淺談BIM技術(shù)在五象車輛段工程中的應(yīng)用

肖潛飛

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

南寧地鐵4號線五象車輛段定位為定修段，承擔本線車輛定、臨修及部分列車周、月檢和列檢運用，并在該車輛段范圍內(nèi)設(shè)置了綜合維修中心、物資總庫。段內(nèi)共有單體23個（不含主變所、消防站），總建筑面積約9.55 萬m2。該車輛段的順利驗收[1]，將為南寧地鐵4號線通車運營提供保障，進一步加強了邕江南岸東西方向的直接聯(lián)系。

車輛段是軌道交通車輛進行維護檢修的重要場所。車輛段設(shè)計通常包括工藝設(shè)計、站場道路及排水設(shè)計、路基設(shè)計、建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、低壓配電設(shè)計、給排水及消防設(shè)計、通風空調(diào)及采暖設(shè)計、綠化景觀設(shè)計、工程籌劃及概預算設(shè)計、綜合管線設(shè)計以及與各系統(tǒng)專業(yè)的配套設(shè)計。其中，綜合管線設(shè)計的重要性不亞于土建設(shè)計。由于管線通常敷設(shè)于地下（道路下或股道下，室內(nèi)也采用架空方式），車輛段管線種類多、數(shù)量大，涉及專業(yè)多，在設(shè)計過程中高程干涉之處難以發(fā)現(xiàn)。綜合管線設(shè)計的難度和工作量都較大，對總平面布置也有較大的影響。綜合管線設(shè)計成功與否，是衡量或判定車輛段（場）設(shè)計成功與否的第一道關(guān)口[2]。

車輛段室外管線工程涵蓋了站場、地路、建筑、結(jié)構(gòu)、橋梁、電力、通信、信號及給排水等多個專業(yè)室外部分設(shè)計內(nèi)容。車輛段內(nèi)涉及管線主要包括站場排水溝（管）、供電電纜溝、供電管線、雜散電流管線、低壓配電管線、通信管線、生活污水管、生活給水管、生產(chǎn)廢水管、消防水管、燃氣管和接觸網(wǎng)等，其中與市政管線接駁的站場排水溝（管）、生活污水管、生活給水管以及燃氣管等。段（場）內(nèi)管線種類多、數(shù)量大，管線綜合設(shè)計的難度和工作量都較大。車輛段內(nèi)房屋較多，其一般以運用庫、檢修庫為核心，段內(nèi)還設(shè)置了各類生產(chǎn)輔助房屋，包括洗車庫、輪對踏面、受電弓檢測棚、臨修庫、不落輪鏇庫、物質(zhì)總庫以及綜合樓等。而地鐵車輛段涉及專業(yè)多，接口多，協(xié)調(diào)工作量大。從以往的工程設(shè)計實踐中可以看出，傳統(tǒng)的二維設(shè)計校核檢驗困難，存在管線碰撞和專業(yè)接口銜接不當?shù)葐栴}。

BIM設(shè)計是新一代數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計的基礎(chǔ)，是使設(shè)計目標更立體化、形象化的1種新興設(shè)計方法，是傳統(tǒng)二維設(shè)計方式的1種升級。為了減少廢棄工程的產(chǎn)生，應(yīng)用BIM技術(shù)也有利于日后運營維護，一方面是提高設(shè)計者的職業(yè)素質(zhì)，另一方面需要更新設(shè)計思路[3]。

1 室外綜合管線BIM建模應(yīng)用

1.1 室外綜合管線BIM設(shè)計流程

現(xiàn)階段車輛段室外綜合管線BIM設(shè)計需要先完成室外綜合管線二維施工圖設(shè)計，根據(jù)二維圖紙完成BIM模型建模；并判斷碰撞情況；最終輸出綜合管線碰撞報告及調(diào)整說明。

現(xiàn)階段現(xiàn)場施工仍然需要二維圖紙作為施工依據(jù)。采用以上方法的設(shè)計周期長，工作量較大，通常設(shè)計周期難以滿足現(xiàn)場需求。存在上述問題的關(guān)鍵在于目前沒有由BIM模型快捷生成二維圖紙的解決方案，即使BIM三維模型構(gòu)建完成，仍然需要重新繪制二維圖紙，為了解決上述問題，課題組成員對BIM模型自動導出二維圖紙的方法進行研究，解決了BIM正向設(shè)計的難點，實現(xiàn)車輛段室外綜合管線正向設(shè)計流程，具體流程如圖1所示。BIM技術(shù)具有可視化、虛擬化等優(yōu)勢，能很好地解決管線綜合設(shè)計的難題。通過整合多方建設(shè)信息，BIM技術(shù)更能夠進行協(xié)同管理，提升工程決策、規(guī)劃、設(shè)計施工和運營管理的整體水平，減少返工浪費、有效縮短工期，提高工程質(zhì)量和投資效益[4]。

圖1 室外綜合管線BIM正向設(shè)計流程

1.2 BIM標準化模型庫構(gòu)建

在標準化模型庫構(gòu)建過程中，除了賦予模型常規(guī)的幾何、材質(zhì)等信息外，還對管線模型庫中模型進行了類型、圖層、顏色、切圖樣式等信息的標準化定制。給后續(xù)智能化標準化出圖提供了信息基礎(chǔ)。如圖2所示。

