BIM技術(shù)在鐵路綜合管廊設(shè)計中的應(yīng)用

馬雯駿

（中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司，上海 200070）

BIM技術(shù)是在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化和完善發(fā)展起來的，其作為建模技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣泛，BIM技術(shù)可以創(chuàng)建全面性建筑模型，且具有較高的數(shù)字化特征，通過BIM技術(shù)對管廊設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。綜合管廊涉及多種管線和管道，具有建設(shè)難度較大的特點(diǎn)。在綜合管道建設(shè)中應(yīng)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計信息共享，以此避免各專業(yè)設(shè)計沖突，促使管廊設(shè)計更加科學(xué)合理。

1 鐵路綜合管廊的優(yōu)勢

1.1 提高管線的使用壽命

管廊對管線起到一定的保護(hù)作用，有效降低地下水對管道的損傷，促使管線使用壽命延長。綜合管廊是將原來直埋水平管道轉(zhuǎn)變成縱深方向排列，這是一種利用地下縱深空間的技術(shù)，有效避免鐵路反復(fù)開挖的問題。另外，通過管廊建設(shè)可以將多根管線集中放在一起，減少地下環(huán)境對管線的銹蝕，促使管線自身承受力增強(qiáng)，進(jìn)而降低路面壓力帶來的荷載。鐵路管廊配備自動化監(jiān)控設(shè)備，通過自動監(jiān)控設(shè)備找到管線中存在的安全隱患，并采取正確方法進(jìn)行修復(fù)，及時消除管線故障，鐵路管廊在節(jié)約鐵路建設(shè)用地的基礎(chǔ)上，也有利于延長管線使用年限。

1.2 具有一定的綜合性

鐵路管廊可以減少管線維修次數(shù)和成本，由于管線敷設(shè)會挖掘道路，導(dǎo)致被挖鐵路無法正常運(yùn)行，而鐵路并不像普通路段一樣有多種選擇路線，部分鐵路僅有一條行動軌跡，因此開挖對鐵路的負(fù)面影響非常大。就鐵路而言，涉及通信、電力等管線，并且還需要根據(jù)不同管線功能，采用不敷設(shè)手段，也需要采用不同方式進(jìn)行定期維修養(yǎng)護(hù)。而鐵路綜合管廊能夠容納多種管線，在對管線進(jìn)行維修、改造只需要在綜合管廊中進(jìn)行即可。

1.3 鐵路管廊設(shè)計和施工難度較高

管廊屬于附屬工程，其涉及的內(nèi)容比較廣泛，并且地下空間施工環(huán)境多變復(fù)雜，具有一定的施工難度。管廊建設(shè)不僅需要考慮目前以及未來功能使用、維修養(yǎng)護(hù)、擴(kuò)容等內(nèi)容，還需要充分考慮各種管線之間的相互影響。比如，綜合管廊內(nèi)通信管線和電力管道不可以處于一個管廊中，需要充分考慮各管線使用的情況進(jìn)行建設(shè)，很有可能導(dǎo)致管廊的深度就會增加。鐵路綜合管廊通常采用明挖開挖方式，如果施工環(huán)境不適合明挖開挖方式可以采用盾構(gòu)施工或人工暗挖的方式，這些設(shè)施在道路上還需要與城市道路景觀協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 BIM技術(shù)在鐵路綜合管廊的設(shè)計應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)的設(shè)計建模流程

