铁道工程学报

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叶朝良, 薛飞招, 谢玉芳, 曹风旭

铁道工程学报. 2019, 36(11): 1-6.

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研究目的: 路基沉降问题一直是交通运输行业关注的重点。近年来,在西南山区公路、铁路建设中相继发现炭质泥岩这类特殊岩土,炭质泥岩亲水性强,受水后软化效应明显,这给沉降控制标准极高的高速铁路后期运营带来极大危害。本文结合桂广铁路某车站炭质泥岩段路基沉降治理工程,在室内通过物理、水理及力学性质试验,结合扫描电镜(SEM)试验研究该炭质泥岩的工程力学特性。
研究结论: (1)炭质泥岩干密度越大,其膨胀率、膨胀力也越大;含水率越大,其体积收缩越明显,缩限含水率为7.2%~8.5%;(2)炭质泥岩颗粒呈多边形、面积较大的薄片状颗粒,浸水后颗粒崩解、面积减小,大孔隙明显增多;(3)炭质泥岩浸水前表现出明显的剪胀特性,浸水软化后表现为剪切压密,浸水软化前后其黏聚力和内摩擦角分别为112.7 kPa、4.5 kPa和29.9°、8.1°;(4)炭质泥岩软化后的压缩变形量接近浸水前的19.6倍;浸水软化前后的压缩模量E_s,1-2分别为13.0~15.0 MPa和3.0~5.0 MPa;(5)本研究结果可为炭质泥岩地层的在建和拟建交通工程的设计与施工提供借鉴或参考。

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抗滑桩土拱演化特征及机理分析

孙书伟, 马宁, 胡家冰, 朱本珍

铁道工程学报. 2019, 36(11): 7-12.

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研究目的: 抗滑桩土拱效应是土体发挥自身抗剪强度所产生的一种应力转移与重分布现象,对安全经济地设计抗滑桩具有重要意义。但目前缺乏抗滑桩土拱演变特征的研究与机理分析,使得抗滑桩土拱效应理论成果难以指导工程设计,因此本文通过模型试验与数值模拟等手段研究抗滑桩土拱发展阶段,分析土拱演变特征与机理。
研究结论: (1)抗滑桩土拱从形成到破坏分为三个阶段,即形成期、发展期与破坏期;(2)模型试验结果表明,推力作用下桩后土体产生压缩变形,随后土体发生弧形开裂,桩间形成端承型土拱;随着荷载增大,拱压区厚度变大;当荷载增大到一定程度时,桩内侧产生纵向裂缝,裂缝逐渐向后发展导致土拱破坏;(3)初始阶段土拱区域应力以水平应力为主,随着荷载的增加,法向应力逐渐升高,主应力方向发生偏转,桩间土体产生贯通的剪应变增量区,拱压区内侧位于约2倍桩宽位置;(4)本研究成果可为抗滑桩工程设计和安全评价提供理论指导。

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桥上挡砟板-道床横向阻力试验及分析

井国庆, 杜文博, 贾文利, 韦有信

铁道工程学报. 2019, 36(11): 13-17.

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研究目的: 道床横向阻力是有砟轨道的基本力学参数。为研究挡砟板参数对道床横向阻力的影响,针对有砟道床-挡砟板结构体系,采用5种不同形式挡砟板,通过实尺1 ∶1道床横向阻力试验,分析不同类型挡砟板对道床横向阻力和挡砟板抗倾覆性的影响。
研究结论: (1)使用挡砟板后,由于取消道床边坡,道床横向阻力有所减小,但减小量不大,约为1.4%;(2)使用挡砟板后,砟肩宽度减小(500 mm、400 mm、300 mm),道床横向阻力和挡砟板抗倾覆性能减小;(3)随“L”型和“倒T”型挡砟板深入道床长度(400 mm、500 mm、600 mm)及外侧长度的增加(0、100 mm、200 mm),横向阻力仅增加0.1 kN,可认为不影响道床横向阻力,但挡砟板抗倾覆能力得到增强;(4)本研究可为桥上挡砟板选型及优化提供参考。

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降低50AT尖轨淬火残余应力的振动时效参数研究

徐金辉, 程毅, 冯青松, 张斌, 邹小魁

铁道工程学报. 2019, 36(11): 18-22.

