BIM技術(shù)在西安動車段項目深化設(shè)計中的應(yīng)用

馬少雄，李昌寧，劉爭耀，車緒武，陳存禮，趙　欽

(1.西安理工大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，西安　710048；2.中鐵一局集團有限公司， 西安　710054；3.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南　714000)

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BIM技術(shù)在西安動車段項目深化設(shè)計中的應(yīng)用

馬少雄1，3，李昌寧2，劉爭耀2，車緒武3，陳存禮1，趙欽1

(1.西安理工大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，西安710048；2.中鐵一局集團有限公司， 西安710054；3.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714000)

論述動車段的主要功能，簡明介紹西安動車段整體工程概況和DCDSG標項目室外綜合工程的特點。由于該項目室外綜合工程錯綜復(fù)雜，決定應(yīng)用BIM技術(shù)進行深化設(shè)計來彌補傳統(tǒng)工作模式的不足，以期達到提高各專業(yè)間溝通效率、節(jié)約施工成本和周期的目的。首先建立室外工程BIM模型，利用BIM技術(shù)強大的可視性、虛擬性和優(yōu)化性，對圖紙進行復(fù)核，及時發(fā)現(xiàn)圖紙問題并糾正；然后進行碰撞檢查計算和設(shè)計方案優(yōu)化，降低施工階段可能存在的返工風(fēng)險，減少材料浪費。實踐結(jié)果表明，BIM技術(shù)在本工程深化設(shè)計中優(yōu)勢明顯，為推動BIM技術(shù)在站場類項目相關(guān)工程中的應(yīng)用提供基本思路和參考依據(jù)。

動車段；BIM技術(shù)；可視化；深化設(shè)計

動車段是動車組檢修和養(yǎng)護的重要場所，是保障高速鐵路運輸安全的重要基礎(chǔ)。其核心業(yè)務(wù)是動車組檢修，一般包括檢查整備庫、檢修庫、到發(fā)場、存車場，以及整備作業(yè)庫線。檢查整備庫承擔(dān)一、二級檢修，檢修庫承擔(dān)高級檢修，到發(fā)場、存車場存放本段配屬和部分外局動車組，整備作業(yè)庫線承擔(dān)卸污、輪對檢測、外皮洗刷等作業(yè)。動車段內(nèi)的檢修庫一般并列布置，到發(fā)場、存車場、庫前作業(yè)場與檢修庫通常是縱列式配置，因而站場規(guī)模較大[1-2]。

西安動車段位于西安城市中軸線未央路、機場高速2號線、城市三環(huán)路及繞城高速公路交通樞紐銜接處，距西安北站2 km。西安動車段總平面由運用板塊(占地面積66 hm2)和高級修板塊(占地面積44 hm2)組成，總占地面積110 hm2，檢修能力按配屬300列8輛編組設(shè)計。主要負責(zé)西北地區(qū)已經(jīng)和即將開通的高鐵線路及普速線路運行的動車組的檢修和維護及隨車機械師的培養(yǎng)和管理工作，是集中動車供電、段內(nèi)動車調(diào)度、檢修人員管理、設(shè)備檢修等多工種多領(lǐng)域結(jié)合的一個高復(fù)雜的結(jié)合體[3]。整體效果如圖1所示。

圖1　西安動車段渲染效果

1　工程特點

西安動車段DCDSG標項目主要由20棟單體工程(建筑面積為93 482 m2)和室外綜合工程組成。其中，室外綜合工程尤為復(fù)雜，主要包括有綜合管溝、站場排水溝、供電電纜溝、通信電纜溝、橋涵、檢查井、化糞池、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)及軌道等，由于無法實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計，導(dǎo)致室外綜合工程碰撞問題繁多，給項目進度、成本管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。

