基于BIM的地鐵車輛基地PLM解決方案

邱紹峰，龍建兵

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢　430063； 2.寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波　315000)

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基于BIM的地鐵車輛基地PLM解決方案

邱紹峰1，龍建兵2

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢430063； 2.寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波315000)

研究地鐵車輛基地從設計、施工到運營的PLM(工程全生命周期管理)的過程，對提高設計、施工質量，保證運營安全具有重要意義。通過對地鐵檢修基地項目中BIM應用的關鍵環節及流程進行研究，探索出一套符合地鐵檢修基地的BIM協同設計、施工、運營維護的方法，確定目前技術條件下基于BIM技術的設計及成果轉化的方法和步驟，為BIM技術在地鐵領域的應用奠定基礎。

BIM；地鐵；車輛基地；PLM

1　概述

地鐵車輛基地是地鐵車輛運用管理、整備保養、檢修的基本生產單位，肩負著列車日常整備及檢修任務，直接決定了線網運營的安全性和服務品質[1-2]。

地鐵車輛基地是地鐵建設中體量最大的工程，也是最為復雜的工程項目之一，其工藝流程復雜、設計及施工周期長，同時，因地鐵在居民日常出行中的重要地位，地鐵車輛一次小的故障都有可能引發成社會群體事件，作為地鐵車輛安全運營的保護傘，車輛基地的后期運營維護異常重要。因此，研究地鐵車輛基地從設計、施工到運營的PLM(工程全生命周期管理)的過程，對提高設計、施工質量，保證運營安全具有重要意義[3-5]。

BIM技術是勘察設計領域的發展趨勢，不可避免的將革新現有的設計、施工、運營維護的過程。經過最近幾年的發展，BIM技術有了長足的發展，但在地鐵領域BIM技術才剛剛起步，思想體系尚處于碎片化[6-9]。

結合筆者在地鐵領域多年的實踐經驗，重點研究BIM技術在地鐵車輛基地領域的發展路線及關鍵技術。

2　車輛基地BIM解決方案

2.1BIM軟件及流程解決方案

車輛基地BIM解決方案以MicroStation+ProjectWise(以下簡稱PW)為協同工作平臺，解決模型快速創建、管線綜合與碰撞點檢測、工程造價全過程管理、交互式全信息瀏覽及模擬、成果交付等關鍵技術，將車輛基地信息內容管理、權限管理、流程管理、標準管理等貫穿于車輛基地的全生命周期管理之中[10-13]。

在車輛檢修設施的整個生命周期中，形成一個唯一的、帶有豐富信息的BIM模型。在設計→施工→運營維護過程中，模型信息被各個單位、部門不斷添加、編輯和校正。同時，BIM模型信息在不同階段為不同單位和部門服務，提供多樣化成果，包括圖紙、相關報表和視頻漫游、實景再現等全方位、多維度信息[14-15]。城市地鐵車輛基地BIM解決方案設計流程如圖1所示。

圖1　城市地鐵車輛基地BIM解決方案設計流程

2.2BIM解決方案主要研究內容

在車輛基地BIM解決方案各階段工作重點及成果如表1所示。

表1　車輛基地BIM解決方案各階段工作重點及主要成果匯總

車輛基地BIM解決方案研究內容涵蓋工藝、站場、地質路基、橋梁、隧道、軌道、建筑、結構、暖通、給排水消防、強電、弱電、機械、工程經濟等多個專業。

(1) 工藝

工藝專業作為車輛基地的總體專業，通過研究建立工藝設備BIM模型庫、工藝流程仿真方法、物流過程仿真及評價方法，實現車輛工藝設計、綜合管線設計、綜合總圖設計。如圖2、圖3所示。

圖2　車輛基地工藝流程仿真

圖3　轉向架檢修物流仿真

(2)站場

站場專業建立站場平面布置及其他模型，如股道、道岔、道砟、站臺、場坪、排水設備模型。如圖4所示。

(3)地質路基

根據地形圖、地質平面圖、地質縱斷面、地質橫斷面以及勘探資料等數據，地質專業建立精細的三維地質模型，沿勘探線剖切三維模型，得到斷面和二維地質斷面比較，進行驗證和三維地質模型地質體的碰撞檢測，檢測各地質體間是否存在縫隙或者相交的情況。通過工程地質數據庫實現地質勘探項目的優化管理；通過對工程地質數據的管理和分析實現工程地質數據的挖掘和大數據綜合應用；實現勘察地質專業和下游專業基于BIM的協同。如圖5所示。

圖4　站場專業設計流程

圖5　工程地質系統設計流程

(4)房建

房建專業構建參數化構件(參數化門、窗、樓梯，屋架等)模型庫，快速實現土建模型構建。并利用模型完成受力分析，生成二維圖紙。如圖6、圖7所示。

圖6　建筑參數化模型

(5)機電

機電專業建立施工圖深度的機電BIM模型，用于管線、風閥與土建協調孔、洞預留位置；建立電纜以及橋架模型；進行管線綜合與碰撞檢查，及時發現管線與結構構件之間的碰撞、各專業的管線碰撞等問題。

