杭州—海寧城際鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用

夏東

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 城市軌道與地下工程設(shè)計研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

近年來，我國已進入軌道交通快速發(fā)展期，建筑信息模型（BIM）作為建筑業(yè)的全新技術(shù)也逐漸應(yīng)用于軌道交通工程設(shè)計中。我國香港與臺灣最早在城市軌道交通項目中應(yīng)用BIM技術(shù)，目前已運用到項目的設(shè)計優(yōu)化與細部設(shè)計、施工優(yōu)化與工程進度檢測、設(shè)施資源管理、防災(zāi)與逃生分析等方面［1-2］。在內(nèi)地，城市軌道交通行業(yè)的BIM技術(shù)應(yīng)用處于蓬勃發(fā)展階段，北京、上海、廣州、深圳、寧波、武漢、無錫、長沙、南寧、廈門、石家莊、南京、西安、杭州、蘇州、沈陽、大連等城市的地鐵項目均在一定程度上應(yīng)用了BIM技術(shù)，但大部分城市地鐵BIM技術(shù)應(yīng)用主要集中于模型的視覺效果展示、管線綜合設(shè)計等點式應(yīng)用［3-5］。

在此，以杭州—海寧城際鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用為例，重點從前期BIM制度標準制定、BIM技術(shù)應(yīng)用到GIS+BIM+物聯(lián)網(wǎng)深度應(yīng)用3個層面進行論述，旨在為城際鐵路BIM實施提供思路。

1 工程概況及重難點

（1）工程概況。杭州—海寧城際鐵路是我國首個采用直流供電、速度120 km/h，開行大站快車、站站停2種運行組織模式，跨不同地級行政區(qū)的都市圈城際軌道交通線路，項目建設(shè)對推動海寧市域城鎮(zhèn)一體化、快速融入杭州都市經(jīng)濟圈和長三角城市群具有重大意義。

線路起于杭州余杭高鐵站，終點站為浙大國際學(xué)院站，全線周邊城市化程度高，總長46.29 km，其中地下線11.76 km，高架線33.48 km，過渡段長1.05 km，共設(shè)車站12座，其中地下車站4座，高架車站8座（見圖1）。速度目標值為120 km/h，采用B型車4輛編組，直流1 500 V架空接觸網(wǎng)受電。

圖1 杭州—海寧城際鐵路示意圖

（2）重難點分析。該工程控制因素復(fù)雜，穿越運營中的杭州地鐵1號線及滬杭高鐵、滬杭高速公路、杭嘉高壓燃氣管、秦由高壓電力線等眾多建構(gòu)筑物，控制因素多、工程難度大，需結(jié)合BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計與施工方案，保證施工安全。

該項目本線高架線占比70.9%，是我國首條全線采用35 m大跨度簡支箱梁、預(yù)制架設(shè)法施工的軌道交通線路，架梁區(qū)段線路最長約15 km，梁場生產(chǎn)、運輸調(diào)度都將直接影響架梁進度和質(zhì)量。需結(jié)合BIM技術(shù)對梁的生產(chǎn)、堆放、運輸、架設(shè)進行全面跟蹤與模擬，保證工期。項目計劃于2021年6月通車，工期緊、任務(wù)重，需結(jié)合BIM技術(shù)對設(shè)計進行優(yōu)化，保證最優(yōu)方案及安全施工，打造我國首個城際鐵路BIM示范項目。

2 BIM標準與管理體系建設(shè)

根據(jù)打造城際鐵路BIM示范項目的目標，項目伊始就制定了BIM工作組織架構(gòu)、BIM實施應(yīng)用點、BIM實施流程及計劃、BIM技術(shù)應(yīng)用管理辦法、BIM標準和應(yīng)用指南、BIM建模標準等管理標準文件，并在項目前期對保證整個項目BIM實施的軟硬件環(huán)境進行搭建。

（1）管理體系建設(shè)。項目初期成立BIM領(lǐng)導(dǎo)小組，BIM團隊架構(gòu)包含建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位及設(shè)備廠商等第三方單位，保證所有參建單位全員參與（見圖2）。明確了各參建單位職責(zé)，并制定下發(fā)了《浙江杭海城際鐵路有限公司BIM技術(shù)應(yīng)用管理辦法》，建設(shè)了整套管理體系，以保障BIM應(yīng)用順利推進。

圖2 BIM團隊架構(gòu)

（2）BIM標準體系建設(shè)。以滿足目前施工為目的，同時保證運維應(yīng)用的可能性，在各參建單位共同討論下，制定了BIM建模標準與應(yīng)用指南，明確了建模深度及精度，保證了模型的傳遞性，從設(shè)計端延續(xù)到施工、運維的全過程。

（3）軟硬件環(huán)境搭建。為保障項目BIM應(yīng)用的順利開展，配置相應(yīng)的軟硬件環(huán)境（見圖3）。主要建模軟件采用Autodesk Revit 2016，表現(xiàn)及檢查軟件采用Autodesk Navisworks 2016。硬件配置了服務(wù)器、臺式機及防火墻。2臺服務(wù)器放置在嘉興移動機房，采用雙線100M專線與現(xiàn)場進行連接，以保證網(wǎng)速。