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研究目的: 为研究降低50AT尖轨淬火后残余应力的振动时效参数,本文通过建立道岔直线尖轨有限元分析模型,使用Deform软件模拟出尖轨淬火后的残余应力分布,结合尖轨模态响应得到振动时效参数,并通过盲孔测应力评价方法对比分析模态时效参数与企业时效参数对尖轨振动时效后残余应力的消除效果,最终得到适合降低50AT尖轨残余应力的振动时效参数。
研究结论: (1)尖轨轨头中频感应淬火完成后,尖轨轨头、轨腰分布着残余压应力,轨底分布着残余拉应力;(2)基于尖轨淬火后轨底中部残余应力集中、翘曲变形特性,以及尖轨的模态振型,得到支撑点位置、激振点位置及激振频率等振动时效参数;(3)采用本文得到的时效参数对尖轨进行振动时效处理,残余应力的平均消除比率为46.6%;按照企业时效参数对尖轨进行振动时效处理,残余应力的平均消除比率为28.8%;本文时效参数下对残余应力的平均消除率是企业现有时效参数下的1.6倍,且时效时间仅为企业时效时间的1/4,可显著提高生产效率;(4)本文得到的振动时效参数可用于指导50AT尖轨感应淬火后残余应力的降低。

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列车振动荷载作用下有砟道床力学性能研究

曾志平, 叶梦旋, 宋善义, 王卫东, 王迪

铁道工程学报. 2019, 36(11): 23-29.

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研究目的: 为探究有砟道床性能随列车荷载作用下的变化特征,进行现场原位试验并通过离散元分析软件PFC^3D建立有砟道床模型,研究道砟竖向速度及沉降、轨枕与道砟振动加速度、道床阻力及枕下支承刚度的变化。
研究结论: (1)记录了距轨枕底面0.1 m、0.2 m、0.3 m处道砟竖向速度(0.033 m/s、0.029 m/s、0.015 m/s)、沉降位移(3.1 mm、2.3 mm、1.5 mm)、振动加速度(43.39 m/s²、29.27 m/s²、17.23 m/s²、9.78 m/s²),可知峰值速度、沉降位移及振动加速度随着深度增加而减小;(2)记录了循环加载100次、200次、300次、400次时道床横向阻力(16.87 kN、17.23 kN、17.56 kN、17.66 kN)、道床纵向阻力(24.55 kN、25.23 kN、25.89 kN、25.99 kN)和枕下支承刚度,可知道床横纵向阻力、枕下支承刚度随着荷载次数增加而增大;(3)本研究成果对指导有砟道床设计、施工、养护维修及研究有砟道床力学性能具有参考价值。

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改进型波形钢腹板组合箱梁的动力特性分析

马驰, 刘世忠, 陈权, 贾涛, 张瑞杰

铁道工程学报. 2019, 36(11): 30-37.

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研究目的: 为了给考虑剪滞剪切效应波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(简称改进型波形钢腹板,即CSWSB)组合箱梁动力特性计算提供一种新的计算方法,本文通过考虑剪滞剪切变形效应和顶底板的不同材料属性,推导出CSWSB组合箱梁的控制微分方程组及其解析解,以及该类型组合箱梁的单元刚度矩阵、等效结点荷载列阵、一致质量矩阵,并以杆系结构有限单元法为基础编制求解广义特征值的Matlab程序,且采用等效刚度法对传统波形钢腹板(简称CSW)和CSWSB组合箱梁的动力特性进行对比。
研究结论: (1)CSWSB组合箱梁在考虑了剪滞剪切变形效应后的振动频率均有不同程度的减小,且随着振动频率阶数的增加,影响程度也逐渐变大,在四阶时达到了40%;(2)按照刚度等效原则换算得到CSW组合箱梁的自振频率均小于CSWSB组合箱梁的自振频率,振型模态完全吻合,振动趋势一致;(3)对CSWSB组合箱梁进行动力特性分析时应考虑剪力滞和剪切变形效应的影响,且采用换算截面法对CSWSB组合箱梁进行动力分析是可靠的。