2　應(yīng)用BIM技術(shù)進行深化設(shè)計的必要性

在傳統(tǒng)工作模式下，現(xiàn)場工程師需對二維CAD圖紙上的抽象信息進行識別并將其轉(zhuǎn)化為空間模型后實施。在此過程中，參建人員對設(shè)計方案的理解勢必出現(xiàn)偏差，大量的“錯漏碰缺”及“設(shè)計變更”在所難免。故此，依靠傳統(tǒng)的技術(shù)手段難以保證工程項目高效率、高質(zhì)量地進行施工。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是將建筑工程項目中各種相關(guān)信息進行三維數(shù)字化表達的工程數(shù)據(jù)模型，進而反映工程項目設(shè)施實體與功能特性。BIM技術(shù)不僅增強了建筑項目的可視化程度和模擬性，而且整合了項目各個參與方的信息，便于各方查詢和調(diào)用，大大提高了各方之間的溝通協(xié)作效率[4-10]。BIM具有的這種集成優(yōu)勢對于深化設(shè)計具有重要的意義，利用BIM可以很好地解決深化設(shè)計過程中的信息沖突問題，保證深化設(shè)計能夠準確地體現(xiàn)設(shè)計意圖并進行效果還原[11-17]。借助先進的BIM三維建模技術(shù)，利用其優(yōu)越的可視化、模擬性和優(yōu)化性的特點，通過碰撞檢查、施工模擬和信息采集等BIM技術(shù)，方便各專業(yè)人員之間交流理解，降低圖紙會審階段工作量，在施工前快速預(yù)見各專業(yè)圖紙之間的錯誤和沖突，減少施工中的返工、窩工、材料浪費及質(zhì)量、安全問題等，提高施工效率，確保施工質(zhì)量，實現(xiàn)項目精細化管理。本文主要從審圖、碰撞檢查、設(shè)計方案優(yōu)化幾個方面闡述BIM技術(shù)在西安動車段DCDSG標項目室外綜合工程深化設(shè)計中的具體應(yīng)用。

3　BIM技術(shù)在西安動車段室外工程深化設(shè)計中的應(yīng)用

3.1圖紙復(fù)核

室外綜合工程施工前，利用魯班與Revit2014軟件，將二維設(shè)計圖紙中用圖層、顏色、線型、屬性等表達的抽象信息轉(zhuǎn)化成三維信息模型，這個建立三維信息模型的過程其實就是圖紙復(fù)核的過程，基本流程如圖2所示。

圖2　利用BIM技術(shù)審圖流程

圖3(a)所示為通過BIM建模所發(fā)現(xiàn)的室外綜合工程中某處設(shè)計不當之處：初始設(shè)計將不落輪鏇庫北側(cè)2座污水井放在了軌道下方，不符合規(guī)范要求。解決辦法為將此處2座圓形污水檢查井改為方形污水井，并向南側(cè)平移至距離鐵路中心線3 m處，如圖3(b)所示。通過建立BIM模型，將二維圖紙信息進行三維還原顯示，并將各專業(yè)圖紙信息綜合反映到BIM模型中，使得各專業(yè)圖紙間的空間關(guān)系更加清晰，便于施工人員對圖紙進行細致復(fù)核，深入理解工程設(shè)計師的設(shè)計意圖。

圖3　某處圖紙問題解決前、后示意

在建立室外工程BIM模型的過程中，共發(fā)現(xiàn)較為明顯圖紙問題34處。在正式施工前與設(shè)計單位進行溝通，及時進行糾正，達到了深化設(shè)計的目的，有效杜絕了施工時的返工和浪費。

3.2碰撞檢查

在傳統(tǒng)模式的施工過程中，常常出現(xiàn)不同專業(yè)構(gòu)筑物(如綜合管溝、排水溝、供電電纜溝)之間或構(gòu)筑物與直埋管道之間高程錯誤或重疊等影響施工的重大問題，由此引起巨大的經(jīng)濟損失、人力浪費、增加工期，被視為施工中的“癌癥”。應(yīng)用BIM技術(shù)，將各專業(yè)的模型整合到一起后，能夠精細分辨出各專業(yè)構(gòu)筑物(管線)之間的對應(yīng)關(guān)系，方便不同專業(yè)的人員提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能會出現(xiàn)的問題，及時溝通協(xié)商解決問題，大大降低工程施工階段可能存在的返工和浪費。

本項目室外工程(包括綜合管溝、站場排水溝、供電電纜溝、通信電纜溝、雨水檢查井、污水檢查井、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、橋涵及軌道等)中，僅構(gòu)筑物之間及構(gòu)筑物與直埋管道之間的碰撞就有201處。

圖4(a)所示為室外工程中綜合管溝、排水溝、過軌套管發(fā)生碰撞。如果提升電纜過軌套管高程，則無法滿足其埋深要求；如果調(diào)整排水溝高程，則整個站場的排水將會受到影響。綜合這些影響因素，最終采取的解決方案為西側(cè)排水溝向南調(diào)整至距路邊線0.5 m，過軌套管向北調(diào)整1 m，I-J段綜合管溝局部加深，加深位置加長4 m，如圖4(b)所示。

圖4　管線碰撞解決前、后示意

圖5(a)所示為利用BIM模型進行碰撞檢查發(fā)現(xiàn)的某處綜合管溝、電纜排管、雨水管發(fā)生碰撞。經(jīng)各方協(xié)商后，決定將綜合管溝局部加深1.8 m，加深底部長3 m，加深后管溝如圖5(b)所示。

