基于建模標(biāo)準(zhǔn)的城市軌道交通工程BIM模型多階段表達(dá)

姜?jiǎng)P

摘要：隨著國(guó)內(nèi)外信息化、空間定位、人工智能等技術(shù)逐漸發(fā)展以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)的日趨完善，BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軌道交通建設(shè)中的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段，涵蓋BIM技術(shù)的共同設(shè)計(jì)、施工管理等。BIM作為一個(gè)技術(shù)性軟件，其主要作用體現(xiàn)在了工程設(shè)計(jì)、施工領(lǐng)域階段中的可視化功能中，但是隨著BIM軟件功能的不斷開發(fā)，學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)其可視化功能可被應(yīng)用于各種領(lǐng)域的運(yùn)維階段，同時(shí)可以發(fā)揮減少運(yùn)維成本、提高運(yùn)維效率的功能。之后BIM技術(shù)開始被應(yīng)用于軌道車輛運(yùn)維領(lǐng)域，對(duì)于目前的研究而言，大部分的文獻(xiàn)研究基本處于理論探索階段，所以在深化技術(shù)和加強(qiáng)應(yīng)用方面有極大的研究空間。本文就針對(duì)于目前的文獻(xiàn)研究現(xiàn)狀，主要從現(xiàn)狀、理論、技術(shù)和應(yīng)用這四個(gè)方面歸納梳理了目前的研究成果以推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;BIM;三維技術(shù)交底;智能調(diào)線調(diào)坡

引言

近年來(lái)，軌道交通設(shè)計(jì)信息化水平得到大幅提升，特別是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑信息模型（BuildingInformationModelling，BIM），可形象直觀地開展三維設(shè)計(jì)與分析，能承載設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)整個(gè)生命周期工程信息，進(jìn)行各類分析、仿真，現(xiàn)已成為軌道交通設(shè)計(jì)信息化的重要發(fā)展方向。

1建模范圍及劃分

城市軌道交通工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)與周邊環(huán)境密切相關(guān)，為保證全生命周期有效管理，需創(chuàng)建并集成城市軌道交通工程涉及的不同類型項(xiàng)目BIM模型。城市軌道交通工程涉及的BIM模型可分為周邊環(huán)境模型和工程本體模型。其中，周邊環(huán)境模型包括地質(zhì)、建（構(gòu)）筑物、地形、地下管線等模型。（1）地質(zhì)模型可全線統(tǒng)一創(chuàng)建，基于所有鉆孔數(shù)據(jù)模擬生成，并保證模型間不同地層良好銜接，在使用過(guò)程中可按工程部位、標(biāo)段等進(jìn)行拆分。（2）建（構(gòu)）筑物、地形等場(chǎng)地模型宜全線統(tǒng)一創(chuàng)建，由于城市軌道交通線路較長(zhǎng)、模型范圍較廣，導(dǎo)致軟件操作困難，可使用分段創(chuàng)建和儲(chǔ)存的方式，在使用時(shí)按工程部位、標(biāo)段等進(jìn)行拆分。（3）城市軌道交通工程涉及城市地下管線，包括雨水、污水、給水、燃?xì)?、電力、電信等，宜根?jù)車站主體、區(qū)間線路等外延50m范圍創(chuàng)建地下管線模型。城市軌道交通工程本體可按工程部位、專業(yè)、系統(tǒng)等方面拆分模型。例如，根據(jù)城市軌道交通工程部位劃分，可分為車站、區(qū)間、車輛段（停車場(chǎng)）及其出入線、主變電站（所）、控制中心等。

2應(yīng)用影響因素分析

技術(shù)因素的制約也是限制BIM技術(shù)被應(yīng)用于軌道車輛運(yùn)維領(lǐng)域的重要部分。首先是BIM建模缺乏相應(yīng)專業(yè)軌道車輛的建模平臺(tái)，所以就現(xiàn)階段而言建模平臺(tái)的選擇研究尤為重要，建立一個(gè)適合的軌道交通模型是最重要的基礎(chǔ)。其次是傳感器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。將無(wú)線傳感器與BIM模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維修者對(duì)故障設(shè)備的快速定位維修和系統(tǒng)性的利用BIM模型完成自動(dòng)化的故障維修報(bào)告生成，以便于針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)備維修;提出了將BIM模型與傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)相互聯(lián)系，使得實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并使其得到的信息數(shù)據(jù)與各個(gè)運(yùn)維信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這為BIM技術(shù)應(yīng)用于軌道車輛運(yùn)維階段提供了基礎(chǔ)性研究。

3城市軌道交通工程BIM模型多階段表達(dá)

