BIM關(guān)鍵性技術(shù)在地鐵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳文高

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200125）

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市交通壓力日趨增大。地鐵作為一種新型大運(yùn)量公共交通方式，在緩解城市交通擁堵，優(yōu)化城市布局，提高城市效率等方面日益發(fā)揮重要作用。BIM技術(shù)具備的可視性、模擬性以及可出圖性，極大地提高了地鐵設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，降低了成本，保障了地鐵建設(shè)的安全和高效。在地鐵項(xiàng)目建設(shè)中的設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量至關(guān)重要，這直接影響后期項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和安全。設(shè)計(jì)階段如何最大程度地發(fā)揮BIM應(yīng)用價(jià)值，成為當(dāng)前地鐵建設(shè)BIM應(yīng)用的重要課題。

2 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段BIM的應(yīng)用

在軌道交通建設(shè)中，規(guī)劃階段就有BIM技術(shù)的身影[1]。本階段的BIM應(yīng)用主要包括以下2方面。

2.1 地質(zhì)物探模型創(chuàng)建

基于BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的創(chuàng)建，通過(guò)地質(zhì)模型可方便地進(jìn)行底層分層剝離展示、任意斷面和角度的空間剖切、二維斷面成圖等[2]，能查詢(xún)并計(jì)算工程范圍內(nèi)的地質(zhì)信息和土方量。

2.2 周邊及沿線周邊環(huán)境模型創(chuàng)建

通過(guò)“BIM+GIS”結(jié)合，創(chuàng)建項(xiàng)目周邊及沿線環(huán)境模型，真實(shí)反映項(xiàng)目周邊環(huán)境現(xiàn)狀，不僅實(shí)現(xiàn)個(gè)案的三維信息化管理，而且能實(shí)現(xiàn)周邊地理環(huán)境的大場(chǎng)景。為設(shè)計(jì)方案決策、場(chǎng)地規(guī)劃布置等方面提供重要依據(jù)。

3 初步設(shè)計(jì)階段BIM的應(yīng)用

在初步設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)除了能實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)人員協(xié)同設(shè)計(jì)之外，本階段的BIM應(yīng)用主要包括以下幾方面。

3.1 土建、機(jī)電模型創(chuàng)建

不同專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員通過(guò)BIM軟件各自協(xié)同創(chuàng)建各自專(zhuān)業(yè)模型，通過(guò)模型協(xié)同創(chuàng)建，能時(shí)刻關(guān)注設(shè)計(jì)的進(jìn)度和工作進(jìn)程，能有效提高工作效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工時(shí)設(shè)計(jì)[3]，及時(shí)洞察設(shè)計(jì)方案缺陷并解決。

3.2 方案比選與優(yōu)化

通過(guò)不同方案模型的創(chuàng)建，利用BIM技術(shù)的可視化和模擬性，真實(shí)直觀展示不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)圖1），加強(qiáng)方案匯報(bào)效果，提高溝通效率，實(shí)現(xiàn)不同方案的比選與優(yōu)化。

圖1 某地鐵站屋頂內(nèi)襯板裝修方案

4 施工圖設(shè)計(jì)階段BIM的應(yīng)用

施工圖設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)方案相對(duì)穩(wěn)定，通過(guò)BIM技術(shù)，可對(duì)軌道交通項(xiàng)目進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，本階段的BIM應(yīng)用主要包括以下幾方面。

4.1 管線綜合與碰撞檢查

地鐵項(xiàng)目涉及專(zhuān)業(yè)眾多，機(jī)電管線種類(lèi)繁雜且數(shù)量多，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，能對(duì)管線進(jìn)行綜合排布，借助軟件自動(dòng)檢測(cè)功能，能全面、整體地觀測(cè)項(xiàng)目各方面，集中突破難點(diǎn)，并提取出關(guān)鍵變化部分，有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)[4]，解決管線碰撞問(wèn)題。通過(guò)與支吊架模型的結(jié)合優(yōu)化，不僅能充分考慮設(shè)備及管線的檢修空間，而且能實(shí)現(xiàn)管線排布的合理性、經(jīng)濟(jì)型、人文性和美觀性。

4.2 空間優(yōu)化

基于BIM模型，設(shè)置車(chē)站房間凈空要求，逐一排查房間凈空高度，針對(duì)不滿足凈空要求的房間進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行空間優(yōu)化（見(jiàn)圖2）。

圖2 某地鐵站空間優(yōu)化調(diào)整圖

4.3 支吊架優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合時(shí)，對(duì)支吊架設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采取支吊架綜合安裝，充分利用空間，盡力避免支吊架散落布置，避免材料資源浪費(fèi)。

4.4 機(jī)電管線出圖

通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電管線綜合排布后，把通過(guò)BIM軟件調(diào)整好的機(jī)電管線導(dǎo)成CAD圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，圖紙包括管綜平面圖、管綜剖面圖、單專(zhuān)業(yè)平面圖等。

