基于BIM的城市軌道交通工程設(shè)計(jì)

廉雅琪

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000）

一、軌道交通工程建設(shè)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題日趨嚴(yán)峻，軌道交通工程因具有可有效緩解交通擁堵，載客量大、速度快，污染小，安全可靠等特征，在當(dāng)今建設(shè)中日漸取代傳統(tǒng)交通，成為重要的一種出行方式。軌道交通工程專業(yè)接口多，系統(tǒng)性強(qiáng)，投資大、項(xiàng)目功能的要求嚴(yán)格，干擾因素多、需要多專業(yè)密切配合，全壽命周期信息量大，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)及工程管理復(fù)雜，傳統(tǒng)的管理方式越來越無法滿足復(fù)雜的軌道交通工程建設(shè)要求?，F(xiàn)階段，在軌道交通工程中主要通過CAD 等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，各工程單元不能進(jìn)行系統(tǒng)的分析和展示，各部件之間的關(guān)系無法充分顯示，圖紙的表達(dá)不直觀，設(shè)計(jì)意圖不易理解，可能導(dǎo)致工程返工，增加施工成本。軌道交通涉及的單位多，相關(guān)參與方信息交流、資源配置等缺乏統(tǒng)一的管理，直接降低了工程整體的效率與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)變更，做到可視化指導(dǎo)施工，節(jié)省建設(shè)投資和加快工程實(shí)施進(jìn)度，我們?cè)诔鞘熊壍澜煌üこ讨幸肓薆IM技術(shù)。

二、軌道交通工程特點(diǎn)、設(shè)計(jì)思路

（一）軌道交通工程特點(diǎn)

1.軌道交通工程周邊環(huán)境復(fù)雜，周邊各類市政管線交錯(cuò)，施工的難度大、安全隱患多。在施工過程中若圖紙有設(shè)計(jì)疏漏，極易造成地下市政管線的破裂，導(dǎo)致燃?xì)?、自來水滲漏、電力中斷等工程事故，產(chǎn)生的社會(huì)負(fù)面影響大。2.軌道交通工程是一個(gè)綜合性專業(yè)非常強(qiáng)的系統(tǒng)工程，在整個(gè)施工的環(huán)節(jié)中不只是需要保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等功能，還需要同時(shí)滿足盾構(gòu)施工區(qū)間的要求。在地鐵車站施工過程中要制定嚴(yán)格的工程組織計(jì)劃，合理規(guī)劃工作面、工作段以及各個(gè)工種的協(xié)同作業(yè)，才可以在保證質(zhì)量和安全的情況下按時(shí)完成車站的施工。

（二）軌道交通設(shè)計(jì)思路

1.首先線路設(shè)計(jì)平面宜布設(shè)于道路紅線范圍內(nèi)，結(jié)合施工方法、管線分布、站位布設(shè)、建筑物等因素優(yōu)化線路與道路橫斷面關(guān)系，因地制宜，盡可能減少拆遷工程及對(duì)現(xiàn)狀交通的影響，在工程投資增加不大的前提下線形力求順直。

2.其次軌道交通車站布置應(yīng)符合城市總體規(guī)劃及軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃要求，在考慮最大限度地吸引和疏散客流的同時(shí)，便于乘客在軌道交通和地面公共交通之間的換乘，并應(yīng)妥善處理與城市交通、地面建筑、地下管線、地下構(gòu)筑物之間的關(guān)系，并應(yīng)盡量減少房屋拆遷、管線遷改和施工時(shí)對(duì)地面建筑物、地面交通及環(huán)境和市民的影響，積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料，方便施工，減少干擾，縮短工期。合理減少土建工程，節(jié)約投資。軌道交通工程周邊環(huán)境復(fù)雜，考慮因素多，設(shè)計(jì)、施工難度大，工期長(zhǎng)。在軌道交通中引入BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)和施工會(huì)有質(zhì)的飛躍。

三、BIM技術(shù)在軌道交通工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用分析

（一）協(xié)同設(shè)計(jì)

軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)涉及很多專業(yè)，不同專業(yè)之間的配合會(huì)影響整體的施工質(zhì)量與效果。BIM技術(shù)在軌道交通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要求嚴(yán)格，必須要保障可以實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，基于3D 模型生成不同的圖以及文檔信息，同時(shí)這些圖形和文檔與模型邏輯始終具有一定的關(guān)聯(lián)性。在特定的對(duì)象出現(xiàn)變化的時(shí)候，與其相關(guān)聯(lián)的對(duì)象隨之變化，以此實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間的信息共享。在出現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)象被修改的時(shí)候，其他相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)中的對(duì)應(yīng)對(duì)象也隨著修改，設(shè)計(jì)成果在BIM 模型中可統(tǒng)一、實(shí)時(shí)的顯示，進(jìn)行信息的自然交互，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間的協(xié)同開展。土建專業(yè)確定BIM 模型的原點(diǎn)，設(shè)置BIM 模型的項(xiàng)目基點(diǎn)位于此原點(diǎn)。其余系統(tǒng)專業(yè)（給排水專業(yè)、強(qiáng)電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、接觸網(wǎng)專業(yè)、軌道專業(yè)等）均在土建專業(yè)下發(fā)的模型上，參照BIM 設(shè)計(jì)原點(diǎn)、限界專業(yè)區(qū)間剖面設(shè)備空間布置關(guān)系及本專業(yè)要求進(jìn)行設(shè)備及管線的模型布置。最終由限界專業(yè)在服務(wù)器匯總后，開展碰撞檢查。BIM 設(shè)計(jì)軟件是在兩物體出現(xiàn)干涉時(shí)識(shí)別為碰撞，因此也會(huì)判斷出很多不合理的碰撞之處，各專業(yè)可查看報(bào)告，排除不合理的碰撞。本次檢測(cè)為各專業(yè)一對(duì)一進(jìn)行碰撞檢測(cè)，忽略了各專業(yè)內(nèi)部碰撞，生成html 格式的報(bào)告文件。在軟件自動(dòng)碰撞檢查后，再次通過人工漫游進(jìn)行核查，結(jié)合斷面布置示意圖，核對(duì)出非碰撞且需修改的地方，然后進(jìn)行修改。如設(shè)備布置不合理、與限界設(shè)計(jì)原則布置不一致等情況。

（二）設(shè)計(jì)可視化

BIM技術(shù)作為一種可視化程度較高的工具，主要涉及項(xiàng)目的幾何、物理以及功能等信息，同時(shí)不同計(jì)算機(jī)模擬軟件的集成，在一定程度上拓展了其可視化的功能。在特定的階段，BIM 模型會(huì)基于其關(guān)聯(lián)要素的轉(zhuǎn)變而進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)自動(dòng)更新，可視化效果與設(shè)計(jì)始終保持一致。同時(shí)，BIM技術(shù)具有碰撞檢查的功能，可以通過BIM技術(shù)將差、錯(cuò)、碰、漏、缺等問題及時(shí)傳遞給設(shè)計(jì)人員，極大地提高了審圖的效率?？蓪?shí)現(xiàn)周邊控制因素、管線改遷等可視化?；贐IM 模型在平面、剖面圖的直觀可視化特點(diǎn)，利用BIM 軟件中模型在同樣一處的平、剖面表達(dá)的一致性，與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行核查，避免二維設(shè)計(jì)過程的錯(cuò)漏碰撞。

（三）3D 模型展示

利用BIM技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的制作，可以通過相關(guān)路徑動(dòng)畫、環(huán)繞動(dòng)畫等效果進(jìn)行軌道交通線路的展示。在建模中利用REVIT 三維剖切功能，截取橫縱斷面，清晰直觀的三維視角，在設(shè)計(jì)中充分起到了隨時(shí)明確位置關(guān)系和查漏補(bǔ)缺的作用。利用AutoRevit，鏈接車站及區(qū)間CAD圖紙，在Revit 中建模,完成二維向三維的轉(zhuǎn)換。更以3D 視角直觀反應(yīng)車站與區(qū)間的空間位置關(guān)系。

車站三維縱剖視圖區(qū)間平面模型展示

通過BIM 三維可視化應(yīng)用，直觀地展示了車站與區(qū)間的位置關(guān)系、區(qū)間管線與設(shè)備位置關(guān)系。區(qū)間依靠BIM技術(shù)，有效避免了設(shè)計(jì)誤差?；贐IM 模型在平面、剖面圖的直觀可視化特點(diǎn)，利用BIM 軟件中模型在同樣一處的平、剖面表達(dá)的一致性，與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行核查，避免二維設(shè)計(jì)過程的錯(cuò)漏碰撞。在此次建模中利用REVIT 三維剖切功能，截取橫縱斷面，清晰直觀的三維視角，在設(shè)計(jì)中充分起到了隨時(shí)明確位置關(guān)系和查漏補(bǔ)缺的作用。

