淺談BIM技術在五象車輛段工程中的應用

肖潛飛

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

南寧地鐵4號線五象車輛段定位為定修段，承擔本線車輛定、臨修及部分列車周、月檢和列檢運用，并在該車輛段范圍內設置了綜合維修中心、物資總庫。段內共有單體23個（不含主變所、消防站），總建筑面積約9.55 萬m2。該車輛段的順利驗收[1]，將為南寧地鐵4號線通車運營提供保障，進一步加強了邕江南岸東西方向的直接聯系。

車輛段是軌道交通車輛進行維護檢修的重要場所。車輛段設計通常包括工藝設計、站場道路及排水設計、路基設計、建筑設計、結構設計、低壓配電設計、給排水及消防設計、通風空調及采暖設計、綠化景觀設計、工程籌劃及概預算設計、綜合管線設計以及與各系統(tǒng)專業(yè)的配套設計。其中，綜合管線設計的重要性不亞于土建設計。由于管線通常敷設于地下（道路下或股道下，室內也采用架空方式），車輛段管線種類多、數量大，涉及專業(yè)多，在設計過程中高程干涉之處難以發(fā)現。綜合管線設計的難度和工作量都較大，對總平面布置也有較大的影響。綜合管線設計成功與否，是衡量或判定車輛段（場）設計成功與否的第一道關口[2]。

車輛段室外管線工程涵蓋了站場、地路、建筑、結構、橋梁、電力、通信、信號及給排水等多個專業(yè)室外部分設計內容。車輛段內涉及管線主要包括站場排水溝（管）、供電電纜溝、供電管線、雜散電流管線、低壓配電管線、通信管線、生活污水管、生活給水管、生產廢水管、消防水管、燃氣管和接觸網等，其中與市政管線接駁的站場排水溝（管）、生活污水管、生活給水管以及燃氣管等。段（場）內管線種類多、數量大，管線綜合設計的難度和工作量都較大。車輛段內房屋較多，其一般以運用庫、檢修庫為核心，段內還設置了各類生產輔助房屋，包括洗車庫、輪對踏面、受電弓檢測棚、臨修庫、不落輪鏇庫、物質總庫以及綜合樓等。而地鐵車輛段涉及專業(yè)多，接口多，協調工作量大。從以往的工程設計實踐中可以看出，傳統(tǒng)的二維設計校核檢驗困難，存在管線碰撞和專業(yè)接口銜接不當等問題。

BIM設計是新一代數字化、虛擬化、智能化設計的基礎，是使設計目標更立體化、形象化的1種新興設計方法，是傳統(tǒng)二維設計方式的1種升級。為了減少廢棄工程的產生，應用BIM技術也有利于日后運營維護，一方面是提高設計者的職業(yè)素質，另一方面需要更新設計思路[3]。

1 室外綜合管線BIM建模應用

1.1 室外綜合管線BIM設計流程

現階段車輛段室外綜合管線BIM設計需要先完成室外綜合管線二維施工圖設計，根據二維圖紙完成BIM模型建模；并判斷碰撞情況；最終輸出綜合管線碰撞報告及調整說明。

現階段現場施工仍然需要二維圖紙作為施工依據。采用以上方法的設計周期長，工作量較大，通常設計周期難以滿足現場需求。存在上述問題的關鍵在于目前沒有由BIM模型快捷生成二維圖紙的解決方案，即使BIM三維模型構建完成，仍然需要重新繪制二維圖紙，為了解決上述問題，課題組成員對BIM模型自動導出二維圖紙的方法進行研究，解決了BIM正向設計的難點，實現車輛段室外綜合管線正向設計流程，具體流程如圖1所示。BIM技術具有可視化、虛擬化等優(yōu)勢，能很好地解決管線綜合設計的難題。通過整合多方建設信息，BIM技術更能夠進行協同管理，提升工程決策、規(guī)劃、設計施工和運營管理的整體水平，減少返工浪費、有效縮短工期，提高工程質量和投資效益[4]。

圖1 室外綜合管線BIM正向設計流程

1.2 BIM標準化模型庫構建

在標準化模型庫構建過程中，除了賦予模型常規(guī)的幾何、材質等信息外，還對管線模型庫中模型進行了類型、圖層、顏色、切圖樣式等信息的標準化定制。給后續(xù)智能化標準化出圖提供了信息基礎。如圖2所示。

