基于BIM的城市軌道交通工程設計

廉雅琪

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710000）

一、軌道交通工程建設現狀

隨著我國經濟的發展，城市交通問題日趨嚴峻，軌道交通工程因具有可有效緩解交通擁堵，載客量大、速度快，污染小，安全可靠等特征，在當今建設中日漸取代傳統交通，成為重要的一種出行方式。軌道交通工程專業接口多，系統性強，投資大、項目功能的要求嚴格，干擾因素多、需要多專業密切配合，全壽命周期信息量大，導致其設計及工程管理復雜，傳統的管理方式越來越無法滿足復雜的軌道交通工程建設要求。現階段，在軌道交通工程中主要通過CAD 等傳統設計工具進行設計，各工程單元不能進行系統的分析和展示，各部件之間的關系無法充分顯示，圖紙的表達不直觀，設計意圖不易理解，可能導致工程返工，增加施工成本。軌道交通涉及的單位多，相關參與方信息交流、資源配置等缺乏統一的管理，直接降低了工程整體的效率與質量標準。因此，為了提升設計質量，減少設計變更，做到可視化指導施工，節省建設投資和加快工程實施進度，我們在城市軌道交通工程中引入了BIM技術。

二、軌道交通工程特點、設計思路

（一）軌道交通工程特點

1.軌道交通工程周邊環境復雜，周邊各類市政管線交錯，施工的難度大、安全隱患多。在施工過程中若圖紙有設計疏漏，極易造成地下市政管線的破裂，導致燃氣、自來水滲漏、電力中斷等工程事故，產生的社會負面影響大。2.軌道交通工程是一個綜合性專業非常強的系統工程，在整個施工的環節中不只是需要保證基礎結構等功能，還需要同時滿足盾構施工區間的要求。在地鐵車站施工過程中要制定嚴格的工程組織計劃，合理規劃工作面、工作段以及各個工種的協同作業，才可以在保證質量和安全的情況下按時完成車站的施工。

（二）軌道交通設計思路

1.首先線路設計平面宜布設于道路紅線范圍內，結合施工方法、管線分布、站位布設、建筑物等因素優化線路與道路橫斷面關系，因地制宜，盡可能減少拆遷工程及對現狀交通的影響，在工程投資增加不大的前提下線形力求順直。

2.其次軌道交通車站布置應符合城市總體規劃及軌道交通線網規劃要求，在考慮最大限度地吸引和疏散客流的同時，便于乘客在軌道交通和地面公共交通之間的換乘，并應妥善處理與城市交通、地面建筑、地下管線、地下構筑物之間的關系，并應盡量減少房屋拆遷、管線遷改和施工時對地面建筑物、地面交通及環境和市民的影響，積極采用新技術、新工藝、新材料，方便施工，減少干擾，縮短工期。合理減少土建工程，節約投資。軌道交通工程周邊環境復雜，考慮因素多，設計、施工難度大，工期長。在軌道交通中引入BIM技術，設計和施工會有質的飛躍。

三、BIM技術在軌道交通工程設計階段的應用分析

（一）協同設計

軌道交通工程項目建設涉及很多專業，不同專業之間的配合會影響整體的施工質量與效果。BIM技術在軌道交通設計中的應用要求嚴格，必須要保障可以實現三維設計，基于3D 模型生成不同的圖以及文檔信息，同時這些圖形和文檔與模型邏輯始終具有一定的關聯性。在特定的對象出現變化的時候，與其相關聯的對象隨之變化，以此實現不同專業之間的信息共享。在出現專業設計對象被修改的時候，其他相關專業設計中的對應對象也隨著修改，設計成果在BIM 模型中可統一、實時的顯示，進行信息的自然交互，實現不同專業之間的協同開展。土建專業確定BIM 模型的原點，設置BIM 模型的項目基點位于此原點。其余系統專業（給排水專業、強電系統、弱電系統、接觸網專業、軌道專業等）均在土建專業下發的模型上，參照BIM 設計原點、限界專業區間剖面設備空間布置關系及本專業要求進行設備及管線的模型布置。最終由限界專業在服務器匯總后，開展碰撞檢查。BIM 設計軟件是在兩物體出現干涉時識別為碰撞，因此也會判斷出很多不合理的碰撞之處，各專業可查看報告，排除不合理的碰撞。本次檢測為各專業一對一進行碰撞檢測，忽略了各專業內部碰撞，生成html 格式的報告文件。在軟件自動碰撞檢查后，再次通過人工漫游進行核查，結合斷面布置示意圖，核對出非碰撞且需修改的地方，然后進行修改。如設備布置不合理、與限界設計原則布置不一致等情況。

（二）設計可視化

BIM技術作為一種可視化程度較高的工具，主要涉及項目的幾何、物理以及功能等信息，同時不同計算機模擬軟件的集成，在一定程度上拓展了其可視化的功能。在特定的階段，BIM 模型會基于其關聯要素的轉變而進行實時的動態自動更新，可視化效果與設計始終保持一致。同時，BIM技術具有碰撞檢查的功能，可以通過BIM技術將差、錯、碰、漏、缺等問題及時傳遞給設計人員，極大地提高了審圖的效率。可實現周邊控制因素、管線改遷等可視化。基于BIM 模型在平面、剖面圖的直觀可視化特點，利用BIM 軟件中模型在同樣一處的平、剖面表達的一致性，與設計圖紙進行核查，避免二維設計過程的錯漏碰撞。