鐵路綜合管廊BIM模型建立在工程設(shè)計基礎(chǔ)上，通過Revit軟件對通信、給排水、電力、信號等進(jìn)行建模。管廊部分工程施工主要分為標(biāo)準(zhǔn)段、節(jié)點(diǎn)段，考慮節(jié)點(diǎn)需求，需要對節(jié)點(diǎn)施工進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計，包括構(gòu)造圖、鋼筋圖。節(jié)點(diǎn)3D建?？梢宰鳛榫C合管廊建設(shè)標(biāo)高參考，但是不可以作為結(jié)構(gòu)模型參照，保準(zhǔn)段模型需要另行設(shè)計，通過整合模型以中心文件的形式開展協(xié)同設(shè)計建模，管廊建設(shè)流程主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容，首先借助BIM技術(shù)明確標(biāo)高，繪制墻體、梁、柱、支撐結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；其次在結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上提取相應(yīng)信息，利用BIM技術(shù)自動生成計算模型和結(jié)果，對一些不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容給出詳細(xì)報告，根據(jù)反饋來的報告對此進(jìn)行優(yōu)化和完善，進(jìn)而完成結(jié)構(gòu)設(shè)計模型建設(shè)。最后通過BIM技術(shù)建立三維立體模型，利用專業(yè)的BIM技術(shù)信息模型，借助BIM技術(shù)建設(shè)空間負(fù)荷單元，以此進(jìn)行管線和設(shè)備熱負(fù)荷精密計算工作，并創(chuàng)建共享系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)碰撞檢測，以此明確解決問題的方案，完善設(shè)計模型。不斷完善和優(yōu)化，BIM模型建設(shè)的質(zhì)量和精準(zhǔn)度得以提升。

2.2 利用BIM技術(shù)建設(shè)管廊廊體模型圖

建筑設(shè)計圖中，圖紙只表示點(diǎn)線面圖形，對建筑中某個實(shí)體而言，圖紙并不具備代表性，在實(shí)體準(zhǔn)確度和空間方面會受到設(shè)計工具的制約。在設(shè)計過程中建筑設(shè)計空間被剝離出去，僅重視平面效果和功能，對一些復(fù)雜的建筑物，無法進(jìn)行三維立體顯示，進(jìn)而導(dǎo)致CAD圖紙變更難度頻繁、難度高。文中綜合管廊模型建設(shè)采用Revit建模軟件，這個軟件可以導(dǎo)出建筑三維模型的體積、設(shè)計尺寸的數(shù)據(jù)，為建筑概算和預(yù)算計算提供數(shù)據(jù)支撐，建模的精確度越準(zhǔn)確概預(yù)算數(shù)據(jù)越精準(zhǔn)。在此技術(shù)上，用Revit軟件建設(shè)的平面圖與立面圖可以完全對應(yīng)，認(rèn)為人為因素對設(shè)計圖的質(zhì)量影響較小。此外，傳統(tǒng)設(shè)計模型的反復(fù)修改量較高，一定程度上消耗了設(shè)計師大量的精力和時間，傳統(tǒng)軟件僅是針對某一項問題進(jìn)行修復(fù)，而CAD軟件可以解決多種問題。在建設(shè)綜合管廊過程中，會遇到口徑較大的管線，因此對立面圖模型建設(shè)軟件的要求較高。Revit可以通過其他軟件導(dǎo)入建模，具有一定的便捷性。Revit軟件包含的內(nèi)容較多，如建筑、結(jié)構(gòu)、協(xié)同等內(nèi)容。

2.3 利用BIM技術(shù)建設(shè)入廊管線模型圖

鐵路綜合管廊設(shè)計包括眾多管線，并且各類管道敷設(shè)都應(yīng)當(dāng)遵守相應(yīng)的規(guī)章制度進(jìn)行敷設(shè)。借助BIM技術(shù)對工程主體結(jié)構(gòu)、通信管線、電力管線建設(shè)模型，并在模型中精準(zhǔn)地體現(xiàn)出各種管道的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息。充分利用BIM技術(shù)建設(shè)施工模型，有效節(jié)省各項信息數(shù)據(jù)的匯總時間，并且有利于信息共享，便于查看建筑主體及部件的結(jié)構(gòu)和位置，能夠深入分析和刨切各個部門，且能夠精確到具體位置，并且能夠幫助各類技術(shù)人員準(zhǔn)確、快速地掌握建筑結(jié)構(gòu)的具體尺寸、位置、結(jié)構(gòu)形式等一系列信息，BIM技術(shù)的任意剖切也是三維立體建模的一個優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上對管廊內(nèi)部的管線進(jìn)行調(diào)整，如圖1所示是管廊內(nèi)管線排布示意圖。