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无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值研究

蔡小培, 谭茜元, 刘万里, 张乾

铁道工程学报. 2019, 36(11): 38-44.

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研究目的: 桥墩纵向刚度合理限值是铁路桥梁设计和轨道设计的关键参数,本文考虑桥上板式无砟轨道多层结构间的非线性相互作用关系,建立简支梁桥-无砟轨道-无缝线路空间耦合模型,分析桥墩纵向刚度对不同跨度简支梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力学特性的影响,提出不同跨度简支梁桥的桥墩纵向刚度合理限值。
研究结论: (1)简支梁跨度L≤64 m时,桥墩纵向刚度的控制指标为梁轨相对位移值;跨度超过64 m后,钢轨强度成为桥墩纵向刚度的控制指标;(2)铺设常阻力扣件时,32 m、48 m、64 m、80 m和96 m简支梁桥墩纵向刚度限值分别为210 kN/cm、500 kN/cm、700 kN/cm、1 500 kN/cm和2 000 kN/cm;(3)综合考虑结构安全性和工程经济性,对于80 m和96 m简支梁桥,可通过全桥铺设小阻力扣件来大幅度降低桥墩纵向刚度;(4)本研究成果可用于指导无砟轨道简支梁桥的桥墩设计。

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高速铁路连续钢桁柔性拱桥的施工线形控制

蔺鹏臻, 刘应龙, 何志刚

铁道工程学报. 2019, 36(11): 45-50.

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研究目的: 为了解决高速铁路三跨连续钢桁梁柔性拱桥复杂施工过程中的桥梁线形控制难题,依托银西高铁银川机场黄河特大桥两联三跨连续钢桁梁柔性拱桥的三同步施工过程,基于施工过程时变力学分析方法和现场实测,研究钢桥拼装过程的体系转换杆件拼装顺序、拼装线形的二次调整、抗风措施和梁拱合龙等施工方案,确保桥梁施工线形达到设计要求。
研究结论: (1)连续钢桁拱桥施工过程存在体系转换杆件,以基于应力和变形最小扰动原则进行杆件拼装顺序优化,可最大程度减小体系转换的附加效应影响;(2)施工过程中,连续钢桁拱桥的线形受结构拼装过程受力变化和拼装精度等的影响而多变,基于初始位移法合理确定拼装理论线形,并结合施工过程进行拼装线形的二次调整技术,可达到理想成桥线形;(3)柔性拱在拼装过程中容易出现抗风稳定问题,基于静力抗风稳定性分析提出了自锚式辅助抗风索方案,可保证拼装过程的抗风稳定性;(4)基于合龙期间的环境温度精确测量及温度对结构变形的精确分析,结合连续钢桁梁柔性拱桥的受力特点提出了柔性拱利用环境温度效应的自然合龙技术,实现钢桁梁与柔性拱的最优合龙;(5)本研究成果可为同类型桥梁的施工控制提供参考。

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基于AHP_熵权法的铁路隧道单双洞选型决策研究

王明年, 郭晓晗, 倪光斌, 于丽, 田源

铁道工程学报. 2019, 36(11): 51-56.