圖5　管線碰撞解決前、后示意

3.3設(shè)計方案優(yōu)化

BIM技術(shù)具有可視化程度高及模擬性強的特點，這是傳統(tǒng)的基于二維的CAD圖紙進行設(shè)計施工的工作模式無法比擬的。利用BIM模型可以直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中不合理或不成熟的地方，綜合考慮施工成本、進度及質(zhì)量、安全需求，提出更加合理的優(yōu)化方案，為項目實施提供了極大的便利，節(jié)約了進度和成本。

圖6(a)所示為綜合管溝某丁字口處左右側(cè)管道突然變化位置，給施工和后期運維帶來不便，按照圖6(b)進行優(yōu)化，不但施工更加簡單，也方便了后期人員在綜合管溝中行走、檢修。

圖6　綜合管溝中某處優(yōu)化前、后示意

圖7(a)所示為設(shè)計人員為避免排水溝與綜合管溝發(fā)生碰撞，將綜合管溝局部開槽并降低底部高程，導(dǎo)致此處綜合管溝鋼筋綁扎、模板支設(shè)及管線鋪設(shè)不便，增加彎頭20個，短管15根，同類問題共有4處。按照圖7(b)進行優(yōu)化，不但施工更加簡單，而且節(jié)省了材料費和工期，方便后期的運營維護。

本工程在施工前利用BIM技術(shù)進行設(shè)計檢查和方案優(yōu)化共106處，避免了設(shè)計不合理導(dǎo)致的大量資源浪費和工期延誤。

圖7　綜合管溝中某處優(yōu)化前、后示范

4　結(jié)語

以西安動車段DCDSG標項目為載體，采用國內(nèi)外常用的魯班和Revit等BIM系列軟件，建立項目室外綜合工程各專業(yè)BIM模型，上傳至魯班BIM平臺中，并進行整合。借助平臺進行碰撞檢查、設(shè)計方案優(yōu)化等。由于BIM技術(shù)具有傳統(tǒng)二維CAD圖紙所無法比擬的可視性、虛擬性和優(yōu)化性等特點，大大提高了項目實施過程中各參與方之間的溝通協(xié)作效率，減少了項目實施中的返工、窩工及材料浪費，提高數(shù)據(jù)和信息的分析、管理水平，節(jié)約施工成本和工期，經(jīng)濟效益顯著。

BIM技術(shù)在西安動車段項目中的成功運用，打破了國內(nèi)站場類項目二維設(shè)計、施工、運維的傳統(tǒng)方式，探索了站場類項目推廣使用BIM技術(shù)基本思路，為BIM技術(shù)在國內(nèi)類似項目中的推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗。此外，本項目室外工程基于BIM技術(shù)進行深化設(shè)計，無法自動識別并統(tǒng)計碰撞及設(shè)計不合理處。如何破解此問題，進一步提高站場類項目深化設(shè)計的效率，是今后研究的一個方向。

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Application of BIM Technology in Detailed Design of Xi’an EMU Depot Project

MA Shao-xiong1，3，LI Chang-ning2，LIU Zheng-yao2，CHE Xu-wu3，CHEN Cun-li1，ZHAO Qin1

(1.Faculty of Civil Engineering and Architecture，Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China; 2.China Railway First Group Co.，Ltd.，Xi’an 710054，China; 3.Shaanxi Railway Engineering Vocational Technical Institute，Weinan 714000，China)

The main functions of EMU are explained and the whole project overview of Xi’an EMU depot and the characteristics of DCDSG outdoor comprehensive engineering are introduced briefly.Since the outdoor comprehensive engineering is quite complex，BIM technology is used for detailed design to make up for the deficiencies of the traditional operating mode，improve coordination between different professions，save construction costs and shorten construction cycle.The BIM of outdoor comprehensive engineering model is established.The visualization，virtuality and miraculous property of BIM are employed to review drawings and correct problems timely if any.The BIM is also applied in compute collision check and design optimization.The application of BIM can lower the potential rework risks in construction stage and reduce material waste.The practice results show that the BIM technology plays an importance rule in detailed design of the project and provides

for similar projects.

EMU Depot; BIM technology; Visualization; Detailed design

2016-05-30；

2016-06-08

國家自然科學(xué)基金資助項目(51408488)；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目(2015KTZDGY01-04)；陜西省教育廳科學(xué)研究計劃資助項目(14JK1523)

馬少雄(1982—)，男，講師，博士，研究方向為BIM技術(shù)應(yīng)用，E-mail：2258824468@qq.com。

1004-2954(2016)10-0149-04

U269

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.033