（三）3D 模型展示

利用BIM技術自身的優勢可以實現動畫的制作，可以通過相關路徑動畫、環繞動畫等效果進行軌道交通線路的展示。在建模中利用REVIT 三維剖切功能，截取橫縱斷面，清晰直觀的三維視角，在設計中充分起到了隨時明確位置關系和查漏補缺的作用。利用AutoRevit，鏈接車站及區間CAD圖紙，在Revit 中建模,完成二維向三維的轉換。更以3D 視角直觀反應車站與區間的空間位置關系。

車站三維縱剖視圖區間平面模型展示

通過BIM 三維可視化應用，直觀地展示了車站與區間的位置關系、區間管線與設備位置關系。區間依靠BIM技術，有效避免了設計誤差。基于BIM 模型在平面、剖面圖的直觀可視化特點，利用BIM 軟件中模型在同樣一處的平、剖面表達的一致性，與設計圖紙進行核查，避免二維設計過程的錯漏碰撞。在此次建模中利用REVIT 三維剖切功能，截取橫縱斷面，清晰直觀的三維視角，在設計中充分起到了隨時明確位置關系和查漏補缺的作用。

（四）碰撞檢測與優化

BIM 設計軟件是在兩物體出現干涉時識別為碰撞，因此也會判斷出很多不合理的碰撞之處，各專業可查看報告，排除不合理的碰撞。碰撞檢測為各專業一對一進行碰撞檢測，忽略了各專業內部碰撞，生成html 格式的報告文件。在軟件自動碰撞檢查后，再次通過人工漫游進行核查，結合隧道斷面布置示意圖，核對出非碰撞且需修改的地方，然后進行修改。如設備布置不合理、與限界設計原則布置不一致等情況。軌道交通工程設計需建立室外管線及建筑、結構等專業BIM 模型，通過分析碰撞沖突報告，可以清晰地反映原狀室外管線與車站主體的碰撞、各專業管線碰撞，檢查解決工程建設中各專業前期協調的難題;通過采取改進措施實現BIM 模型優化，為室外管遷方案、室內管線布置，實現了天地墻布置整齊劃一，整體效果美觀、整潔、和諧提供了可視化的手段，并有效的分析論證了管遷方案的合理性[1]。

（五）在城軌交通工程設計中，最重要的是對客流量和疏散逃生的考慮

傳統對于客流量的預測是根據統計的數據在預測理論基礎上建立模型分析，這樣得到的數據會產生較大誤差。而利用BlM技術對地鐵車站客流進行動態仿真模擬，形成最優的客流分布，為車站出入口位置的選擇和地下空間開發提供了有價值的參考。運用逃生模擬分析軟件加載逃生路徑和疏散人數等參數對BIM 模型進行系統分析，可以得到疏散時間、軌跡、人數變化的曲線圖，以利于工程師在設計過程中有針對性的調整和優化設計方案。換乘車站及大客流車站選用AnyLogic 仿真軟件進行仿真客流模擬，結合輸出數據表格、演示動畫、車站客流數據模型等各項成果，對優化車站建筑布局起到顯著作用[2]。

四、施工階段BIM技術應用

（一）BIM+質量管理

在工程中使用BIM技術對施工的質量進行事前、事中、事后三個階段的控制。在項目施工前搭建三維信息模型的過程中核查工程圖紙的設計錯誤和漏洞，協同工程設計單位對設計進行修改，同時在這個過程中找出施工時的重點和難點，提前準備，保證工程質量得到控制。進入實際施工階段后，使用三維可視化模型進行技術交底并作為施工質量控制的基礎，在局部細節和整體工程上全面進行質量控制。最后在工程竣工時，進行三維信息模型的交付和質量驗收。對地鐵車站現場施工過程、施工工藝可視化，幫助提高工程質量[3]。

（二）BIM 與信息化技術結合應用

BIM技術使用軟件專業性強，對于管理人員來說施工門檻較高，為有效推廣BIM技術應用范圍，通過輕量化技術將BIM 模型放置于網頁端、移動端應用，與信息化技術結合，可極大提升建設單位管理者信息獲取效率，讓BIM技術全員應用，更好的發揮BIM技術價值。依靠BIM技術數據集成來實現三維模型與施工工序、進度計劃、質量安全信息、施工現場布置等信息的串聯，打造基于BIM的建設單位項目管理平臺[4]。

結語：基于BlM技術，使得城市軌道交通工程的設計得到了從二維設計到三維設計、從單純的幾何表現到全信息模型的集成、從各專業獨立完成到全專業協同配合上的改革。BIM技術使信息可視化數字模型在保留了工程數據信息精確度的同時，為信息在設計人員與其他參與方之間的傳遞提供了極大的方便。渲染模型具有較強的展示能力，也方便城市居民對于城市公共設施建設及周邊規劃的了解和對于施工過程的監督。BIM 在城市軌道交通工程中已然樹立了“革命性技術平臺"的地位，未來的發展前景也必定更加廣闊[5]。