BIM技术辅助边坡防护应用分析

BIM技术辅助边坡防护应用分析

项春鹏 李丙洋 王宗庆

中国建筑第八工程局有限公司

摘要：BIM技术凭借其信息化程度高、效率高等特点被广泛应用在各类工程施工中。基于此，本研究以具体高铁路基建设工程为例，利用BIM技术创设边坡与边坡支挡结构模型，分析BIM技术在辅助边坡防护中的具体应用，以期为BIM技术在边坡防护中的应用提供借鉴。

关键词：BIM技术；边坡；防护；支挡结构

BIM技术具有信息化程度高、效率高、联动性强等优势，在房屋建筑等建设项目中BIM技术得到广泛应用[1]。近年来，在BIM技术理念影响下，除房屋建筑工程外，多项基础建设，如铁路、公路、水运建设等逐渐引入BIM技术，利用BIM技术构建三维直观模型、深化基础建设结构设计、模拟现场布置等，并以此来大幅提升各类基础建设效率[2]。但就目前情况来看，在铁路建设方面，尤其是在铁路路基建设方面BIM技术应用频率相对较低。边坡防护是铁路路基建设的重要内容，既关系着路基建设质量也关系着施工人员、使用人员的生命安全[3]。BIM技术凭借其信息化、可视化等多种优势，能够通过构建边坡防护模型、模拟施工方案等方式大幅提升边坡防护建设质量，为铁路路基建设提供技术支持与保障。基于此，现针对BIM技术辅助边坡防护的具体应用展开分析。

1 工程概况

某新建铁路工程MJZQSG-6标段起点为DK207+706，终点为DK267+132，线路全长45.31km。其中，铁路路基全长23.26km，项目需完成499.88万断面方的路基土方开挖。建设项目涵盖9座特大桥、5座大桥、1座中桥、7座框架式桥、45座涵洞和1个新车站。

2 基于BIM技术的边坡模型创建

2.1 边坡BIM技术线路图

为保证BIM技术能够顺利辅助边坡建设实施，某新建铁路工程部单独成立BIM工作小组，由项目部经理直接领导，由项目总工程师分管领导，协助BIM工作小组依据项目施工现场真实情况、纸质图纸等开展BIM模型构建。在BIM模型构建前，BIM工作小组在施工现场共布置了5台移动工作站、1台固定工作站和文件服务器，同时架设1架无人机，应用软件达索CATIA开展BIM模型创建。

BIM工作小组在资源层开展铁路路基三维建模，依据铁路路基三维建模借助Civil 3D软件确定边坡主要参数，在核心层计算BIM填挖初始值、地质转换值，同时开展排水设计、防护设计、加固设计，深化BIM参数设计，在共享层开展BIM衔接检查、深化设计，利用VR/AR等开展可视化设计，最终在领域层完成结构化的信息存储，并将最终模型上传至云平台，具体技术路线如图1所示。

图1 边坡BIM技术线路图

2.2 基于BIM技术的边坡模型

基于边坡BIM技术路线图，在边坡防护施工过程中严格遵循该技术路线，同时设计基于BIM技术的边坡模型。即针对工程场地中的路堑地形复杂、地形起伏大、形状不规则等特点，建立具有参数特征的拱骨模型。对“拱骨高”、“骨宽”、“坡比”等进行调整，使其在不同海拔、宽度和坡度上均具有较好的适应性。同时，根据不同高度、不同坡率的场地地貌，进行路基拱骨架模型布设，以便于建立工程模板。基于BIM技术构建的边坡模型如图2所示。依据该铁路地基建设图纸制作正六棱块空心砌块，其边长为0.2m，壁厚为0.05m，高度为0.12m。由于框架是不规则的，所以采用BIM建模方法来模拟六棱块的布局。

图2 基于BIM技术的边坡模型

2.3 基于BIM技术的边坡支挡结构模型

按工程设计图制作桩板式挡土墙，重力式挡土墙，扶壁式挡土墙。为便于日后的工程量审核和施工工艺指导，在边坡支挡结构中增加顶板、腹板、肋筋、排水孔等钢筋和具体构造形式。创建完成后，依据施工现场地貌条件对集成后的模型进行排列，由此构建基于BIM技术的边坡支挡结构模型，如图3所示。

