基于建模標準的城市軌道交通工程BIM模型多階段表達

姜凱

摘要：隨著國內外信息化、空間定位、人工智能等技術逐漸發展以及大數據平臺的日趨完善，BIM技術被廣泛應用于軌道交通建設中的項目設計、施工階段，涵蓋BIM技術的共同設計、施工管理等。BIM作為一個技術性軟件，其主要作用體現在了工程設計、施工領域階段中的可視化功能中，但是隨著BIM軟件功能的不斷開發，學者研究發現其可視化功能可被應用于各種領域的運維階段，同時可以發揮減少運維成本、提高運維效率的功能。之后BIM技術開始被應用于軌道車輛運維領域，對于目前的研究而言，大部分的文獻研究基本處于理論探索階段，所以在深化技術和加強應用方面有極大的研究空間。本文就針對于目前的文獻研究現狀，主要從現狀、理論、技術和應用這四個方面歸納梳理了目前的研究成果以推動該領域的發展。

關鍵詞：城市軌道交通;BIM;三維技術交底;智能調線調坡

引言

近年來，軌道交通設計信息化水平得到大幅提升，特別是以三維數字技術為基礎的建筑信息模型（BuildingInformationModelling，BIM），可形象直觀地開展三維設計與分析，能承載設計、施工、運營整個生命周期工程信息，進行各類分析、仿真，現已成為軌道交通設計信息化的重要發展方向。

1建模范圍及劃分

城市軌道交通工程建設和運營與周邊環境密切相關，為保證全生命周期有效管理，需創建并集成城市軌道交通工程涉及的不同類型項目BIM模型。城市軌道交通工程涉及的BIM模型可分為周邊環境模型和工程本體模型。其中，周邊環境模型包括地質、建（構）筑物、地形、地下管線等模型。（1）地質模型可全線統一創建，基于所有鉆孔數據模擬生成，并保證模型間不同地層良好銜接，在使用過程中可按工程部位、標段等進行拆分。（2）建（構）筑物、地形等場地模型宜全線統一創建，由于城市軌道交通線路較長、模型范圍較廣，導致軟件操作困難，可使用分段創建和儲存的方式，在使用時按工程部位、標段等進行拆分。（3）城市軌道交通工程涉及城市地下管線，包括雨水、污水、給水、燃氣、電力、電信等，宜根據車站主體、區間線路等外延50m范圍創建地下管線模型。城市軌道交通工程本體可按工程部位、專業、系統等方面拆分模型。例如，根據城市軌道交通工程部位劃分，可分為車站、區間、車輛段（停車場）及其出入線、主變電站（所）、控制中心等。

2應用影響因素分析

技術因素的制約也是限制BIM技術被應用于軌道車輛運維領域的重要部分。首先是BIM建模缺乏相應專業軌道車輛的建模平臺，所以就現階段而言建模平臺的選擇研究尤為重要，建立一個適合的軌道交通模型是最重要的基礎。其次是傳感器和實時數據的監測。將無線傳感器與BIM模型相結合，實現了設備維修者對故障設備的快速定位維修和系統性的利用BIM模型完成自動化的故障維修報告生成，以便于針對性的進行設備維修;提出了將BIM模型與傳感器和檢測系統相互聯系，使得實現對軌道交通系統的實時監測，并使其得到的信息數據與各個運維信息平臺實現數據共享，這為BIM技術應用于軌道車輛運維階段提供了基礎性研究。

3城市軌道交通工程BIM模型多階段表達

3.1前處理

在利用Revit軟件創建車站的基坑模型（僅主體結構）前，將基坑模型的dwg格式文件導入CAD中實現模型定位及單位轉換，然后在CAD中導出iges格式文件到ABAQUS中，在ABAQUS中設置基坑主體結構及周圍土體單元。基坑主體結構及周圍土體均剖分為四面體單元，模型的單元總數為601660個，結點總數為105237個，模型尺寸為400m（長）×100m（寬）×80m（高）。基坑采用地連墻施工，墻厚為0.9m，中間標準段寬為23.5m，兩端的擴大段寬分別為25.5m和27.5m，基坑深度為19.0m。最后，通過FLAC3D的網格導入功能，調用ABAQUS中創建的模型。

3.2總體設計階段

采用BIM技術對城市軌道交通工程設計運營功能、工程規模、工程投資等進行分析，驗證工程項目可行性、穩定線路站位、優化設計方案，保證總體方案的合理性、適用性和經濟性。該階段重點是根據周邊環境確定城市軌道交通的線站位布置，BIM模型顯示外輪廓即可，包含模型單元簡單描述。因此，在總體設計階段，BIM模型的建筑墻僅需構建外墻，無需構建建筑內墻，外墻的幾何表達精度要求為G2、信息深度等級要求為N1。

3.3盾構掘進應用

本工程盾構掘進過程中下穿既有建（構）筑物較多，通過整合BIM模型與地上地下環境模型，立體呈現本工程與既有建（構）筑物的空間位置關系，掌握既有建（構）筑物基礎類型。將監測數據與BIM模型掛接，實時監測既有地鐵線路沉降、位移、傾斜等變化情況，科學調整盾構機掘進參數，及時采取相關措施。利用智慧平臺集成實時監測數據，系統可進行如下數據處理：①模擬數據變化的趨勢及可能出現的后果;②實時展示盾構掘進、同步注漿及二次注漿參數，確保同步注漿到位，及時進行二次注漿;③在下穿前進行危大工程提示，下穿過程中對監測變化情況進行預警，嚴格按照方案采取施工措施及應急措施。

3.4初步設計階段

在初步設計階段可應用BIM技術對設計方案或重大技術問題的解決方案進行綜合分析，協調設計接口、穩定主要外部條件，論證技術上的適用性、可靠性和經濟上的合理性。BIM模型在總體設計基礎上需要增添車站功能分區等內容，并根據設計方案構建建筑內墻。此時，建筑墻的幾何表達精度要求為G2、信息深度等級要求為N2。

3.5 BIM模型+監測數據可視化應用

本工程全線臨近既有地鐵，風險極大，雖然對既有線采用了自動化監測，但傳統自動化監測手段采集數據的頻率非常高，每天可產生約6000條數據，管理人員很難進行快速判斷。本工程利用BIM+GIS技術，將主體結構、圍護結構等三維模型整合至輕量化平臺中，將監測數據掛接至整合模型中，可直觀展現隧道的位移趨勢及數值。通過對數據變化的分析可達到實時預警的效果，使管理人員能夠快速掌握既有地鐵線點位位移情況，采取合理的施工方案。管理人員在施工現場可利用移動設備調取模型中的監測數據，查看任意監測點的監測數據及變化趨勢，全面掌握監測情況。

結束語

綜上所述，BIM技術作為一個可進行深度開發的圖像應用管理技術，將其應用在軌道車輛運維領域是發展的必然，通過發揮其技術的優勢，可以充分的解決一些目前在傳統運維方面無法解決的問題，具有巨大的潛在研究價值，而通過現在智能技術的飛速發展，BIM的深度研究應用也會隨著技術的不斷提高和發展實現深度融合，使軌道車輛運維可以實現真正的高效、快捷、安全、智能，從而完成軌道車輛智能運維平臺的成熟，促進軌道車輛運維技術不斷的發展完善。

參考文獻

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