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研究目的: 单双洞选型是铁路隧道结构设计的前提条件。为更加科学合理地对铁路隧道单双洞选型进行决策,在明确铁路隧道单双洞选型影响因素的基础上,建立铁路隧道单双洞选型决策指标体系,利用AHP_熵权法计算指标权重,并结合模糊综合评价方法制定指标评价标准。
研究结论: (1)在AHP法的基础上,借用传递熵的理念评价了专家意见的优劣程度,提高了权重计算结果的客观性;(2)建立了推荐使用单洞双线、单双洞均可、推荐使用双洞单线3类指标情况,采用5个程度符合值语言确定指标隶属度,并利用模糊综合评价方法确定决策结果;(3)以川藏铁路朱岗山隧道为研究对象,对所建立的决策体系及评价标准进行应用及验证,决策结果与工程实际情况较为吻合,证明所提出的铁路隧道单双洞决策体系可以用于隧道单双洞初步选型,结果合理、可信。

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含水率和低温对黄土热物理参数影响性研究

张飞

铁道工程学报. 2019, 36(11): 57-61.

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研究目的: 为研究含水率和温度对黄土热物理参数的影响,取宁夏惠安堡黄土为研究对象,运用Hot Disk热常数分析仪,进行不同含水率和温度下惠安堡黄土的导热系数、比热容和热扩散系数的试验研究,并且研究含水率和温度共同作用对黄土热物理参数的影响及其作用机理。
研究结论: (1)含水率增加、温度降低会导致土中气的含量减少;(2)液态水和冰的导热系数要高于空气,当含水率增加、温度降低时导热系数增加;(3)水的比热容随温度的降低而增加,冰的比热容随温度的降低而降低,但两者的比热容都高于大气,所以当含水率增加时土样的比热容增加,当温度降低时土样的比热容降低;(4)液态水的热扩散系数随温度的降低而降低,固态冰的热扩散系数随温度的降低而增加,含水率增加、温度降低会导致热扩散系数的增加;(5)本研究结论对黄土地区土木工程的设计、施工等具有一定的参考价值。

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落石冲击大跨度拱形明洞结构作用机理研究

唐建辉, 周晓军, 蒋敦荣, 王玉锁

铁道工程学报. 2019, 36(11): 62-66.

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研究目的: 为探明落石冲击作用于拱形明洞结构荷载分布规律,确保明洞结构安全,本文以铁路双线双耳墙式明洞为研究对象,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过改变落石质量、冲击速度和回填土厚度分析落石冲击力和落石冲击所在横、纵断面明洞结构受到的冲击压应力,提出计算落石冲击力、冲击压应力的方法。
研究结论: (1)当回填土厚度从1 m增大至4 m时,落石冲击力没有明显变化,而落石冲击作用于明洞结构的最大压应力迅速减小,说明应以落石冲击压应力和回填土自重应力作为明洞结构设计依据;(2)落石冲击压应力随着距落石冲击点水平距离的增大而减小,近似成圆台形分布,其扩散角约为50°;(3)落石冲击力、冲击压应力随落石质量、冲击速度的增大而增大;(4)综合落石质量和冲击速度提出了以冲击能量计算落石冲击力和冲击压应力的方法;(5)本研究成果可为明洞设计提供参考。

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堆载诱发盾构隧道病害及结构安全分析

刘庭金, 陈思威, 叶振威

铁道工程学报. 2019, 36(11): 67-73.

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研究目的: 上方堆载是诱发超浅埋地铁盾构隧道过大沉降、过大椭圆度和隧道出现开裂等病害的重要外部因素。本文详细介绍了某盾构隧道在两次堆卸载过程中发生的沉降和出现的隧道病害现象,通过开展隧道病害现状调查,结合隧道沉降和椭圆度监测数据分析,应用三维精细模型分析盾构隧道结构受力及其损伤情况,初步讨论该盾构隧道的结构安全状态。
研究结论: (1)盾构隧道沉降规律、椭圆度大小和隧道病害分布规律与隧道上方的两次堆载高度、分布范围以及堆载时间存在显著的相关性;(2)对应于浅覆土3.7 m部位堆土高达6 m的盾构隧道三维精细仿真分析结果表明,环向连接螺栓受力处于弹性阶段,纵向接缝张开量在预警值1 mm内,拱部和道床下方管片出现部分受拉裂缝,仿真结果与现场调查发现的隧道裂缝分布规律基本相吻合;(3)本研究成果可为类似工程控制隧道上方超载和判断盾构隧道结构安全提供参考,并可为后续即将进行的邻近深大基坑设计及施工控制提供基础资料。

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速凝剂主要组成对水泥水化影响机理研究

安明喆, 张戈, 韩松

铁道工程学报. 2019, 36(11): 74-81.

