跨座式單軌車輛基地室外管線綜合BIM 技術(shù)應(yīng)用研究

趙 軍 楊昕映 麻宇成 吳 亮

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 概述

跨座式單軌是一種車輛騎跨在單根軌道梁上運(yùn)行的軌道交通制式,具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、地形適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。在日本、新加坡、馬來西亞、美國、韓國、巴西等國家均有運(yùn)營線路,國內(nèi)重慶市軌道交通2 號(hào)線、3 號(hào)線為跨座式單軌制式。近年來,運(yùn)量較小的輕型跨座式單軌系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展迅速,其車輛基地的建設(shè)也越來越多。跨座式單軌交通車輛基地作為承擔(dān)車輛停放、運(yùn)用、整備、檢修以及線路綜合維修等任務(wù)的管理中心,其土建工程、設(shè)備配置較為復(fù)雜,車輛基地內(nèi)部各類管、溝、線錯(cuò)綜復(fù)雜。因此,管線設(shè)計(jì)是車輛基地設(shè)計(jì)中一項(xiàng)繁重的工作[3]。

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)是一種全新的設(shè)計(jì)方式,通過建立帶有豐富信息的模型系統(tǒng),可真實(shí)反映工程設(shè)計(jì)、施工、管理階段情況。BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)的核心是通過建立各工程信息化模型,得到工程可視化三維模型和工程全部設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),通過這些真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)可持續(xù)地支持工程的設(shè)計(jì)、施工和管理工作[4-5]。BIM 技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用正處于蓬勃發(fā)展階段,越來越多的工程項(xiàng)目依托BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程全過程管理和優(yōu)化[6-8]。BIM 模型的建立,需要參加各方在各個(gè)過程將所有相關(guān)信息整合于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,需要全方位的協(xié)調(diào)工作。

2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

BIM 技術(shù)具有模型信息全面、協(xié)調(diào)性強(qiáng)、設(shè)計(jì)和修改效率高、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤率低、設(shè)計(jì)質(zhì)量高、可實(shí)現(xiàn)工程全壽命管理等特點(diǎn)[9]。在模型建立階段,BIM 技術(shù)綜合工程設(shè)計(jì)全方位的數(shù)據(jù)信息,在各專業(yè)接口設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、局部設(shè)計(jì)方案修改協(xié)調(diào)等方面效率極高;在工程管理階段,BIM 可同步提供建筑、設(shè)備使用情況,這些信息將有利于管理部門提高建筑、設(shè)備的運(yùn)行效率,提高管理工作質(zhì)量[10-11]。

3 跨座式單軌車輛基地管線設(shè)計(jì)特點(diǎn)

城市軌道交通車輛基地室外管線主要涉及給水、消防、污水、廢水、中水、雨水、電力、通信、信號(hào)、燃?xì)?、熱力等專業(yè)[12]。各類管線將市政管線、車站、區(qū)間和段內(nèi)各建筑物有機(jī)地聯(lián)系在一起,維系著車輛基地的正常生產(chǎn)、生活,使建筑內(nèi)各種功能得以充分發(fā)揮[13]。

在跨座式單軌交通車輛基地室外管線綜合設(shè)計(jì)中,跨座式單軌交通軌道為混凝土軌道梁進(jìn)入車輛基地后,整體軌道梁突出地面高度超過2 m,嚴(yán)重阻礙檢修人員在垂直股道方向的行動(dòng)。為了便于檢修工作,一般會(huì)設(shè)置地下通道,以便于檢修人員從地下跨越各股道。然而,地下通道會(huì)對(duì)車輛基地室外管線綜合布置造成嚴(yán)重影響。管線設(shè)計(jì)中,必須對(duì)地下通道進(jìn)行避讓,特別是重力流管線的設(shè)計(jì)中,需全面綜合考慮多方面的因素來避讓地下通道。

