BIM技术应用于数字铁路建设的实践与思考

BIM技术是铁路工程建设信息化的重要技术发展方向,是数字铁路建设的核心技术之一,推广和应用BIM技术是建设数字铁路的必然选择。铁路BIM标准体系的建立和较大规模的铁路BIM试点应用大大推动了BIM技术应用于数字铁路建设。但铁路BIM应用也存在法律法规不配套,BIM研究应用不充分、不平衡,BIM标准不完善,适用软件功能不强、产品线不完整等问题。针对问题,提出了应持续重视BIM标准的编制与应用、将BIM技术应用于铁路工程全生命周期发挥更大价值、尽快制定铁路行业BIM技术应用推广政策等建议。

深圳市黄木岗综合交通枢纽工程BIM正向设计及应用

为实现BIM技术在轨道交通工程全生命周期的精准落地,有效推进工程设计阶段BIM技术的应用,打破各个专业不同操作软件的技术壁垒,通过数据共享、流程协同等三维设计技术方法,建立基于三维正向设计的专业分工、信息流转、模型交付一体化的城市轨道交通设计系统管理机制,构建基于设计维度提升和更新的城市轨道交通设计模式,利用BIM软件平台的二次开发,研发轨道交通一体化的数字化协同设计平台。依托深圳黄木岗综合交通枢纽实际工程案例,利用自主研发的协同设计平台,实现BIM正向设计、仿真模拟、施工应用等技术在城轨工程中的实践,为轨道交通数字化建设的推行提供了理论基础与技术实践经验。

夏热冬暖地区下沉广场对地下综合交通枢纽通风性能的影响

对夏热冬暖地区有下沉广场的地下综合交通枢纽冬夏两季空调运行工况进行了CFD模拟,得到了冬夏季典型工况各层主要截面的风速场和下沉广场设置所导致的进出风情况,并基于准静风区、换气次数等概念对其进行了分析。结果显示:夏季工况下沉广场进出风呈现“一进三出”的特点,冬季工况呈现“两进两出”的特点;由于玻璃幕墙的设置,在玻璃幕墙内形成了明显的空气流道;室外风向变化与下沉广场设置情况、开口面积、内部结构共同作用影响建筑通风性能,并且室外气流更容易通过开口方向与风向相同、开口面积较大、内部无大量隔断墙等结构的下沉广场进入室内。

夏热冬暖地区地下交通枢纽内部环境实测研究

对深圳市福田站枢纽及深圳北站枢纽进行了冬季及夏季环境实测,得到枢纽内部环境质量现状。通过问卷调查的形式对枢纽内乘客的热感觉、热舒适等进行了调查,采用综合评价方法分析了当前环境质量存在的不足。结果显示:两枢纽内部综合环境较好,乘客热环境满意率在70%~80%之间;两枢纽内仍存在一定的环境营造问题,部分功能区有单项参数不满足相关规范要求;可以通过营造夏季从站外到站内空气温度逐渐降低的温度梯度环境、增设遮阳装置、合理组织人工照明和自然采光、在壁面增设消声材料等措施对枢纽内的物理环境进行优化。

夏热冬暖地区采用天窗采光的地下交通枢纽光热环境分析

为了探究采用天窗采光的地下交通枢纽的光热环境,选取深圳市福田站冬夏季某晴天对站内的温度、照度和太阳辐射强度等进行现场测试,并分析了各参数随时间变化的情况。测试及分析结果表明:地下交通枢纽内的光热环境受室外天然光影响较大,冬夏季天窗正下方照度值全天波动较大,而天窗下边缘区及人工照明区照度全天变化稳定,冬夏季站内最大照度值分别为737 lx和4263 lx,冬季的采光均匀性优于夏季;冬夏季站内早晚最大空气温差分别为3.2℃和2.2℃,全天温度变化在人员可接受范围内,冬夏季均能满足人员热舒适和采光基本需求。对于夏热冬暖地区地下交通枢纽设计,夏季中午要加装遮阳措施减小眩光,冬夏季早晚时段需要辅助人工照明保证采光需求。

一种基于电磁—空气弹簧的非线性 隔振器理论与实验研究

本文提出一种主要由空气弹簧和永磁体所组成的具有准零刚度特性的非线性隔振器.首先,通过分析空气弹簧和磁体的受力特性,建立隔振器力-位移关系和刚度-位移关系,揭示隔振器静态力学特性,并分析隔振器参数对系统刚度的影响规律.然后,采用谐波平衡法计算隔振器力传递率特性.结果表明,通过在适当范围内调节系统阻尼比或激励幅值,所提出的非线性隔振器在隔振频率范围内优于普通空气弹簧隔振器.最后,通过实验验证隔振器的隔振性能.该研究可为小振幅甚至微振动系统的振动隔离提供新的参考.