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研究目的: 速凝剂是喷射混凝土施工中重要的材料,偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)作为有碱和无碱速凝剂的主要组分,对喷射混凝土性能影响显著。为系统研究速凝剂主要组成对水泥水化影响机理,本文通过凝结时间、等温量热仪、XRD-Rietveld全谱拟合及扫描电子显微镜研究偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)对水泥水化历程、特征水化产物及水泥石微结构的影响。
研究结论: (1)NA和AS提高了水泥早期水化放热速率及放热量,大幅度加速了水泥的凝结;(2)掺入NA和AS显著加速了C₃A的水化速率并分别生成以六角板状AFm及棱柱状AFt为主的特征水化产物;(3)NA 和AS加速了C₃S早期水化,但是早期特征水化产物AFm和AFt抑制了C₃S后期进一步水化,使得1 d和 3 d后C₃S水化速率相对于空白组明显放缓;(4)掺入NA和AS明显提高了水泥早期水化速率,但降低了后期水化速率,使得C-S-H凝胶生长不充分,EDS显示养护28 d后水泥石中C-S-H凝胶Ca/Si均高于空白组,这是由于掺入NA和AS早期生成的致密水化产物层包裹了水泥矿物,从而延缓了后期水化进程;(5)本研究成果可为喷射混凝土早期水化特征及强度发展规律研究提供理论依据。

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普速铁路CTCS-0级列控系统优化方案研究

徐效宁

铁道工程学报. 2019, 36(11): 82-84.

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研究目的: 我国普速铁路装备CTCS-0级列控系统,它通过列车运行监控装置(LKJ)结合通用机车信号实现列车超速防护,对于保证行车安全和提高运输效率发挥了重要作用。但是,CTCS-0级列控系统是基于当时的线路状况设计的,已逐渐不能满足我国铁路发展的需要。本文通过分析CTCS-0级列控系统面临的问题及相关的改进方案,结合列控技术的最新进展,提出一种普速铁路CTCS-0级列控系统的优化方案。
研究结论: (1)方案维持LKJ存储线路数据的方式,可以减少地面设备改造的工程量;(2)LKJ通过无线通信与地面服务器校核数据版本,保证线路数据的正确性;(3)方案结合应答器和北斗卫星导航系统实现列车定位,避免司机可能的错误操作;(4)本研究成果可为普速铁路列控系统的改造提供一定借鉴。

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双圆地铁运营动力响应及隔振研究

丁智, 林若涵, 陈雷越

铁道工程学报. 2019, 36(11): 85-91.

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研究目的: 地铁列车运营引起的周围环境振动研究是近年来的热点课题,如何在贴近实际工程的情况下准确、快速地对地铁隧道及地基的振动变形作出计算预测是研究的关键所在。为研究双圆地铁运营时的动力响应问题及隔振沟的减振效果,本文基于2.5维有限元法首次建立双圆地铁列车-轨道-地基土分析模型,分析双圆地铁运行荷载下隧道埋设深度、列车行车速度等重要因素对地基及轨道振动的影响,以及空沟、填充沟及波阻板的隔振效果。
研究结论: (1)列车运行速度越大、隧道埋深越浅,地表振动强度越大;(2)在隧道隔振措施方面,空沟前振动存在放大的现象,空沟的隔振作用体现在沟后;填充沟、波阻板整体隔振效果较好,增大填充沟深度、宽度以及波阻板厚度可有效提高减振效果;(3)双圆地铁运营时的动力响应及隔振沟减振研究成果可为今后地铁振动预测及隔振措施设计提供参考。

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盾构管片设计中静止土压力系数选取的探讨

何平, 陈峥, 王占生, 梁英俊

铁道工程学报. 2019, 36(11): 92-98.

