BIM關鍵性技術在地鐵設計中的應用

吳文高

（上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海200125）

1 引言

隨著城市化進程的不斷加快，城市交通壓力日趨增大。地鐵作為一種新型大運量公共交通方式，在緩解城市交通擁堵，優化城市布局，提高城市效率等方面日益發揮重要作用。BIM技術具備的可視性、模擬性以及可出圖性，極大地提高了地鐵設計的質量和效率，降低了成本，保障了地鐵建設的安全和高效。在地鐵項目建設中的設計階段，BIM技術的應用對設計效率和質量至關重要，這直接影響后期項目的建設進度、質量和安全。設計階段如何最大程度地發揮BIM應用價值，成為當前地鐵建設BIM應用的重要課題。

2 規劃設計階段BIM的應用

在軌道交通建設中，規劃階段就有BIM技術的身影[1]。本階段的BIM應用主要包括以下2方面。

2.1 地質物探模型創建

基于BIM技術，可以實現地質模型的創建，通過地質模型可方便地進行底層分層剝離展示、任意斷面和角度的空間剖切、二維斷面成圖等[2]，能查詢并計算工程范圍內的地質信息和土方量。

2.2 周邊及沿線周邊環境模型創建

通過“BIM+GIS”結合，創建項目周邊及沿線環境模型，真實反映項目周邊環境現狀，不僅實現個案的三維信息化管理，而且能實現周邊地理環境的大場景。為設計方案決策、場地規劃布置等方面提供重要依據。

3 初步設計階段BIM的應用

在初步設計階段，BIM技術除了能實現不同設計人員協同設計之外，本階段的BIM應用主要包括以下幾方面。

3.1 土建、機電模型創建

不同專業設計人員通過BIM軟件各自協同創建各自專業模型，通過模型協同創建，能時刻關注設計的進度和工作進程，能有效提高工作效率和質量，實現工時設計[3]，及時洞察設計方案缺陷并解決。

3.2 方案比選與優化

通過不同方案模型的創建，利用BIM技術的可視化和模擬性，真實直觀展示不同方案的優缺點（見圖1），加強方案匯報效果，提高溝通效率，實現不同方案的比選與優化。

圖1 某地鐵站屋頂內襯板裝修方案

4 施工圖設計階段BIM的應用

施工圖設計階段設計方案相對穩定，通過BIM技術，可對軌道交通項目進行深化設計，本階段的BIM應用主要包括以下幾方面。

4.1 管線綜合與碰撞檢查

地鐵項目涉及專業眾多，機電管線種類繁雜且數量多，通過應用BIM技術，能對管線進行綜合排布，借助軟件自動檢測功能，能全面、整體地觀測項目各方面，集中突破難點，并提取出關鍵變化部分，有針對性地進行改進[4]，解決管線碰撞問題。通過與支吊架模型的結合優化，不僅能充分考慮設備及管線的檢修空間，而且能實現管線排布的合理性、經濟型、人文性和美觀性。

4.2 空間優化

基于BIM模型，設置車站房間凈空要求，逐一排查房間凈空高度，針對不滿足凈空要求的房間進行調整，針對重點區域進行空間優化（見圖2）。

圖2 某地鐵站空間優化調整圖

4.3 支吊架優化設計

通過BIM技術進行管線綜合時，對支吊架設計進行優化設計，采取支吊架綜合安裝，充分利用空間，盡力避免支吊架散落布置，避免材料資源浪費。

4.4 機電管線出圖

通過BIM技術實現機電管線綜合排布后，把通過BIM軟件調整好的機電管線導成CAD圖紙，指導現場施工，圖紙包括管綜平面圖、管綜剖面圖、單專業平面圖等。

4.5 二次結構出圖及預留孔洞檢查

為避免后期施工對二次結構的砸、敲，運用BIM技術對每一面二次結構墻體進行立面出圖（見圖3），對墻體孔洞進行梳理和檢查，并快速標注和定位每一面墻體孔洞大小和類型。通過二次結構出圖，能顯著提高施工質量，加快施工進度。