圖2 模型切圖信息標準化定制

1.3 碰撞關(guān)系識別與調(diào)整

基于AEcosim三維設(shè)計平臺和Navigator碰撞檢測平臺，通過定于管線的碰撞檢查原則，對五象車輛段的室外綜合管線BIM模型進行了碰撞核查，其中對碰撞的定義除了包括管線發(fā)生物理空間上的干涉外，還包括不滿足碰撞檢查原則情況，例如當供電管線與通信信號管線平行距離不滿足安全距離要求的情況，也視為發(fā)生碰撞。除了管線與管線之間的碰撞外，該研究匯總還對管線與其他構(gòu)筑物的碰撞進行檢測，檢測出的碰撞情況如圖3所示。圖3為污水管與地梁碰撞，采用在模型中降低污水管標高至地梁以下的方法，避免管線與土建工程沖突。

圖3 污水管與地梁沖突

1.4 BIM成果輸出

1.4.1 平面圖標準切圖與標注

隨著BIM技術(shù)的普及應(yīng)用，以二維圖紙為主要信息載體的設(shè)計交付體系，將逐步過渡到以BIM模型為主并關(guān)聯(lián)生成二維視圖的交付體系，這是BIM模式下圖紙交付的總體趨勢和方向。但是，現(xiàn)階段BIM軟件生成的二維視圖并不能完全滿足在施工應(yīng)用中二維制圖的規(guī)范要求。為了解決這些問題，通過對Bentley平臺軟件進行二次開發(fā)，采用切圖工具完成標準化切圖操作，切圖過程如圖4所示，切圖后模型在剖切面上按標準切圖樣式進行顯示。首先完成管線標注設(shè)置。然后根據(jù)設(shè)置自動輸出標注結(jié)果，輸出管線間距標注[5]。

1.4.2 二維圖紙批量輸出

對bentley平臺軟件進行二次開發(fā)，基于OpenDWG的信息轉(zhuǎn)化技術(shù)，實現(xiàn)軟件bentley平臺和CAD軟件的圖紙信息接口互通，基于BIM模型的標準化切圖樣式管理，實現(xiàn)圖紙的批量化輸出。設(shè)計輸出圖紙包括總平面布置圖、電纜總布置圖及復雜節(jié)點設(shè)計圖。

1.4.3 三維PDF輸出

完成的BIM模型可導出三維PDF文件，如圖5所示為五象車輛段的PDF輸出文件中模型軸側(cè)視圖，文件中附帶了尺寸、高程及貼圖等模型信息。復雜節(jié)點的設(shè)計成果得到了更加直觀和靈活的展示，可以直接用于指導施工過程，減少工程建設(shè)的反復。

圖4 切圖演示

圖5 總裝三維PDF文件輸出

2 BIM技術(shù)在五象車輛段房建工程中應(yīng)用

2.1 定修庫模型構(gòu)建

傳統(tǒng)檢修庫設(shè)計多采用二維手進行設(shè)計，因二維設(shè)計的局限性，不可避免地會產(chǎn)生設(shè)計遺漏及誤差。因此，利用BIM三維技術(shù)進行檢修庫設(shè)計，設(shè)計人員可以通過對各類標準數(shù)據(jù)庫進行調(diào)用實現(xiàn)檢修庫的快速建模，并通過對三維模型進行剖切形成二維圖紙，實現(xiàn)三維設(shè)計，二維出圖的目標，有效減小了設(shè)計誤差，提高了設(shè)計質(zhì)量。定修庫BIM模型如圖6所示。

圖6 定修庫人視圖

2.2 定修庫模型應(yīng)用

2.2.1 工藝設(shè)備布置優(yōu)化

地鐵定修庫庫內(nèi)設(shè)備BIM模型如圖7所示，通過對定修庫庫內(nèi)工藝設(shè)備模型進行標準化模型庫的模型調(diào)用，快速完成了月檢庫設(shè)備的布置，發(fā)現(xiàn)月檢庫作業(yè)平臺與起重機的布置存在作業(yè)干擾，從而優(yōu)化工藝設(shè)備布置設(shè)計，合理確定起重機的工作高度及起吊范圍。

圖7 定修庫設(shè)備布置BIM模型

2.2.2 庫房結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

通過土建結(jié)構(gòu)模型與工藝設(shè)備模型等多專業(yè)模型的融合，發(fā)現(xiàn)在工藝流線中存在的干涉問題，轉(zhuǎn)向架運輸線路與結(jié)構(gòu)剪刀撐沖突，對轉(zhuǎn)向架運輸線路上的人員作業(yè)存在影響，通過優(yōu)化剪刀撐的高度使問題得到解決。

3 結(jié)語

目前，BIM三維管線設(shè)計已經(jīng)成功地應(yīng)用在五象車輛段室外綜合管線、定修庫及周月檢庫工藝廠房等一系列工程設(shè)計中。通過建立軌道交通車輛段工藝設(shè)備、土建、各類工藝管線標準庫和非標準庫，實現(xiàn)資源共享，在車輛基地工程BIM設(shè)計時，實現(xiàn)各單元模塊的快速調(diào)用和標準化，提高BIM設(shè)計效率。

為了提升軌道交通車輛段工程質(zhì)量和工程設(shè)計效率，利用BIM三維設(shè)計系列軟件，對傳統(tǒng)的二維輔助工程設(shè)計方法進行革新，通過建立三維建筑模型、綜合管線模型、機電設(shè)備以及電纜橋架及內(nèi)裝模型等主要構(gòu)筑物和設(shè)施的全信息模型，將三維設(shè)計應(yīng)用于軌道交通車輛段設(shè)計。在三維協(xié)同條件下進行專業(yè)內(nèi)和專業(yè)間的碰撞檢查和校核工作，方便施工、監(jiān)理等單位直觀理解綜合管線布局，多角度、多方位指導工程設(shè)計與施工，工程設(shè)計質(zhì)量和服務(wù)水平。