弱光下锑基太阳电池的光谱响应与性能优化

锑基薄膜太阳电池因其制备方法简单,原材料丰富,光电性能稳定等优点而得到了快速发展。其中锑基吸光层材料(硫化锑、硫硒化锑、硒化锑)具有高吸收系数特点,因而在室内或者水下等弱光条件下具有相当大的应用潜力。通过构造两种衰减光谱以研究新型锑基薄膜太阳电池在弱光下的光电响应。首先通过厚度调节硒化锑太阳电池的吸光能力,发现当吸光层厚度较薄时,电池的光电转换效率存在较大差值;而当吸光层厚度过厚时,电池性能又因载流子复合的增大而降低。在吸光层厚度处于合适的0.4~1.2μm之间时,硒化锑太阳电池在长波衰减光谱和短波衰减光谱下都能获得高于16%的转换效率。然后通过硒含量调节锑基太阳电池的光谱吸收范围,发现长波衰减光谱下,锑基太阳电池的器件性能显著高于标准光谱,并且在20%~40%硒含量下能够获得最佳的转换效率。而在短波衰减光谱下,锑基太阳电池的最佳性能出现在硒含量为60%的情况下。因而在弱光条件下,锑基太阳电池的最佳硒含量需要通过具体的光谱特性确定。最后研究了两种衰减光谱下,硫化锑/硒化锑双结叠层太阳电池的光谱响应特性。发现在短波衰减光谱下,叠层太阳电池效率会随着总厚度的增加而增加。而在长波衰减光谱下,叠层太阳电池的最佳性能能够一直保持在较高水平。当叠层电池总厚度为2μm,且硫化锑顶电池厚度在0.5~1.2μm之间时,器件在两种衰减光谱下都能够实现光谱能量在两个子电池中的合理分配,使得叠层电池效率能够保持在20%以上。通过该研究对锑基太阳电池器件结构的合理设计,能够保证单结和双结器件在不同弱光条件下的高性能输出,为高环境适应性的锑基薄膜太阳电池的研发提供技术支持。

削弱大型水闸BDS监测多路径效应的MHM方法

大型水闸变形监测复杂环境中存在的多路径效应限制了全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)精密定位的精度。对此,提出一种顾及北斗导航卫星系统(Beidou navigation satellite system,BDS)不同星座类型多路径效应的半天球图(multipath hemispherical map,MHM)方法。该方法建立以监测站为球心的半天球进行格网点划分,通过格网点内参数化实现多路径误差建模,适用于BDS多星座以及大型水闸复杂的监测环境。采用曹娥江大型水闸监测案例,对多路径改正前后的单差残差及变形监测坐标序列进行分析,XYZ方向精度较多路径误差改正前提升63.06%、54.17%、57.84%,表明采用该方法可以有效削弱多路径效应,提高变形监测精度。

基于状态域的GNSS/加速度计变形监测突变故障检测方法

GNSS/加速度计融合监测集合了两种传感器的优势,可以提高构(建)筑物变形监测的准确性和完整性。目的为了解决传统故障检测方法必须依赖假设已知真实状态信息、需要建立状态迭代器且计算效率低等问题,方法对传统故障检测方法和状态域一致性理论进行推导创新,提出一种基于状态域一致性理论的GNSS/加速度计集成变形监测突变故障检测方法。该方法基于状态估计值和状态预测值构建状态检验统计量,直接在状态域进行故障探测,无须已知真实状态信息且避免了状态信息的迭代计算,与传统方法相比,效率更高,鲁棒性更强。在英国威尔福德桥人为激励变形实验中,于量测域加入不同程度的粗差用以模拟突变故障,并通过所提方法对GNSS/加速度计融合过程进行故障检测。结果结果表明:基于状态域一致性理论的GNSS/加速度计集成变形监测突变故障检测方法可以区分桥梁正常运营过程中发生的变形和突变故障,并可对GNSS/加速度计融合时的突变故障进行检测和及时预警。结论研究表明基于状态域一致性理论的GNSS/加速度计集成变形监测突变故障检测方法具备相应的GNSS/加速度计融合故障检测能力,对提高GNSS/加速度变形监测的可靠性和一致性具有重要意义。