（四）碰撞檢測(cè)與優(yōu)化

BIM 設(shè)計(jì)軟件是在兩物體出現(xiàn)干涉時(shí)識(shí)別為碰撞，因此也會(huì)判斷出很多不合理的碰撞之處，各專業(yè)可查看報(bào)告，排除不合理的碰撞。碰撞檢測(cè)為各專業(yè)一對(duì)一進(jìn)行碰撞檢測(cè)，忽略了各專業(yè)內(nèi)部碰撞，生成html 格式的報(bào)告文件。在軟件自動(dòng)碰撞檢查后，再次通過人工漫游進(jìn)行核查，結(jié)合隧道斷面布置示意圖，核對(duì)出非碰撞且需修改的地方，然后進(jìn)行修改。如設(shè)備布置不合理、與限界設(shè)計(jì)原則布置不一致等情況。軌道交通工程設(shè)計(jì)需建立室外管線及建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)BIM 模型，通過分析碰撞沖突報(bào)告，可以清晰地反映原狀室外管線與車站主體的碰撞、各專業(yè)管線碰撞，檢查解決工程建設(shè)中各專業(yè)前期協(xié)調(diào)的難題;通過采取改進(jìn)措施實(shí)現(xiàn)BIM 模型優(yōu)化，為室外管遷方案、室內(nèi)管線布置，實(shí)現(xiàn)了天地墻布置整齊劃一，整體效果美觀、整潔、和諧提供了可視化的手段，并有效的分析論證了管遷方案的合理性[1]。

（五）在城軌交通工程設(shè)計(jì)中，最重要的是對(duì)客流量和疏散逃生的考慮

傳統(tǒng)對(duì)于客流量的預(yù)測(cè)是根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)在預(yù)測(cè)理論基礎(chǔ)上建立模型分析，這樣得到的數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。而利用BlM技術(shù)對(duì)地鐵車站客流進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，形成最優(yōu)的客流分布，為車站出入口位置的選擇和地下空間開發(fā)提供了有價(jià)值的參考。運(yùn)用逃生模擬分析軟件加載逃生路徑和疏散人數(shù)等參數(shù)對(duì)BIM 模型進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以得到疏散時(shí)間、軌跡、人數(shù)變化的曲線圖，以利于工程師在設(shè)計(jì)過程中有針對(duì)性的調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。換乘車站及大客流車站選用AnyLogic 仿真軟件進(jìn)行仿真客流模擬，結(jié)合輸出數(shù)據(jù)表格、演示動(dòng)畫、車站客流數(shù)據(jù)模型等各項(xiàng)成果，對(duì)優(yōu)化車站建筑布局起到顯著作用[2]。

四、施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

（一）BIM+質(zhì)量管理

在工程中使用BIM技術(shù)對(duì)施工的質(zhì)量進(jìn)行事前、事中、事后三個(gè)階段的控制。在項(xiàng)目施工前搭建三維信息模型的過程中核查工程圖紙的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和漏洞，協(xié)同工程設(shè)計(jì)單位對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，同時(shí)在這個(gè)過程中找出施工時(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提前準(zhǔn)備，保證工程質(zhì)量得到控制。進(jìn)入實(shí)際施工階段后，使用三維可視化模型進(jìn)行技術(shù)交底并作為施工質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，在局部細(xì)節(jié)和整體工程上全面進(jìn)行質(zhì)量控制。最后在工程竣工時(shí)，進(jìn)行三維信息模型的交付和質(zhì)量驗(yàn)收。對(duì)地鐵車站現(xiàn)場(chǎng)施工過程、施工工藝可視化，幫助提高工程質(zhì)量[3]。

（二）BIM 與信息化技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

BIM技術(shù)使用軟件專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)于管理人員來說施工門檻較高，為有效推廣BIM技術(shù)應(yīng)用范圍，通過輕量化技術(shù)將BIM 模型放置于網(wǎng)頁端、移動(dòng)端應(yīng)用，與信息化技術(shù)結(jié)合，可極大提升建設(shè)單位管理者信息獲取效率，讓BIM技術(shù)全員應(yīng)用，更好的發(fā)揮BIM技術(shù)價(jià)值。依靠BIM技術(shù)數(shù)據(jù)集成來實(shí)現(xiàn)三維模型與施工工序、進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量安全信息、施工現(xiàn)場(chǎng)布置等信息的串聯(lián)，打造基于BIM的建設(shè)單位項(xiàng)目管理平臺(tái)[4]。

結(jié)語：基于BlM技術(shù)，使得城市軌道交通工程的設(shè)計(jì)得到了從二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)、從單純的幾何表現(xiàn)到全信息模型的集成、從各專業(yè)獨(dú)立完成到全專業(yè)協(xié)同配合上的改革。BIM技術(shù)使信息可視化數(shù)字模型在保留了工程數(shù)據(jù)信息精確度的同時(shí)，為信息在設(shè)計(jì)人員與其他參與方之間的傳遞提供了極大的方便。渲染模型具有較強(qiáng)的展示能力，也方便城市居民對(duì)于城市公共設(shè)施建設(shè)及周邊規(guī)劃的了解和對(duì)于施工過程的監(jiān)督。BIM 在城市軌道交通工程中已然樹立了“革命性技術(shù)平臺(tái)"的地位，未來的發(fā)展前景也必定更加廣闊[5]。