圖1 管廊內(nèi)管線排布

2.4 電纜槽選用方法

纜槽通常情況下會與通信信號管線通槽，而電力管線則采用分槽的方式敷設(shè)，敷設(shè)過程中一般會在通信信號槽與電力槽之間增設(shè)隔板進(jìn)行隔離，電纜槽一般敷設(shè)在路肩上。鐵路路基電纜槽根據(jù)通信信號槽和電纜槽的尺寸可以劃分為6種類型，在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)鐵路建設(shè)規(guī)模以及電力槽和通信槽的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。電纜槽一般采用預(yù)制的形式，其中泄水孔應(yīng)當(dāng)采用工廠預(yù)制成孔方式，而其他預(yù)留孔則可以進(jìn)行現(xiàn)場鉆孔。

2.5 BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計

傳統(tǒng)設(shè)計中利用CAD軟件設(shè)計二維平面圖，圖紙協(xié)同通常借助設(shè)計院技術(shù)會議實(shí)現(xiàn)的，各項專業(yè)基于CAD技術(shù)進(jìn)行人工校對，這樣的工作模式下人員工作量大，圖紙校對效率不高，進(jìn)度緩慢。CAD圖紙展示出來的二維形式，具有一定的抽象性，且存在很多隱藏的問題，工作人員很難發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)沖突與碰撞，促使施工設(shè)計不斷變更，工期拖延，施工成本不斷增加。然而，BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計能夠有效解決上述問題，BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計是借助統(tǒng)一設(shè)計平臺為各專業(yè)人士提供溝通協(xié)調(diào)機(jī)會，在平臺中更方便各專業(yè)人士的交流，進(jìn)而解決設(shè)計環(huán)節(jié)中信息匯總、交流不暢、工作不協(xié)調(diào)的問題，且也有利于減少各專業(yè)設(shè)計產(chǎn)生各種沖突現(xiàn)象。通過BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計人員之間合作，不僅提升了設(shè)計工作效率，對降低工作錯誤也具有一定的促進(jìn)作用。應(yīng)用BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計，各專業(yè)人員可以在同一設(shè)計階段內(nèi)建立模型，為快速準(zhǔn)確完成設(shè)計建模提供便捷。在BIM軟件中建設(shè)中心模型，促使軟件集成共享平臺為各專業(yè)人員提供交流平臺，并且在平臺中能夠?qū)δＰ臀募M(jìn)行存儲，以便于后期工程施工中各方溝通的依據(jù)，充分發(fā)揮出建筑模型文件價值。目前由于信息技術(shù)還需不斷進(jìn)步，很多設(shè)計文件并不能夠?qū)笃谑┕みM(jìn)行自動同步?；诖?，可以利用時間錯峰的機(jī)會完成文件、計劃同步操作，以此保證建模文件能夠滿足建設(shè)要求。

3 BIM技術(shù)的拓展應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用在綜合管廊設(shè)計中主要包括出圖、算量、檢查圖紙、優(yōu)化設(shè)計、模擬工程施工工序、可視化模型技術(shù)交底、空間分析、結(jié)構(gòu)計算等內(nèi)容。

3.1 利用BIM技術(shù)進(jìn)行出圖和算量

管廊設(shè)計完成之后，Revit軟件的明細(xì)表功能可以直接導(dǎo)出部分工程量，目前技術(shù)能夠?qū)θ磕０鎴D以及部分鋼筋圖進(jìn)行繪制，可以充分滿足行業(yè)出圖的需求，并且能夠生成三維立體模型圖，通過三維圖將圖紙的內(nèi)容充分地表達(dá)出來，以此強(qiáng)化圖紙的可讀性。BIM技術(shù)建模能夠?qū)崿F(xiàn)與工程量實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，為材料統(tǒng)計工作提供數(shù)據(jù)支撐，在精準(zhǔn)創(chuàng)建模型的基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)自動化算量具有較高的精準(zhǔn)度，能夠滿足工程造價以及工程算量的需求。

3.2 檢查圖紙以及優(yōu)化設(shè)計

在建模的過程中，需要根據(jù)各專業(yè)圖紙進(jìn)行模型建設(shè)，但是在整合各專業(yè)內(nèi)容時，很容易會出現(xiàn)專業(yè)之間的設(shè)計矛盾和沖突。通常情況下矛盾和沖突的類型有以下幾種，分別是數(shù)據(jù)相互矛盾、缺乏關(guān)鍵位置標(biāo)注，圖紙繪制不符、模型相互碰撞等問題，這些問題都會影響到模型建設(shè)的效率。