跨座式單軌車輛走行輪為橡膠輪胎,故無法采用正負(fù)極兩條接觸軌供電,導(dǎo)致牽引供電系統(tǒng)的電纜數(shù)量增多。因此,室外管線綜合設(shè)計(jì)中,牽引供電線路的斷面較大;另外,跨座式交通軌道梁下方往往有大量的樁基礎(chǔ)和承臺(tái),也是需要避讓的重要構(gòu)筑物?？缱絾诬壾囕v基地基本情況見圖1。

圖1 跨座式單軌車輛基地BIM 模型

為解決上述困難,跨座式單軌交通車輛基地室外管線綜合設(shè)計(jì)中,可采用合槽、共溝的敷設(shè)方式,以減少管溝數(shù)量;在困難地段,采取有效防護(hù)措施來縮小管線間距。因此,在管線綜合設(shè)計(jì)中采用BIM 技術(shù),可極大程度提高設(shè)計(jì)效率。

4 BIM 技術(shù)綜合應(yīng)用

跨座式單軌車輛基地內(nèi)部地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管線數(shù)量繁多,諸多重力流管線需要設(shè)置排水坡度,而采用常規(guī)二維制圖方法效率低下,在多條管線交叉點(diǎn)需要花費(fèi)大量時(shí)間來計(jì)算管線高程,局部管線高程調(diào)整易引起大量的重復(fù)勞動(dòng)。在跨座式單軌車輛基地室外管線綜合設(shè)計(jì)中,建立BIM 模型可直觀、清晰獲取工程建設(shè)各類管線的并行、穿越關(guān)系,對(duì)于局部管線的調(diào)整,能夠即時(shí)同步到各相關(guān)部位的檢查核實(shí),極大提高設(shè)計(jì)效率[14-15]。BIM 技術(shù)在管線綜合方面的應(yīng)用,能夠協(xié)助設(shè)計(jì)人員更好協(xié)調(diào)各管線關(guān)系,極大減少后期施工中的問題[16]。

4.1 BIM 模型建立流程

BIM 技術(shù)常用建模軟件主要有Bentley Suite 和Autodesk Revit,Bentley,其產(chǎn)品常用于工業(yè)設(shè)計(jì)(石油、化工、電力、醫(yī)藥等)和基礎(chǔ)設(shè)施(道路、橋梁、市政、水利等)領(lǐng)域,Autodesk Revit 軟件常用于民用建筑。本次跨座式單軌車輛基地室外管線綜合設(shè)計(jì),采用操作界面更為友好的Revit 建模軟件。

跨座式單軌室外管線綜合BIM 設(shè)計(jì)主要工作流程見圖2。

圖2 跨座式單軌室外管線綜合BIM 設(shè)計(jì)流程

4.2 BIM 管線模型建立實(shí)例

建立BIM 模型的工作中,車輛基地建筑物基礎(chǔ)、地下人行通道、雨水蓄水池、污水系統(tǒng)化糞池等建構(gòu)筑物均為管線首要避讓的邊界條件,在跨座式單軌車輛基地內(nèi)部,大量橋梁承臺(tái)、樁基礎(chǔ)同樣為首要邊界條件;另外,各類管線互為邊界條件。在建模過程中,常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)均可采用系統(tǒng)自帶族庫直接完成[17-18],如單軌橋梁承臺(tái)等非常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物,僅單獨(dú)增加族庫元件就可使用[19-20],圖3 為車輛基地內(nèi)軌道梁及橋梁承臺(tái)等結(jié)構(gòu)情況。

圖3 跨座式單軌車輛基地內(nèi)軌道梁及承臺(tái)結(jié)構(gòu)

管線設(shè)計(jì)工作開始前,首先根據(jù)車輛基地總平面布置、室內(nèi)地面及室外場(chǎng)坪高程等選取合理的基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)中,室外場(chǎng)坪高程、道路高程、軌道梁上表面高程可作為高程基準(zhǔn)面。平面設(shè)計(jì)中,可導(dǎo)入上序相關(guān)專業(yè)圖紙作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),亦可考慮采用軌道梁、道路、建構(gòu)筑物基礎(chǔ)等作為基準(zhǔn)。跨座式單軌車輛基地主要涉及站場(chǎng)、軌道梁、建筑結(jié)構(gòu)、綠化硬化等專業(yè)的布置方案,將該類信息模型或圖紙按照需要的比例導(dǎo)入軟件,便可開展管線模型綜合設(shè)計(jì)工作。