新型装配式地铁车站智能设计关键技术研究

装配式结构具有施工周期短、施工精度高、建设成本低等优势,在地铁车站结构设计中有非常广阔的应用前景,是目前地铁车站发展的重要方向。为提升装配式结构设计效率以及加快装配式结构推广应用,针对装配式地铁车站特点,将参数化引入到装配式地铁车站结构设计中,确定车站结构的参数化特征,通过智能算法建立车站结构分块内部及分块之间的联动机制,采用基于VBA的CATIA二次开发技术和基于Python的ABAQUS二次开发技术,将参数化设计与智能有限元计算相结合,开发了装配式地铁车站结构智能设计程序,创新了装配式地铁车站结构从方案设计、参数优化到结构计算的一体化设计工作。结果表明,该技术可将装配式地铁车站的建模及结构计算效率提高30%以上,缩短了设计周期,降低了冗余人力与时间成本。

基于静力触探测试技术的基础沉降计算

基于现有静力触探技术的基础沉降变形研究,考虑不同地层条件,建立直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法。该方法采用经验公式初步确定基础沉降计算深度,并通过应力比法验证;采用基于静力触探锥尖阻力的线性经验公式确定土体压缩模量;采用Schmertmann基底应变影响系数间接确定地基土体竖向应力,并规定刚性边界条件下基底应变影响系数为0。工程实例的计算表明:所建立的直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法的计算结果与实测值一致性好,物理意义明确,适用于各类地层条件,应用范围广;计算过程简单,仅需手算即可完成;计算过程所需参数仅需通过静力触探原位测试获取,无需钻探、取样及室内固结试验,可避免钻探取样对试样扰动大、试验结果难以反映土体原位物理力学性质、试验数量少、代表性不够及原状样取样不便等问题。

城市铁路明挖隧道装配式衬砌接头性能研究

城市铁路明挖隧道装配式衬砌纵向接头是隧道结构的薄弱部位。采用数值模拟方法研究在弯矩和轴力作用下新型明挖隧道装配式衬砌纵向接头的受力变形规律。结果表明:在轴力和弯矩共同作用下纵向接头受拉侧张开,其破坏以螺栓屈服断裂或受压侧混凝土剥落为标志;随着纵向接头所受轴力的增加,纵向接头能够承受的弯矩逐渐增大;轴力相同纵向接头破坏时所承受的负弯矩比正弯矩大。

地层差异对轨道减振效果影响测试分析

研究目的:针对目前减振轨道减振效果现场测试评价中忽略地层因素影响的研究现状,本文通过现场测试量化地层差异对轨道减振效果评价的影响,提出具有显著影响的地层因素及规律,明确不同地层参照断面选取对测试结果的影响程度。研究结论:(1)本测试研究结果表明选取不同断面测试分析隧道壁对比损失时,地层差异能引起隧道壁分频振级对比损失结果最大相差10 d B以上,Z振级对比损失结果相差4 d B以上;(2)隧道壁壁后地层剪切波速和波阻抗对隧道壁对比损失影响较大,土体波阻抗为1.5~2倍关系时,隧道壁对比损失最大Z振级差值可超过3 d B;(3)地层剪切波速随深度增加时,对比工况埋深越浅,测试得到的隧道壁对比损失越大,获得的减振效果越好;(4)本研究成果可为减振轨道设计、工后评价提供参考和指导。

基于EBS(工程系统分解结构)与语义约束的地铁车站参数化建模方法

为解决地铁车站建模缺乏整体框架和全局模型、BIM(建筑信息模型)模型局限于单一建模软件且通用性差等问题,提出一种基于EBS(工程系统分解结构)与语义约束的参数化建模方法。首先,以全生命周期管理为目标构造地铁车站的工程结构图;然后,采用结构化语言建立地铁车站的全局参数语义约束模型;最后,通过语义解析实现全局参数语义约束模型在不同平台之间的复用。试验表明:全局参数模型实现了地铁车站全生命周期信息的动态集成,保证了复杂信息的完备性;语义约束方法实现了模型在BIM、GIS(地理信息系统)等管理平台内的复用。

