BIM技術在軌道交通工程設計中的應用

花書軍

中鐵第六勘察設計院集團有限公司

1 前言

近年來城市經濟水平快速增長，城市規(guī)模不斷擴大，在城市發(fā)展中出現(xiàn)了交通擁堵問題、城市道路通行不暢等問題，對城市發(fā)展和城市居民的生活帶來影響，為充分體現(xiàn)出城市整體價值，發(fā)揮城市綜合功能，就要發(fā)展軌道交通，軌道交通具有較高的安全性，經濟效益較高，而且還具有準點率高，運輸量大等優(yōu)勢，在城市道路交通發(fā)展中發(fā)揮著重要作用和價值[1]。BIM 技術憑借其突出的優(yōu)勢在工程交通建設中得到應用，在軌道交通工程項目中可以有效促進各方的有效銜接，對工程設計、工程施工和工程管理進行輔助優(yōu)化，由于軌道交通工程的工作量大，施工周期長，在工程設計中門類較多等特點，增加了施工難度，而BIM 技術在工程設計中應用，可以有效提高工程設計效率和精準度，保障工程施工質量和施工進度。

2 BIM技術概述

BIM 技術是建筑信息模型，是將信息技術和建筑工程相結合的一種數(shù)據(jù)化工具，在建筑工程項目設計、工程管理和工程建設中得到廣泛應用，在建筑工程項目建設中應用主要是根據(jù)項目施工實際情況，構建虛擬的建筑三維模型，通過數(shù)字化技術為模型提供建筑工程信息庫，信息庫的內容與實際情況相符，并將建筑工程的專業(yè)屬性、狀態(tài)信息、建筑物構建集合信息、非構件對象狀態(tài)信息等融入信息庫中，為產品開發(fā)管理提供信息支持，提高工程信息集成度[2]。在建筑工程項目中應用BIM技術，可以對工程信息模型進行整合和數(shù)據(jù)化處理，從而為與建筑單位、運營單位和設計單位提供建筑工程項目所需信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享，保證在建筑工程項目全生命周期中數(shù)據(jù)信息的有效提供，為建筑項目管理和運營提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

從BIM技術特點來看，具有明顯的傳遞性，在項目建設中可以保證各項目建設環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息的一致性和聯(lián)系性，在建筑項目建設的不同時期都可以準確的捕捉到動態(tài)信息，如在后期發(fā)現(xiàn)建筑工程設計被篡改，BIM系統(tǒng)可以及時發(fā)生反應，無須人工來處理圖紙，在建筑工程各個建設階段都能體現(xiàn)出最終的工作結果，提高工作效率，降低經濟成本。在城市軌道交通項目建設匯中，通過BIM技術可以有效實現(xiàn)各方的交流和協(xié)商，有利于對軌道交通工程項目建設過程進行實時監(jiān)測，利用專業(yè)知識完成對三維建筑信息模型構建，促進各方積極開展管線運維和設備碰撞測試，提高各部門的溝通效率[3]。

3 BIM技術在城市軌道交通工程設計中的應用

在城市軌道交通工程設計中BIM 技術的應用效果十分突出，主要應用途徑體現(xiàn)在下面五個方面。

3.1 工程前期規(guī)劃

在軌道交通工程設計中BIM技術的應用主要體現(xiàn)在前期規(guī)劃中，軌道交通工程設計的前期規(guī)劃階段所涉及的內容較多，包括對軌道交通線路的規(guī)劃、車站規(guī)模大小規(guī)劃、車站間距規(guī)劃和人流量等，都會對軌道交通工程的實際運行效果有一定的影響，為此在前期規(guī)劃階段需要充分利用BIM 技術，以及軌道交通工程可行性研究報告，對軌道交通的軌道線路等各方面進行統(tǒng)籌計算和分析，為前期規(guī)劃工作提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)作為保障。同時根據(jù)軌道交通工程建設管線、地質、道橋等資料來構建城市軌道交通虛擬三維模型，對城市流動人口和分布密度進行研究，劃分城市經濟區(qū)域，在此基礎上來選擇和確定軌道交通線路，車站規(guī)模大小及布點，BIM 技術的應用在軌道交通工程設計前期規(guī)劃工作中發(fā)揮著重要的作用。

3.2 BIM協(xié)同性

BIM技術在軌道交通工程設計中的運用還體現(xiàn)在對工程協(xié)同性方面，根據(jù)以往的工程項目經驗來看，在工程設計中經常會出現(xiàn)不協(xié)同、成果不集中或設計分散的情況，這些情況與設計習慣與城市網(wǎng)絡現(xiàn)狀不符，在工程設計實踐中需要加以解決[4]。利用BIM技術優(yōu)勢，在工程設計中可以建立虛擬的建筑工程模型，設計人員可以通過BIM技術來構建實時通信系統(tǒng)或者電子郵件系統(tǒng)，實現(xiàn)對信息的實時共享，在模型構建或信息查詢、其他作業(yè)布置中能夠有效實現(xiàn)信息和設計協(xié)同，提高各部門人員的溝通效率，解決設計分散或不協(xié)同等問題，有利于構建一個完整的BIM模型。