跨座式單軌車輛基地室外管線設(shè)計(jì)、裝配中,管線布置順序十分重要,因?yàn)橹亓α鞴芫€一般需要考慮不小于3‰的排水坡度,且雨水、污水市政接口的高程不可改變,故重力流管線高程一般難以調(diào)整。管線設(shè)計(jì)中,應(yīng)優(yōu)先考慮重力流管線的布置;同類型的管線,應(yīng)優(yōu)先考慮大管徑的管線布置,之后再進(jìn)行壓力流、小管徑等管線布置。

跨座式單軌車輛基地管線綜合設(shè)計(jì)中,因地下人行通道阻隔、橋梁樁基密布等因素,管線布置過程中,需要重點(diǎn)注意這些區(qū)域的管溝,以避免管溝與各類構(gòu)筑物干涉。對(duì)于局部困難狹窄區(qū)域,應(yīng)當(dāng)采取局部預(yù)埋管、分散通過、加強(qiáng)防護(hù)等方式。圖4、圖5 是跨座式單軌車輛基地地下人行通道、承臺(tái)密集區(qū)域的管線布置情況。

圖4 地下人行通道區(qū)域的管線布置情況

圖5 承臺(tái)密集區(qū)域的管線布置情況

跨座式單軌車輛基地室外管線綜合設(shè)計(jì)中,為盡可能減少管溝用地,對(duì)于部分管溝采取合溝共建的方式,根據(jù)管溝性質(zhì),對(duì)于路徑相近、使用互不影響的管線,宜采用共溝敷設(shè)。本次研究中,主要將列車牽引供電管線與車輛基地動(dòng)力照明電力管線進(jìn)行合并路徑設(shè)計(jì),不僅節(jié)省管溝的占地,還可減少電纜溝工程。牽引供電與動(dòng)力照明電力電纜溝合并前后情況對(duì)比見圖6。

圖6 電纜溝合并前后局部情況對(duì)比

管線模型完成后,使用Revit 軟件碰撞檢查組件進(jìn)行管線碰撞情況檢查,能夠準(zhǔn)確、清晰地反映管線交叉干涉情況。管線碰撞組件中選擇檢查對(duì)象類型后,針對(duì)所選對(duì)象進(jìn)行碰撞檢查分析,逐個(gè)查看碰撞點(diǎn)位情況,圖7 為某處碰撞干涉點(diǎn)情況。

圖7 管線碰撞檢查結(jié)果顯示

碰撞檢查完成后,將碰撞報(bào)告中的碰撞點(diǎn)逐一查看、修改完成后,再次運(yùn)行碰撞檢查組件,直到無干涉情況,管線綜合設(shè)計(jì)的模型即初步完成,達(dá)到二維出圖的要求。

通過BIM 技術(shù)的模型建立和碰撞檢查工作,可將設(shè)計(jì)方案狀態(tài)、效果和錯(cuò)誤進(jìn)行直觀反映,并能自動(dòng)識(shí)別、定位、顯示,以輔助設(shè)計(jì)人員排查并解決大部分設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,很大程度上保障了后續(xù)的施工進(jìn)度和質(zhì)量,從而全方位提升工程品質(zhì)。

5 結(jié)論

通過BIM 軟件建立跨座式單軌車輛基地室外管線綜合,全方位模擬車輛基地室外管線布置情況,采用三維模型技術(shù)直觀地反應(yīng)構(gòu)筑物、管線等空間關(guān)系,有效解決跨座式單軌車輛基地內(nèi)管線繁多與地下構(gòu)筑物占地大、布置密集的空間沖突矛盾,并總結(jié)跨座式單軌車輛基地室外管線綜合BIM 技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn),通過BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨座式單軌車輛基地室外管線綜合的設(shè)計(jì),為后期工程的施工品質(zhì)和管理質(zhì)量提供有效保障。