圖3 軟硬件環(huán)境搭建示意圖

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

項目啟動前對BIM技術(shù)應(yīng)用點進行統(tǒng)一策劃，主要包括：BIM選線設(shè)計、場地分析、參數(shù)化設(shè)計、效果可視化、BIM協(xié)同設(shè)計、碰撞檢查、深化設(shè)計、4D模擬、施工模擬及運維移交等10個應(yīng)用點［6-8］，應(yīng)用點也是涵蓋從設(shè)計到施工，再延續(xù)到運維階段的全過程BIM技術(shù)應(yīng)用。

（1）BIM選線。前期采用傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建全線GIS模型，基于Infraworks軟件進行三維選線設(shè)計，能夠直觀有效地考慮和避讓項目沿線的規(guī)劃學(xué)校、道路、互通匝道等控制性因素，快速穩(wěn)定線站位方案（見圖4）。

圖4 BIM選線

（2）場地分析。基于GIS模型，將設(shè)計模型與之進行合成，可得到精確的車站布置信息，基于三維模型對車站周圍場地、規(guī)劃、防火間距等情況進行分析，能夠快速穩(wěn)定車站方案設(shè)計（見圖5）。

圖5 場地分析

（3）參數(shù)化設(shè)計。通過自主研發(fā)插件，在Inventor中對區(qū)間隧道、橋梁進行參數(shù)化設(shè)計，結(jié)合以后的模型庫在方案階段快速調(diào)動、生成方案，在施工圖階段對模型庫進行細化，可直接生成施工模型，并直接出圖，提高了設(shè)計效率。

（4）效果可視化。建立BIM模型后，利用BIM可視化特點，可實時對方案設(shè)計進行優(yōu)化調(diào)整，并借助VR技術(shù)對效果進行展示，提前預(yù)知設(shè)計效果。

（5）BIM設(shè)計協(xié)同。項目初始，確定了BIM坐標為海寧80坐標系，高程采用國家1985高程。建模時即采用該坐標，保證了各專業(yè)的一致性。不同專業(yè)間采用“鏈接”形式進行協(xié)同，單專業(yè)間采用“工作集”形式進行協(xié)同（見圖6）。單專業(yè)模型通過內(nèi)部復(fù)核檢查，保證模型的準確性，并同其他專業(yè)進行整合，得到全線的BIM模型，并實現(xiàn)出圖。

圖6 BIM設(shè)計協(xié)同

（6）碰撞檢查。搭建全專業(yè)模型后，利用Navisworks進行碰撞檢查，碰撞檢查的重點是管線與土建、管線之間的碰撞。通過碰撞檢查優(yōu)化設(shè)計，從每站約100余處碰撞點優(yōu)化到10余處，節(jié)省了成本，節(jié)約了工期。

（7）深化設(shè)計。該項目是全國為數(shù)不多的針對全線弱電機房進行深化設(shè)計（見圖7）的項目，在設(shè)計階段即完成設(shè)備定位、線纜算量、線纜排布的優(yōu)化工作。BIM技術(shù)對線纜的精準定位，為設(shè)備定位、線纜排布、線纜算量等一系列BIM應(yīng)用提供數(shù)據(jù)，縮短了現(xiàn)場工期，減少了材料浪費，降低了工程造價。

圖7 弱電機房深化設(shè)計

（8）4D模擬與施工模擬。施工階段根據(jù)工藝工法、分部分項工程對設(shè)計模型進行拆解，并與工程時間進行關(guān)聯(lián)，對工程施工進行4D模擬、施工方案模擬，以優(yōu)化施工方案。

（9）運維移交。將建設(shè)期形成的數(shù)據(jù)，根據(jù)運維需求，最終形成數(shù)字化檔案，移交運維方。

4 GIS+BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

利用傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建全線的GIS模型，以超圖軟件為底圖加載BIM模型，并與建設(shè)管理平臺進行關(guān)聯(lián)［9-10］，形成GIS+BIM+物聯(lián)網(wǎng)的平臺應(yīng)用（見圖8），實現(xiàn)進度、質(zhì)量、安全、文明施工、工作匯報等施工現(xiàn)場的把控以及人、機、料的實時跟蹤，可滿足建設(shè)期數(shù)據(jù)使用和運維期數(shù)據(jù)調(diào)用的需求。

圖8 GIS+BIM+物聯(lián)網(wǎng)平臺展示

5 成果總結(jié)

BIM技術(shù)在杭州—海寧城際鐵路項目中的成功應(yīng)用，為參建各方節(jié)省了投資，提高了工期（見表1），成為浙江省可復(fù)制、可推廣的BIM示范項目。

表1 BIM技術(shù)應(yīng)用效果

目前正在與運維單位進行運維需求對接，繼續(xù)開發(fā)BIM運維模塊，將該項目打造成BIM全生命周期應(yīng)用的示范項目。