3.3 BIM可視化

在城市軌道交通工程設計中可以利用BIM技術來實現(xiàn)可視化分析，由于城市軌道交通工程在設計中需要綜合考慮城市道路交通情況、工程設施以及工程建設區(qū)域內的管線布置等，通過BIM 技術以及實施考察所得的數(shù)據(jù)資料，構建車站三維實體模型和交通線路，讓軌道交通線路得到可視化，對工程設計方案的制定具有重要的現(xiàn)實意義，可以通過城市軌道交通模型對設計方案進行分析和論證，提高設計方案的可靠性和科學性，也更容易發(fā)現(xiàn)工程設計中存在的問題，保障軌道交通工程設計及建設質量。

3.4 自動碰撞檢測

自動碰撞設計也是軌道交通工程設計中的重要組成部分，在自動碰撞設計中涉及工作較多，工作量大，而且各類管線分布情況比較復雜，如果不能通過空間三維立體圖形就不能真實、直觀地反映出區(qū)域內管線布置情況，在設計中就容易出現(xiàn)碰撞失誤，為后期的工程項目建設埋下隱患[5]。而通過BIM 技術，可以直觀的展現(xiàn)出軌道交通運行區(qū)間內管線分布情況，構建三維立體模型，了解軌道交通運行過程中各線路碰撞情況，對立體空間的線路碰撞進行自動檢測，確保工程設計的可靠性，為工程項目設計方案提供準確的參考依據(jù)，提高自動碰撞檢測效率和準確性，在城市軌道交通工程設計中具有重要的現(xiàn)實意義。

3.5 設計優(yōu)化

在軌道交通工程設計中設計優(yōu)化工作具有突出價值和意義，在立體三維模型構建中對bim模型中的部分進行修改，實現(xiàn)自動化，其中任何一個部分變更，都會對相應部分和內容產生變動，在模型和可視化圖形中會實時顯現(xiàn)出變動部分，在施工中就可能會造成工程變更或返工的情況，因此就要加強對工程設計優(yōu)化[6]。通過項目關聯(lián)性來對項目設計方案進行討論和優(yōu)化，制定項目方案可行性研究和分析，對設計方案中的不足之處進行優(yōu)化，保證最終設計方案的執(zhí)行效果。在工程設計優(yōu)化中通過運用BIM技術，可以讓設計效果更加完美，提高設計方案的可執(zhí)行度。

4 BIM技術在城市軌道交通工程設計中運用的案例分析

以某影視城地鐵項目為例，在工程項目建設初期使用了BIM技術，到工程設計圖出圖和項目建設全過程中都使用了BIM技術。影視城地鐵項目設計中，通過BIM 技術完成了對工程項目草圖、設計方案、建模和施工圖出圖等工作，充分體現(xiàn)出BIM技術的協(xié)同性作用，在設計方案制定中BIM 技術提供了更加可靠和規(guī)范的參考依據(jù)。

在BIM技術設計中，為提升BIM技術運用規(guī)范合理，建筑企業(yè)和設計單位需要制定出BIM 應用標準和規(guī)范，對軌道交通工程項目設計工作進行歸納，根據(jù)實際情況制定設計步驟，掌握BIM數(shù)據(jù)標準和標準文件，數(shù)據(jù)交付標準等，對工程項目進行歸納，總結不同專業(yè)出圖樣板文件，在樣板文件中體現(xiàn)出建模和制圖效果[7]。另外，由于軌道交通工程項目的建設相對比較復雜，工程周期長，且需要不同專業(yè)的配合，在工程設計中還要通過三維工具來獲取二次開發(fā)接口，設計人員需要自行編寫程序代碼，對不同工具插件進行定制化設置，確保設計工作更加簡單，在車站建筑中通過API 接口將二維模型轉化呈三維信息，提高建模效率。在應用車站結構設計時要對結構構件進行開發(fā)，確保模塊化構件得到重復運用。在隧道模型建模中，還可以通過dynamo軟件來進行變成，進行參數(shù)化設計，通過樣板文件的管片族，構建包含有軌道、通道及電纜等的三維模型，確保管片模型精準[8]。在區(qū)間設計中需要根據(jù)線路相關信息，并進行提取，根據(jù)設計標準在樣板文件中完成建模任務，在構建盾構管片族庫時對標準塊、封頂塊及臨接的塊管片進行拼裝。

5 結語

綜上所述，城市軌道交通工程建設已經成為城市交通基礎設施建設的重要組成部分，有效解決城市交通道路擁堵問題，但由于軌道交通工程的規(guī)模較大，線路長，工程量大，工程建設周期長，在工程設計中還存在一定的難度。而BIM 技術憑借其信息技術優(yōu)勢與建筑工程項目需求相結合，通過BIM 技術來構建三維立體模型，確保各方協(xié)同作業(yè)，對工程管理進行優(yōu)化，提升工程施工質量和作業(yè)效率，保證工程信息的精準度和集成度，提升了城市軌道交通工程項目的經濟效益和社會效益。