圖2 模型切圖信息標準化定制

1.3 碰撞關系識別與調整

基于AEcosim三維設計平臺和Navigator碰撞檢測平臺，通過定于管線的碰撞檢查原則，對五象車輛段的室外綜合管線BIM模型進行了碰撞核查，其中對碰撞的定義除了包括管線發(fā)生物理空間上的干涉外，還包括不滿足碰撞檢查原則情況，例如當供電管線與通信信號管線平行距離不滿足安全距離要求的情況，也視為發(fā)生碰撞。除了管線與管線之間的碰撞外，該研究匯總還對管線與其他構筑物的碰撞進行檢測，檢測出的碰撞情況如圖3所示。圖3為污水管與地梁碰撞，采用在模型中降低污水管標高至地梁以下的方法，避免管線與土建工程沖突。

圖3 污水管與地梁沖突

1.4 BIM成果輸出

1.4.1 平面圖標準切圖與標注

隨著BIM技術的普及應用，以二維圖紙為主要信息載體的設計交付體系，將逐步過渡到以BIM模型為主并關聯生成二維視圖的交付體系，這是BIM模式下圖紙交付的總體趨勢和方向。但是，現階段BIM軟件生成的二維視圖并不能完全滿足在施工應用中二維制圖的規(guī)范要求。為了解決這些問題，通過對Bentley平臺軟件進行二次開發(fā)，采用切圖工具完成標準化切圖操作，切圖過程如圖4所示，切圖后模型在剖切面上按標準切圖樣式進行顯示。首先完成管線標注設置。然后根據設置自動輸出標注結果，輸出管線間距標注[5]。

1.4.2 二維圖紙批量輸出

對bentley平臺軟件進行二次開發(fā)，基于OpenDWG的信息轉化技術，實現軟件bentley平臺和CAD軟件的圖紙信息接口互通，基于BIM模型的標準化切圖樣式管理，實現圖紙的批量化輸出。設計輸出圖紙包括總平面布置圖、電纜總布置圖及復雜節(jié)點設計圖。

1.4.3 三維PDF輸出

完成的BIM模型可導出三維PDF文件，如圖5所示為五象車輛段的PDF輸出文件中模型軸側視圖，文件中附帶了尺寸、高程及貼圖等模型信息。復雜節(jié)點的設計成果得到了更加直觀和靈活的展示，可以直接用于指導施工過程，減少工程建設的反復。

圖4 切圖演示

圖5 總裝三維PDF文件輸出

2 BIM技術在五象車輛段房建工程中應用

2.1 定修庫模型構建

傳統(tǒng)檢修庫設計多采用二維手進行設計，因二維設計的局限性，不可避免地會產生設計遺漏及誤差。因此，利用BIM三維技術進行檢修庫設計，設計人員可以通過對各類標準數據庫進行調用實現檢修庫的快速建模，并通過對三維模型進行剖切形成二維圖紙，實現三維設計，二維出圖的目標，有效減小了設計誤差，提高了設計質量。定修庫BIM模型如圖6所示。

圖6 定修庫人視圖

2.2 定修庫模型應用

2.2.1 工藝設備布置優(yōu)化

地鐵定修庫庫內設備BIM模型如圖7所示，通過對定修庫庫內工藝設備模型進行標準化模型庫的模型調用，快速完成了月檢庫設備的布置，發(fā)現月檢庫作業(yè)平臺與起重機的布置存在作業(yè)干擾，從而優(yōu)化工藝設備布置設計，合理確定起重機的工作高度及起吊范圍。

圖7 定修庫設備布置BIM模型

2.2.2 庫房結構設計優(yōu)化

通過土建結構模型與工藝設備模型等多專業(yè)模型的融合，發(fā)現在工藝流線中存在的干涉問題，轉向架運輸線路與結構剪刀撐沖突，對轉向架運輸線路上的人員作業(yè)存在影響，通過優(yōu)化剪刀撐的高度使問題得到解決。

3 結語

目前，BIM三維管線設計已經成功地應用在五象車輛段室外綜合管線、定修庫及周月檢庫工藝廠房等一系列工程設計中。通過建立軌道交通車輛段工藝設備、土建、各類工藝管線標準庫和非標準庫，實現資源共享，在車輛基地工程BIM設計時，實現各單元模塊的快速調用和標準化，提高BIM設計效率。

為了提升軌道交通車輛段工程質量和工程設計效率，利用BIM三維設計系列軟件，對傳統(tǒng)的二維輔助工程設計方法進行革新，通過建立三維建筑模型、綜合管線模型、機電設備以及電纜橋架及內裝模型等主要構筑物和設施的全信息模型，將三維設計應用于軌道交通車輛段設計。在三維協同條件下進行專業(yè)內和專業(yè)間的碰撞檢查和校核工作，方便施工、監(jiān)理等單位直觀理解綜合管線布局，多角度、多方位指導工程設計與施工，工程設計質量和服務水平。