清.客运专线简支箱梁综述J.铁道工程学报,2005(1):65-71.DENG Yunqing.Comprehensive Comments on Simple-supported Box Girder on Passenger Dedicated LineJ.Journal of Railway Engineer-ing Society,2005(1):65-71.4 湛敏.高速铁路跨度 40 m 与 32 m 简支箱梁建造技术对比研究J.铁道标准设计,2019,63(3):75-79.ZHAN Min.Comparative Study on Construction Technology of Simply Supported Box Girders of 40 m and 32 m Spans for High-speed Rail-wayJ.Railway Standard Design,2019,63(3):75-79.5 杨鹏健,周勇政,高策,等.铁路常用跨度标准梁技术发展与创新J.铁道标准设计,2020,64(11):51-56.YANG Pengjian,ZHOU Yongzheng,GAO Ce,et al.Technical De-velopment and Innovation of Railway Standard Span BeamsJ.Rail-way Standard Design,2020,64(11):51-56.6 陈海涛,邓运清,石鲁宁.郑济高铁 40 m 整孔预制简支箱梁应用研究J.铁道标准设计,2020,64(S1):152-157.CHEN Haitao,DENG Yunqing,SHI Luning.Application Research on 40-meter Full-span Precast Simply Supported Box Beam of Zheng-zhou-Jinan High-speed Railway J.Railway Standard Design,2020,64(S1):152-157.7 邓运清,徐升桥,侯建军,等.高速铁路标准简支箱梁设计优化J.铁道标准设计,2019,63(5):71-75.DENG Yunqing,XU Shengqiao,HOU Jianjun,et al.Design Optimi-zation of Simply-supported Box Beam on High-speed RailwayJ.Railway Standard Design,2019,63(5):71-75.8 叶阳升,魏峰,胡所亭,等.高速铁路跨度 40 m 预制简支箱梁建造技术研究J.中国铁路,2016(10):5-10.YE Yangsheng,WEI Feng,HU Suoting,et al.Research on Con-struction Technology of 40 m Precast Simply Supported Box Girder for High-speed RailwayJ.China Railway,2016(10):5-10.9 胡所亭,牛斌,柯在田,等.高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究J.中国铁道科学,2013,34(1):15-21.HU Suoting,NIU Bin,KE Zaitian,et al.Study on the Optimization of Standard Span Length Simply Supported Box Girder for High-speed RailwayJ.China Railway Science,2013,34(1):15-21.10 陈海涛,邓运清,徐升桥.高速铁路常用跨度 32 m 预应力混凝土简支箱梁优化设计研究J.铁道标准设计,2023,67(9):76-82.CHEN Haitao,DENG Yunqing,XU Shengqiao.Study on Optimal Design of Simply-Supported Box Beam with 32 m Span in High-speed RailwayJ.Railway Standard Design,2023,67(9):76-82.11 潘永杰,苏永华,魏乾坤,等.BIM 技术在铁路 40 m 简支梁设计中的应用J.铁道建筑,2019,59(1):5-9.PAN Yongjie,SU Yonghua,WEI Qiankun,et al.Application of BIM Technology to Design of Railway 40 m Simply Supported GirderJ.Railway Engineering,2019,59(1):5-9.12 曾绍武,张学钢,张林,等.预应力连续刚构桥梁 BIM 精细化建模实例J.铁道标准设计,2016,60(2):71-77.ZENG Shaowu,ZHANG Xuegang,ZHANG Lin,et al.Prestressed Continuous Rigid Frame Bridge BIM Fine Modeling J.Railway Standard Design,2016,60(2):71-77.13 陈洪春,黄武,陈航.BIM 技术在宁淮铁路桥梁设计中的应用J.铁道标准设计,2020,64(S1):187-190.CHEN Hongchun,HUANG Wu,CHEN Hang.Application of BIM Technology in Nanjing-Huaian Railway Bridges DesignJ.Railway Standard Design,2020,64(S1):187-190.14 余兴胜.轨道交通标准梁工点参数化设计研究J.铁道标准设计,2018,62(9):78-82.YU Xingsheng.Research on Parametric Design of Rail Transit Stand-ard Beam SiteJ.Railway Standard Design,2018,62(9):78-82.15 苗永抗.BIM 技术在铁路预应力混凝土简支梁设计中的应用研究J.