车辆–钢弹簧浮置板轨道相互作用动力特性研究

基于车辆–轨道耦合动力学理论,建立车辆–钢弹簧浮置板轨道动力相互作用空间模型,分析了车辆在通过钢弹簧浮置板轨道时系统的振动特性。结果表明:与车辆定长对应的荷载和浮置板接缝处的刚度变化,对相互作用系统存在周期性激励;车辆与浮置板没有发生共振情况;轮轨相互作用在40 H^100 H频带范围内比较明显,并随着钢弹簧垂向支承刚度的减小而增强;车体和轨道板的振动随着钢弹簧垂向支承刚度的减小而增加。

桥梁振动变形监测的加速度实时重构动态位移算法

针对现有加速度积分算法实时处理困难、存在漂移误差的问题,构建一种基于递归高通滤波器的加权滑动均值滤波方法。利用递归高通滤波器降低原始加速度与积分所得位移的低频误差,通过加权滑动均值滤波器消除两次积分过程中残余误差引起的趋势项,基于频域积分使用先验数据求取最优滤波参数,实现利用加速度数据实时重构桥梁的振动位移。多组模拟数据和两组实测数据测试结果表明:在保证实时解算的条件下,重构动态位移精度均优于1mm。研究结果表明该方法具有较高的精度,可为桥梁振动实时变形监测提供新方案。

天津地区初期运营地铁站夏季热环境及空调系统节能潜力分析

由于不同运营时期的地铁站热环境存在差异,初期运营地铁站空调系统运行模式若按既有车站统一管理可能导致能源浪费。本文基于对天津地区初期投运地铁地下车站公共区夏季热环境的实测及相关信息的调研,分析了该类地铁站夏季热环境特征及空调系统节能运行潜力。研究发现;对于测试地铁站,在过渡季和夏季,基本呈现室外、站厅、站台、轨行区空气温度依次降低,而相对湿度依次升高的特点;且夏季站内实测空调温度远低于设计值;隧道内空气比焓较室外更低,可视作天然冷源;经估算,该车站在天津夏季空调室外空气计算温度下,工作日隧道渗风产生的节能量为2011.03 kW·h/d。基于研究结果,提出了相应的节能建议。

快固型亲水性聚氨酯弹性体的性能影响因素研究

采用预聚体法合成了一种快速固化、亲水性聚醚型聚氨酯弹性体。研究了亲水性聚醚多元醇配比、异氰酸酯种类、NCO含量、扩链剂种类和催化剂用量等对聚氨酯弹性体力学性能与遇水膨胀性能的影响。结果表明:当聚醚多元醇PL23与PL34的质量比为80/20,采用TDI-100为二异氰酸酯原料,预聚体的NCO质量分数为3.0%,以二乙基甲苯二胺(DETDA)为扩链剂与聚醚混合配制固化剂组分,且催化剂质量分数为0.15%时,所制备的聚氨酯弹性体综合性能最好。

高速铁路悬臂U形路基结构型式优化分析

为解决高速铁路悬臂U形路基结构型式优化问题,确定更为合理、可靠的悬臂U形路基结构型式,采用结构力学分析和弹性地基梁理论,开展趾板长度、侧壁板高度、倾角及截面形式等因素对悬臂U形路基承载性能影响规律分析,提出关键性控制指标的确定方法,为悬臂U形路基结构优化设计和工程应用推广奠定基础。分析结果表明:相较于传统放坡式路基,悬臂U形路基占地面积减小约60%,尤其适用于场地狭小、征地相对困难地段;墙趾长度是影响悬臂U形路基底板内力和变形的关键性指标,优化设计中的墙趾板长度应使底板同悬挑路肩等宽;侧壁板角度同槽内填土土压力大小和分布直接相关,设计中宜采用内表面直立、外表面倾斜、高度不超过6 m的变截面侧壁板。

盾构隧道下穿河流段地震响应数值分析

下穿河流段盾构隧道在地震作用下极易发生损坏。本文依托天津地铁某下穿河流段盾构隧道实际工况,采用有限差分软件Flac3D进行数值模拟,分别对该段隧道在地震作用下的应力反应规律,相对水平位移反应规律以及加速度反应规律进行分析。结果表明:下穿海河段盾构隧道的最大主应力分布出现在河岸坡底部隧道管片上,最大拉应力出现在左拱肩的位置,而最大压应力分布在右拱肩以及左拱腰部;地震作用下,盾构隧道的拱肩以及拱腰应力分布较大,同时,河岸底部盾构隧道截面有开裂的危险。在El-Centro波作用下,隧道相对位移最大值出现在拱顶位置。