圖3 某地鐵站二次結構出圖

4.6 墻面箱柜整合

通過BIM技術對車站各專業墻面箱柜布置進行優化、整合，明確安裝方式、定位安裝位置，制訂出整合方案。依照箱柜由大及小，由高及低的原則，實現箱柜布置錯落有序，美觀合理，每一面墻體箱柜通過BIM圖冊（見圖4）下放至施工單位，精確指導施工，確保現場實施與模型的一致性，實現箱柜布置落地性實施。

圖4 某地鐵站35kV開關柜室圖冊示意圖

4.7 工程量復核

通過BIM軟件提取土建的工程量、風水電等機電的工程量，與投資監理單位的工程量復核，提高工程造價的準確性。

4.8 車站設備運輸路徑復核

通過三維模型，能直觀了解車站設備的運輸路徑，了解運輸路徑是否合理以及設備運輸時需要注意的關鍵環節，保證后期車站的設備順利安裝。

4.9 裝修效果仿真

在地鐵站信息模型中添加材質信息、顏色信息、光源信息等，模擬實景效果（見圖5），優化裝修設計方案。

圖5 某地鐵站站廳層及站臺層裝修示意圖

5 問題與建議

5.1 不同階段的模型傳遞問題

地鐵項目建設主要包括設計階段、施工階段和運維階段。由于各階段所需要應用的側重點不同，模型的深度以及構件的劃分會有差異，導致不同的模型在不同的應用階段不具有繼承性及傳遞性。比如，設計施工圖階段的模型反映的是各專業設計需要表達的內容，不會考慮到施工過程中施工工序的問題，所以模型在傳遞到施工階段的時候，需要施工單位根據現場的實際情況重新建立模型，不能做到“一模到底”。

5.2 各種BIM軟件的兼容性問題

目前，國內在BIM應用中的軟件有AutoDesk Revit系列、Bentley Macro Sation系列等。不同的BIM軟件會有不同的側重點，不是全部的建模軟件都適合所有的模型建立，例如，Revit系列在建筑三維設計方面比較優秀，Bentley Macro Sation系列則更側重于基礎設施的設計，如果需要把建筑模型與基礎設施模型體現在同一個模型里，就會面臨不同軟件設計的模型是否可以合并的問題，因此，需要打破軟件之間的兼容性問題。如果可以解決，可以極大地提高模型的利用率。

5.3 BIM應用自動化的程度不高

BIM軟件還不能完全做到設計人員只要輸入相應的設計參數，就可以生成相應的設計模型，尤其是在市政等基礎設施領域，如樁基的模型建立，還是需要手動建立，所以還需要不斷地迭代開發產品，逐步實現工作的半自動化到全自動直至智能化。

5.4 BIM從業人員的專業化知識有待提高

一個合格的建筑信息模型從業人員不僅需要會建模，更需要有專業的設計素養，但目前兩者兼顧的BIM從業人員極少，需要培養更多的專業化的從業人員。

軌道交通領域BIM技術的發展需要新一代的科研人員繼續加大BIM軟件的開發，提高從業者的專業水平，最大程度地發揮BIM的價值，共同推動BIM技術的進一步發展。

6 結語

目前，地鐵項目中BIM技術的應用越來越廣泛，但實際應用效果并不是很理想，BIM技術優勢并沒完全凸顯，很大一部分原因是項目參建方還不夠重視。同時，BIM應用體系也不夠完善，BIM應用具有很大的隨機性。非系統性的應用，使得BIM價值發揮有限。BIM技術需要項目各參建方共同努力并且加以推廣，制訂地鐵BIM應用標準，落實各參建單位BIM應用能力，最大程度地發揮BIM技術在軌道交通領域的應用價值。