4.5 二次結(jié)構(gòu)出圖及預(yù)留孔洞檢查

為避免后期施工對(duì)二次結(jié)構(gòu)的砸、敲，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)每一面二次結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行立面出圖（見(jiàn)圖3），對(duì)墻體孔洞進(jìn)行梳理和檢查，并快速標(biāo)注和定位每一面墻體孔洞大小和類(lèi)型。通過(guò)二次結(jié)構(gòu)出圖，能顯著提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。

圖3 某地鐵站二次結(jié)構(gòu)出圖

4.6 墻面箱柜整合

通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)車(chē)站各專(zhuān)業(yè)墻面箱柜布置進(jìn)行優(yōu)化、整合，明確安裝方式、定位安裝位置，制訂出整合方案。依照箱柜由大及小，由高及低的原則，實(shí)現(xiàn)箱柜布置錯(cuò)落有序，美觀合理，每一面墻體箱柜通過(guò)BIM圖冊(cè)（見(jiàn)圖4）下放至施工單位，精確指導(dǎo)施工，確保現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與模型的一致性，實(shí)現(xiàn)箱柜布置落地性實(shí)施。

圖4 某地鐵站35kV開(kāi)關(guān)柜室圖冊(cè)示意圖

4.7 工程量復(fù)核

通過(guò)BIM軟件提取土建的工程量、風(fēng)水電等機(jī)電的工程量，與投資監(jiān)理單位的工程量復(fù)核，提高工程造價(jià)的準(zhǔn)確性。

4.8 車(chē)站設(shè)備運(yùn)輸路徑復(fù)核

通過(guò)三維模型，能直觀了解車(chē)站設(shè)備的運(yùn)輸路徑，了解運(yùn)輸路徑是否合理以及設(shè)備運(yùn)輸時(shí)需要注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證后期車(chē)站的設(shè)備順利安裝。

4.9 裝修效果仿真

在地鐵站信息模型中添加材質(zhì)信息、顏色信息、光源信息等，模擬實(shí)景效果（見(jiàn)圖5），優(yōu)化裝修設(shè)計(jì)方案。

圖5 某地鐵站站廳層及站臺(tái)層裝修示意圖

5 問(wèn)題與建議

5.1 不同階段的模型傳遞問(wèn)題

地鐵項(xiàng)目建設(shè)主要包括設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)維階段。由于各階段所需要應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)不同，模型的深度以及構(gòu)件的劃分會(huì)有差異，導(dǎo)致不同的模型在不同的應(yīng)用階段不具有繼承性及傳遞性。比如，設(shè)計(jì)施工圖階段的模型反映的是各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)需要表達(dá)的內(nèi)容，不會(huì)考慮到施工過(guò)程中施工工序的問(wèn)題，所以模型在傳遞到施工階段的時(shí)候，需要施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況重新建立模型，不能做到“一模到底”。

5.2 各種BIM軟件的兼容性問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)在BIM應(yīng)用中的軟件有AutoDesk Revit系列、Bentley Macro Sation系列等。不同的BIM軟件會(huì)有不同的側(cè)重點(diǎn)，不是全部的建模軟件都適合所有的模型建立，例如，Revit系列在建筑三維設(shè)計(jì)方面比較優(yōu)秀，Bentley Macro Sation系列則更側(cè)重于基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)，如果需要把建筑模型與基礎(chǔ)設(shè)施模型體現(xiàn)在同一個(gè)模型里，就會(huì)面臨不同軟件設(shè)計(jì)的模型是否可以合并的問(wèn)題，因此，需要打破軟件之間的兼容性問(wèn)題。如果可以解決，可以極大地提高模型的利用率。

5.3 BIM應(yīng)用自動(dòng)化的程度不高

BIM軟件還不能完全做到設(shè)計(jì)人員只要輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，就可以生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)模型，尤其是在市政等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，如樁基的模型建立，還是需要手動(dòng)建立，所以還需要不斷地迭代開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，逐步實(shí)現(xiàn)工作的半自動(dòng)化到全自動(dòng)直至智能化。

5.4 BIM從業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)化知識(shí)有待提高

一個(gè)合格的建筑信息模型從業(yè)人員不僅需要會(huì)建模，更需要有專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)素養(yǎng)，但目前兩者兼顧的BIM從業(yè)人員極少，需要培養(yǎng)更多的專(zhuān)業(yè)化的從業(yè)人員。

軌道交通領(lǐng)域BIM技術(shù)的發(fā)展需要新一代的科研人員繼續(xù)加大BIM軟件的開(kāi)發(fā)，提高從業(yè)者的專(zhuān)業(yè)水平，最大程度地發(fā)揮BIM的價(jià)值，共同推動(dòng)BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，地鐵項(xiàng)目中BIM技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但實(shí)際應(yīng)用效果并不是很理想，BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)并沒(méi)完全凸顯，很大一部分原因是項(xiàng)目參建方還不夠重視。同時(shí)，BIM應(yīng)用體系也不夠完善，BIM應(yīng)用具有很大的隨機(jī)性。非系統(tǒng)性的應(yīng)用，使得BIM價(jià)值發(fā)揮有限。BIM技術(shù)需要項(xiàng)目各參建方共同努力并且加以推廣，制訂地鐵BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)各參建單位BIM應(yīng)用能力，最大程度地發(fā)揮BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。