图3 基于BIM技术的边坡支挡模型

3 BIM技术辅助边坡防护的应用

3.1 基于模型的工程算量及图纸复核

在铁路路基边坡防护建设中，图纸审核及优化是边坡防护建设的重要内容，也是施工技术管理的主要工作[4]。通过对比原设计图纸与提取的模型工程量，能够进一步验证基于BIM技术构建的边坡模型、边坡支护架构模型是否同原图纸相一致。与此同时，通过对比原设计图纸与提取的模型工程量，还能够为施工提供必要的参数参考，保证铁路路基边坡施工精准下料，避免不必要的材料浪费。

利用参数化模型，可以实现不同高度、宽度和坡度的快速测定。在不同的顶面坡度条件下，基于BIM技术可以完成每一次拱骨架混凝土浇筑方量的控制与检查。通过对拱骨模型的参数化布置，可以对全路基施工点拱骨混凝土的方量和数量进行分段计算。基于BIM技术建立地基支护结构的数学模型，可以实现对混凝土方量、钢筋数量的快速测定，并将其与图纸进行比较，实现对工程量的复核，进而为铁路路基边坡防护建设提供有力借鉴。

3.2 可视化施工交底

根据工程实际情况，对拱架和六棱柱进行放样，可以更加直观的与现场施工人员完成技术交底工作，如更加直观的为现场施工人员展示模板尺寸、数量、混凝土体积等

[5]。通过BIM技术将2D图纸转化成3D模型，利用3D模型更好的向施工人员展示边坡防护施工过程中各部分的尺寸，可以更为直观的展示钢筋绑扎过程、定位排水口，真正实现可视化技术交底，大幅提升铁路路基边坡防护建设质量。

3.3 施工模拟及优化方案

对拱骨布局进行模拟，根据模拟布局，可以求出各路段所需的各种模板种类。该方法可为施工过程中拱架型支护的周转提供可靠的数据基础[6]。通过对六棱块位置模拟，进一步明确最经济的六棱块防护布局。在六棱块铺设过程中，四周边角位置无法填满六棱块，而不规则的六棱块无法进行统一生产且现场切割尤为麻烦，需要通过现场量尺、现场切割等方式完成六棱块铺设，此种切割过程过于繁琐、费时费力，还会影响六棱块质量，造成六棱块浪费。为此，通过BIM建模，将六棱块结构布置在建筑骨架中，可以决定六棱块大小和数量，方便预先预制六棱块。基于BIM技术，经计算得出2m拱框架防护约需43个六棱块，3m拱框架需74个六棱块，4.5m拱框架需119个六棱块，六棱块放置模拟结果见图4。基于此种方法可以帮助铁路路基工程更快支设边坡防护，大幅提升边坡防护施工效率。

图4 基于BIM技术的六棱块放置模拟结果

4 结语

综上所述，本研究结合实际铁路路基边坡防护支设案例，基于BIM技术构建边坡模型及边坡支护框架结构模型，深入阐述BIM技术在工程算量及图纸复核、可视化施工交底、施工模拟及优化方案设计中的应用，证实利用BIM技术能够更加合理、高效的设计边坡防护，减少不必要的资源浪费，节约工程施工成本，大幅提升边坡防护施工效率。

参考文献：

[1]邢进.基于BIM技术的边坡工程施工进度管理中的应用研究[D].长安大学,2019.

[2]薄健.BIM技术在高铁路基边坡防护及支挡结构施工中的应用[J].山西建筑,2019,45(11):108-109.

[3]梁燕迪.基于BIM技术的水土保持措施设计研究[D].华北水利水电大学,2022. [4]王少华,刘海强.基于3DE平台的道路边坡六棱砖防护辅助设计方法研究[J].市政技术,2023,41(01):36-41.

[5]王博爽,邓永煌.无人机结合BIM的边坡工程三维设计方法研究[J].资源环境与工程,2021,35(1):89-92.

[6]张云鹏,张汝超,等.BIM技术在山体边坡支护中的应用[J].建筑结构,2023,53(S01):2425-2428.