3.3 模擬施工工序

鐵路綜合管廊建設(shè)過程中，會存在穿越軌道的問題，為了保證綜合管廊施工過程中不會對軌道使用產(chǎn)生影響，文章采用分基坑開挖方式進(jìn)行施工。借助BIM技術(shù)創(chuàng)建基坑開挖模型，對整個工程施工過程進(jìn)行模擬，也為施工方案論證順利通過提供基礎(chǔ)保障和有效依據(jù)。

3.4 模型可視化技術(shù)交底

如圖2所示是管廊節(jié)點(diǎn)模型可視化技術(shù)交底圖，綜合管廊會存在較多管廊艙室的情況，在這種情況下，綜合管廊設(shè)計節(jié)點(diǎn)具有較高的復(fù)雜性，簡單的二維圖紙對管廊的節(jié)點(diǎn)設(shè)計顯示并不突出，很難根據(jù)圖紙制定完善的建筑施工方案，這也不利于發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的潛在問題，這樣在進(jìn)行技術(shù)交底時就很容易忽略潛在的風(fēng)險。通過軟件能夠促使復(fù)雜的階段進(jìn)行三維設(shè)計，依賴Revit版本前強(qiáng)大的建模能力可以將復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)以三維的形式展示處理，只需要對參數(shù)修改即可進(jìn)行設(shè)計。通過三維立體模型促使施工人員了解工程結(jié)構(gòu)、工程概況、施工技術(shù)、施工方法等，進(jìn)而保證施工過程的安全性。

圖2 鐵路管廊復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模型示意圖

3.5 空間分析

鐵路管廊建設(shè)空間高度和寬度都應(yīng)當(dāng)滿足管廊中后期管線維修、養(yǎng)護(hù)工作的需求，通過BIM技術(shù)將管廊模型導(dǎo)入到信息化虛擬平臺中，進(jìn)而對管廊的高度和寬度進(jìn)行空間模擬，并對此進(jìn)行分析，促使管廊模型建設(shè)能夠符合實(shí)際需求。文章采用Revit技術(shù)平臺，在平臺中可以根據(jù)維修人物的實(shí)際身高模擬出維修人員，通過漫游進(jìn)行實(shí)景維修場景模擬，并利用智能自動化技術(shù)進(jìn)行測量，包括人物活動空間測量、機(jī)械設(shè)備使用空間測量等內(nèi)容，計算出鐵路管廊內(nèi)部空間是否滿足后期對管道的維修和養(yǎng)護(hù)工作要求，并且生成分析報告。

3.6 結(jié)構(gòu)計算

BIM技術(shù)生成的模型可以通過Revit-midas技術(shù)轉(zhuǎn)換成mct文件，并利用參數(shù)化構(gòu)件對軟件中結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析計算，之后通過Midas軟件實(shí)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)計算，以受力分析計算結(jié)果作為依據(jù)對管廊模型進(jìn)行優(yōu)化，通過Revit技術(shù)對模型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。Midas和Revit之間能夠進(jìn)行互導(dǎo)，以此減少二次建模的時間，促使模型建設(shè)和優(yōu)化效率得以提升，最大程度上發(fā)揮出BIM模型一模多用的價值。

4 結(jié)論

綜上所述，BIM技術(shù)能夠有效改善鐵路管廊設(shè)計質(zhì)量和效率，凸顯管廊設(shè)計高效性和共享性，充分利用BIM技術(shù)有利于表達(dá)設(shè)計階段各專業(yè)的設(shè)計信息，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中存在的問題，促使設(shè)計工作穩(wěn)定有序完成。BIM技術(shù)可以設(shè)計圖紙以三維立體形式呈現(xiàn)出來，有利于優(yōu)化和完善設(shè)計方案，提高鐵路管廊設(shè)計效果，促使設(shè)計更加科學(xué)化。同時三維立體有利于為后期鐵路管廊建設(shè)施工提供數(shù)據(jù)支持，促使設(shè)計信息能夠貫穿整個施工階段。