圖7　結構鋼筋圖及鋼筋表生成

3　BIM解決方案關鍵技術

3.1協同管理技術

充分利用BIM技術的聯動性特點，采用協同管理平臺對車輛基地的信息進行集中、有效的管理，使不同單位和部門、不同空間區域的設計、建設、管理人員在集中、統一的環境下協同工作，提升工作效率。如圖8所示。

圖8　協同管理軟件系統及網絡架構

3.2BIM模型快速創建技術

車輛基地設計涉及專業多，BIM模型數量成千上萬，通過參數化的模型創建技術，各專業能夠快速進行模型的創建與修改，大幅提高工作效率。如圖9所示。

圖9　車輛基地部分BIM模型

3.3管線綜合與碰撞點自動檢測技術

在創建BIM全信息模型的基礎上，在真實模擬的3D空間中，通過碰撞檢查模塊進行最接近物理實際的碰撞檢查，實現對BIM模型硬碰撞和軟碰撞的檢測、查看和管理。如圖10所示。

3.4工程造價全過程管理技術

BIM信息模型使項目關聯各方造價人員能便捷快速的獲取BIM數據，快速完成車輛基地工程量統計，準確率達100%，統計數據可直接用于施工招標。同時還可輔助施工方合理、精確安排人、材、設備等資源計劃。如圖11、圖12所示。

3.5交互式全信息瀏覽及模擬技術

(1)3D瀏覽和動畫模擬技術

通過可視化界面使操作人員能夠觀察、操縱、研究、瀏覽、探索、過濾、發現、理解大規模數據，并與之方便交互、自由瀏覽，從而極其有效地發現、核準、校驗內部的信息特征和規律，為項目建設提供技術支撐，實現“所見即所得”。

圖10　碰撞檢測結果

圖11　車輛基地造價全過程管理系統架構

圖12　車輛檢修設施檢修庫消防管道工程量統計示例

交互式全信息3D瀏覽包括：相機視角設置，視圖保存；消隱、線框和光滑渲染等顯示模式下的動態瀏覽；推進、拉出、旋轉、仰視、俯視和平移等視角操作；行走和飛行漫游等。

動畫模擬技術用于檢驗、核查、優化各個細節，使車輛檢修設施的工藝設計可視、科學、合理。如圖13所示。

圖13　車輛基地3D瀏覽和動畫模擬

(2)施工進度模擬(4D模擬)技術

使用BIM技術虛擬施工過程，直觀、快速地將施工計劃與實際進展進行對比，使工程參建各方便捷、快速跟蹤項目進度，減少了返工和整改工程量，縮短建設周期。通過將建筑模型附加進度計劃的虛擬建造，直接生成與施工進度計劃相關聯的材料和資金供應計劃，并在施工階段開始之前與業主和供貨商進行溝通，從而保證施工過程中資金和材料的充分供應，避免因資金和材料的不到位對施工進度產生影響。如圖14、圖15所示。

圖14　施工過程模擬

圖15　運用庫施工動畫模擬

3.6設計過程多形式成果交付技術

設計成果提交內容包含交互式漫游成果，快速、高效檢查設計問題。交付成果包含完整的BIM信息模型、可聯動二維圖紙、3D動態PDF、各類型報表、動態仿真視頻等，全方位指導現場施工及后期運營維護過程。如圖16、圖17所示。

圖16　交付式漫游畫面

圖17　不落輪鏇床設備安裝交付模擬

4　結語

本文系統闡述了BIM技術在地鐵車輛基地領域的發展路線及關鍵技術，探索出一套符合地鐵檢修基地的BIM協同設計、施工、運營維護的方法。對地鐵檢修基地項目中BIM應用的關鍵環節及流程進行了全面的探索，確定了目前技術條件下基于BIM技術的設計及成果轉化的方法和步驟，為BIM技術在地鐵領域的應用奠定了基礎。

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PLM-based Metro Depot Solution

QIU Shao-feng1， LONG Jian-bing2

(1.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China;2.Ningbo Rail Transit Group Co.， Ltd.， Ningbo 315000， China)

The research on PLM (total project life cycle management) process， including design， construction and operation of metro depot is of great significance to the improvement of the quality of design， construction， and the safety of operation. This paper studies the roadmap and key technologies of BIM related to metro depot， and defines the methods and procedures for design and achievements transformation based on BIM technology under current technical conditions， which have laid a foundation for the application of BIM technology in metro．

BIM; Metro; Depot; PLM

2016-06-17；

2016-06-30

邱紹峰(1975—)，男，教授級高級工程師，E-mail:qiusf@vip.sina.com。

1004-2954(2016)09-0152-06

U279

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.033