3.1前處理

在利用Revit軟件創(chuàng)建車站的基坑模型（僅主體結(jié)構(gòu)）前，將基坑模型的dwg格式文件導(dǎo)入CAD中實(shí)現(xiàn)模型定位及單位轉(zhuǎn)換，然后在CAD中導(dǎo)出iges格式文件到ABAQUS中，在ABAQUS中設(shè)置基坑主體結(jié)構(gòu)及周圍土體單元?；又黧w結(jié)構(gòu)及周圍土體均剖分為四面體單元，模型的單元總數(shù)為601660個(gè)，結(jié)點(diǎn)總數(shù)為105237個(gè)，模型尺寸為400m（長(zhǎng)）×100m（寬）×80m（高）?；硬捎玫剡B墻施工，墻厚為0.9m，中間標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.5m，兩端的擴(kuò)大段寬分別為25.5m和27.5m，基坑深度為19.0m。最后，通過(guò)FLAC3D的網(wǎng)格導(dǎo)入功能，調(diào)用ABAQUS中創(chuàng)建的模型。

3.2總體設(shè)計(jì)階段

采用BIM技術(shù)對(duì)城市軌道交通工程設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)功能、工程規(guī)模、工程投資等進(jìn)行分析，驗(yàn)證工程項(xiàng)目可行性、穩(wěn)定線路站位、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證總體方案的合理性、適用性和經(jīng)濟(jì)性。該階段重點(diǎn)是根據(jù)周邊環(huán)境確定城市軌道交通的線站位布置，BIM模型顯示外輪廓即可，包含模型單元簡(jiǎn)單描述。因此，在總體設(shè)計(jì)階段，BIM模型的建筑墻僅需構(gòu)建外墻，無(wú)需構(gòu)建建筑內(nèi)墻，外墻的幾何表達(dá)精度要求為G2、信息深度等級(jí)要求為N1。

3.3盾構(gòu)掘進(jìn)應(yīng)用

本工程盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中下穿既有建（構(gòu)）筑物較多，通過(guò)整合BIM模型與地上地下環(huán)境模型，立體呈現(xiàn)本工程與既有建（構(gòu)）筑物的空間位置關(guān)系，掌握既有建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)類型。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與BIM模型掛接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)既有地鐵線路沉降、位移、傾斜等變化情況，科學(xué)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，及時(shí)采取相關(guān)措施。利用智慧平臺(tái)集成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可進(jìn)行如下數(shù)據(jù)處理：①模擬數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)及可能出現(xiàn)的后果;②實(shí)時(shí)展示盾構(gòu)掘進(jìn)、同步注漿及二次注漿參數(shù)，確保同步注漿到位，及時(shí)進(jìn)行二次注漿;③在下穿前進(jìn)行危大工程提示，下穿過(guò)程中對(duì)監(jiān)測(cè)變化情況進(jìn)行預(yù)警，嚴(yán)格按照方案采取施工措施及應(yīng)急措施。

3.4初步設(shè)計(jì)階段

在初步設(shè)計(jì)階段可應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方案或重大技術(shù)問(wèn)題的解決方案進(jìn)行綜合分析，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)接口、穩(wěn)定主要外部條件，論證技術(shù)上的適用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。BIM模型在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上需要增添車站功能分區(qū)等內(nèi)容，并根據(jù)設(shè)計(jì)方案構(gòu)建建筑內(nèi)墻。此時(shí)，建筑墻的幾何表達(dá)精度要求為G2、信息深度等級(jí)要求為N2。

3.5 BIM模型+監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用

本工程全線臨近既有地鐵，風(fēng)險(xiǎn)極大，雖然對(duì)既有線采用了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，但傳統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段采集數(shù)據(jù)的頻率非常高，每天可產(chǎn)生約6000條數(shù)據(jù)，管理人員很難進(jìn)行快速判斷。本工程利用BIM+GIS技術(shù)，將主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等三維模型整合至輕量化平臺(tái)中，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)掛接至整合模型中，可直觀展現(xiàn)隧道的位移趨勢(shì)及數(shù)值。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)變化的分析可達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)警的效果，使管理人員能夠快速掌握既有地鐵線點(diǎn)位位移情況，采取合理的施工方案。管理人員在施工現(xiàn)場(chǎng)可利用移動(dòng)設(shè)備調(diào)取模型中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，查看任意監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)，全面掌握監(jiān)測(cè)情況。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)作為一個(gè)可進(jìn)行深度開發(fā)的圖像應(yīng)用管理技術(shù)，將其應(yīng)用在軌道車輛運(yùn)維領(lǐng)域是發(fā)展的必然，通過(guò)發(fā)揮其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以充分的解決一些目前在傳統(tǒng)運(yùn)維方面無(wú)法解決的問(wèn)題，具有巨大的潛在研究?jī)r(jià)值，而通過(guò)現(xiàn)在智能技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM的深度研究應(yīng)用也會(huì)隨著技術(shù)的不斷提高和發(fā)展實(shí)現(xiàn)深度融合，使軌道車輛運(yùn)維可以實(shí)現(xiàn)真正的高效、快捷、安全、智能，從而完成軌道車輛智能運(yùn)維平臺(tái)的成熟，促進(jìn)軌道車輛運(yùn)維技術(shù)不斷的發(fā)展完善。

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