铁道标准设计,2019,63(3):71-75.MIAO Yongkang.Research on BIM Technology Application in the Structure Design of Prestressed Concrete Simply Supported BeamJ.Railway Standard Design,2019,63(3):71-75.911第 10 期段盟君,陈海涛,邓运清,等BIM 技术在高速铁路 32 m 简支箱梁钢筋优化设计中的应用16 朱肖.铁路桥梁下部结构钢筋 BIM 模型创建程序研发及应用J.铁道标准设计,2023,67(5):67-72.ZHU Xiao.Development and Application of BIM Model Building Pro-gram for Reinforcement of Substructure of Railway BridgeJ.Rail-way Standard Design,2023,67(5):67-72.17 崔振宇.基于 Bentley 平台的铁路箱涵设计应用研究J.铁道标准设计,2020,64(9):59-64.CUI Zhenyu.Design and Application of Railway Box Culvert Based on Bentley Platform J.Railway Standard Design,2020,64(9):59-64.18 宋飞.Bentley 平台绘制桥梁 BIM 施工图设计出图原则与方法J.公路,2018,63(12):160-163.SONG Fei.Bentley Platform to Draw Bridge BIM Construction Draw-ing Design Drawing Principles and MethodsJ.Highway,2018,63(12):160-163.19 铁路 BIM 联盟.铁路工程信息模型交付精度标准(1.0 版)J.铁路技术创新,2018(1):9-127.China Railway BIM Alliance.Delivery Detail Standards of Railway En-gineering Information Models(Version 1.0)J.Railway Technical Innovation,2018(1):9-127.20 韩广晖,宋浩.轨道交通梁式桥 BIM 辅助设计软件开发研究J.铁道勘察,2020,46(1):156-161.HAN Guanghui,SONG Hao.Development of Aided BIM Design Soft-ware for Rail Transit Girder BridgeJ.Railway Investigation and Sur-veying,2020,46(1):156-161.收稿日期:20230529;修回日期:20230612基金项目:中铁工程设计咨询集团有限公司科技开发课题(BIM-研2021-1,数字-研 2022-2)作者简介:罗天靖(1991),男,工程师,2018 年毕业于中南大学建筑与土木工程专业,工学硕士,主要从事桥梁三维正向设计与数字化协同研究工作,E-mail:zxluotianjing 。第 67 卷 第 10 期2023 年 10 月铁 道 标 准 设 计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.67 No.10Oct.2023文章编号:10042954(2023)10012007基于三维协同的铁路框架箱涵正向设计研究与应用罗天靖,金 令,简方梁,段盟君,王 开,韩广晖,宋 浩(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)摘 要:为了研究涵洞在三维场景下的协同设计、模型实时交互创建方法与二维成果转换,基于 BIM、协同设计平台与数字化技术,形成了数字化三维铁路箱涵设计软件。提出:(1)各涵洞构件以不同的工程与结构特性分类建模,再整体拼装,将涵洞常用工程参数融入建模过程中,并通过不同的适用条件与分类标签对涵洞进行数据库管理,便于设计复用;(2)基于不同层级构件使其形成构件树列表,对项目中的涵洞工点进行管理,调用协同接口读取线路、地形、路基等关联专业的三维 BIM 模型作为环境参数与约束条件进行正向设计,实时调整涵节布置、斜交角度、填土厚度、涵轴坡率等结构控制参数;(3)建模完成后,可通过协同接口输出涵洞的结构尺寸、位置信息等工程信息,向专业计算软件与二维出图软件提供交互数据,提高不同专业间、不同设计阶段间的信息传递效率,并输出二维图纸成果,实现了基于三维协同 BIM 模型的数字化设计信息高效传递和利用。该铁路箱涵三维设计软件在成达万铁路中进行了应用,快速进行数百个涵洞正向设计,并根据实际环境进行设计调整,优化设计参数,排查不同专业间接口问题,相比以往的设计方式极大地提高了三维建模效率,减少人为因素产生的设计问题,为桥梁工程涵洞三维正向设计研究提供了参考。关键词:铁路涵洞;三维建模;协同设计;实时交互;设计软件;BIM;正向设计中图分类号:U24;U449 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202305290009The Research and Application of Forwarding Design Based on 3D Collaboration Using in Railway Frame CulvertLUO Tianjing,JING Ling,JIAN Fangliang,DUAN Mengjun,WANG Kai,HAN Guanghui,SONG Hao(China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)Abstract:In order to study the method of 3D collaborative design,real-time interactive model creation of culverts in 3D scenes and 2D design results conversion,a digital 3D railway box culvert design software is developed based on