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研究目的: 静止土压力系数是盾构隧道管片结构设计的重要参数之一。在饱和软土地区进行盾构管片配筋设计时,由于地勘资料提供的静止土压力系数较小,有时会出现配筋量过大甚至难以配筋的情况。本文通过现场实测和室内试验开展对静止土压力系数的研究,为饱和软土地区盾构管片设计中静止土压力系数选取提供参考。
研究结论: (1)室内试验测定静止土压力系数时,对于粉质黏土,初期侧压力系数较大,随加载时间的增加,侧压力系数逐渐减小并趋于稳定;而对砂性土,侧压力系数随加载时间变化不大;(2)现场实测静止土压力系数明显大于室内试验所测静止土压力系数固结稳定后的值,更接近于室内静止土压力系数初始值;(3)由于土体的卸荷作用,盾构施工后的静止土压力系数会有所增大;(4)水土合算法与水土分算法计算侧压力时应采用不同的侧向压力系数,建议该工程地区黏性土静止土压力系数水土分算时取0.5,水土合算时取0.7;砂性土采用分算法,依据地勘资料取其侧压力系数;(5)本研究成果可应用于盾构管片结构设计中静止土压力系数的选取。

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京沪高铁与沿线区域旅游经济协调发展研究

朱桃杏, 葛勇, 王慧

铁道工程学报. 2019, 36(11): 99-102.

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研究目的: “八纵八横”高铁线路的全面贯通改变了区域旅游发展的空间格局,提升了沿线区域旅游发展的质量。本文以京沪高铁沿线10个旅游城市为研究对象,建立通达度模型、旅游经济联系模型和耦合协调度模型,分别测度高铁运营前后通达性、旅游经济联系量以及二者的协调发展程度。
研究结论: (1)高铁大大压缩了沿线旅游城市的时空距离,通达性提高幅度显著,沿线旅游城市通达性提高幅度均在50%以上,其中济宁通达性提高幅度最大,达到70.37%;(2)高铁开通前后,沿线旅游城市旅游经济增长幅度差异很大,交通基础设施相对较弱的城市高铁驱动影响显著;(3)从时空变化来看,协调度变化呈现出协调度增长、协调度下降和协调度先降后升三种状态,其中协调度先降后升现象显著;(4)本文研究从理论视角完善了高速铁路的区域旅游效应测度方法,从实证的视角验证了高速铁路区域旅游协调的表征,可为高速铁路与区域旅游规划管理的进一步研究提供借鉴。

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基于BIM的铁路建设全寿命周期投资管理研究

薛彩丽

铁道工程学报. 2019, 36(11): 103-107.

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研究目的: 铁路项目建设具有投资规模大、工期长、专业种类多、施工条件复杂等特点,投资规模难以准确控制。本文分析当前铁路项目建设投资管理的办法及铁路BIM技术发展的现状,借鉴国内外现有的BIM技术方法和理念,全面阐述基于BIM的投资全过程管理解决方案及实现办法。
研究结论: (1)BIM技术全面支持工程建设项目的所有相关方,能实现立项决策、设计、实施、竣工验收等建设项目全寿命周期内的协同管理;(2)BIM技术三个关键条件:计算工程量清单平台模型、各级造价分析软件、数据共享和协同管理平台在铁路建设项目中已具备实施条件;(3)大数据条件下将最前沿的BIM技术应用到铁路行业的项目全寿命周期管理当中,是造价管理和投资控制的大趋势,本研究结论可为基于BIM铁路项目全寿命周期投资管理提供参考。

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2019年, 第36卷, 第11期　
刊出日期：2019-11-15

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