BIM关键性技术在地铁设计中的应用

吴文高

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海200125）

1 引言

随着城市化进程的不断加快，城市交通压力日趋增大。地铁作为一种新型大运量公共交通方式，在缓解城市交通拥堵，优化城市布局，提高城市效率等方面日益发挥重要作用。BIM技术具备的可视性、模拟性以及可出图性，极大地提高了地铁设计的质量和效率，降低了成本，保障了地铁建设的安全和高效。在地铁项目建设中的设计阶段，BIM技术的应用对设计效率和质量至关重要，这直接影响后期项目的建设进度、质量和安全。设计阶段如何最大程度地发挥BIM应用价值，成为当前地铁建设BIM应用的重要课题。

2 规划设计阶段BIM的应用

在轨道交通建设中，规划阶段就有BIM技术的身影[1]。本阶段的BIM应用主要包括以下2方面。

2.1 地质物探模型创建

基于BIM技术，可以实现地质模型的创建，通过地质模型可方便地进行底层分层剥离展示、任意断面和角度的空间剖切、二维断面成图等[2]，能查询并计算工程范围内的地质信息和土方量。

2.2 周边及沿线周边环境模型创建

通过“BIM+GIS”结合，创建项目周边及沿线环境模型，真实反映项目周边环境现状，不仅实现个案的三维信息化管理，而且能实现周边地理环境的大场景。为设计方案决策、场地规划布置等方面提供重要依据。

3 初步设计阶段BIM的应用

在初步设计阶段，BIM技术除了能实现不同设计人员协同设计之外，本阶段的BIM应用主要包括以下几方面。

3.1 土建、机电模型创建

不同专业设计人员通过BIM软件各自协同创建各自专业模型，通过模型协同创建，能时刻关注设计的进度和工作进程，能有效提高工作效率和质量，实现工时设计[3]，及时洞察设计方案缺陷并解决。

3.2 方案比选与优化

通过不同方案模型的创建，利用BIM技术的可视化和模拟性，真实直观展示不同方案的优缺点（见图1），加强方案汇报效果，提高沟通效率，实现不同方案的比选与优化。

图1 某地铁站屋顶内衬板装修方案

4 施工图设计阶段BIM的应用

施工图设计阶段设计方案相对稳定，通过BIM技术，可对轨道交通项目进行深化设计，本阶段的BIM应用主要包括以下几方面。

4.1 管线综合与碰撞检查

地铁项目涉及专业众多，机电管线种类繁杂且数量多，通过应用BIM技术，能对管线进行综合排布，借助软件自动检测功能，能全面、整体地观测项目各方面，集中突破难点，并提取出关键变化部分，有针对性地进行改进[4]，解决管线碰撞问题。通过与支吊架模型的结合优化，不仅能充分考虑设备及管线的检修空间，而且能实现管线排布的合理性、经济型、人文性和美观性。

4.2 空间优化

基于BIM模型，设置车站房间净空要求，逐一排查房间净空高度，针对不满足净空要求的房间进行调整，针对重点区域进行空间优化（见图2）。

图2 某地铁站空间优化调整图

4.3 支吊架优化设计

通过BIM技术进行管线综合时，对支吊架设计进行优化设计，采取支吊架综合安装，充分利用空间，尽力避免支吊架散落布置，避免材料资源浪费。

4.4 机电管线出图

通过BIM技术实现机电管线综合排布后，把通过BIM软件调整好的机电管线导成CAD图纸，指导现场施工，图纸包括管综平面图、管综剖面图、单专业平面图等。

4.5 二次结构出图及预留孔洞检查

为避免后期施工对二次结构的砸、敲，运用BIM技术对每一面二次结构墙体进行立面出图（见图3），对墙体孔洞进行梳理和检查，并快速标注和定位每一面墙体孔洞大小和类型。通过二次结构出图，能显著提高施工质量，加快施工进度。

图3 某地铁站二次结构出图

4.6 墙面箱柜整合

通过BIM技术对车站各专业墙面箱柜布置进行优化、整合，明确安装方式、定位安装位置，制订出整合方案。依照箱柜由大及小，由高及低的原则，实现箱柜布置错落有序，美观合理，每一面墙体箱柜通过BIM图册（见图4）下放至施工单位，精确指导施工，确保现场实施与模型的一致性，实现箱柜布置落地性实施。

图4 某地铁站35kV开关柜室图册示意图

4.7 工程量复核

通过BIM软件提取土建的工程量、风水电等机电的工程量，与投资监理单位的工程量复核，提高工程造价的准确性。

4.8 车站设备运输路径复核

通过三维模型，能直观了解车站设备的运输路径，了解运输路径是否合理以及设备运输时需要注意的关键环节，保证后期车站的设备顺利安装。

4.9 装修效果仿真

在地铁站信息模型中添加材质信息、颜色信息、光源信息等，模拟实景效果（见图5），优化装修设计方案。

图5 某地铁站站厅层及站台层装修示意图

5 问题与建议

5.1 不同阶段的模型传递问题

地铁项目建设主要包括设计阶段、施工阶段和运维阶段。由于各阶段所需要应用的侧重点不同，模型的深度以及构件的划分会有差异，导致不同的模型在不同的应用阶段不具有继承性及传递性。比如，设计施工图阶段的模型反映的是各专业设计需要表达的内容，不会考虑到施工过程中施工工序的问题，所以模型在传递到施工阶段的时候，需要施工单位根据现场的实际情况重新建立模型，不能做到“一模到底”。

5.2 各种BIM软件的兼容性问题

目前，国内在BIM应用中的软件有AutoDesk Revit系列、Bentley Macro Sation系列等。不同的BIM软件会有不同的侧重点，不是全部的建模软件都适合所有的模型建立，例如，Revit系列在建筑三维设计方面比较优秀，Bentley Macro Sation系列则更侧重于基础设施的设计，如果需要把建筑模型与基础设施模型体现在同一个模型里，就会面临不同软件设计的模型是否可以合并的问题，因此，需要打破软件之间的兼容性问题。如果可以解决，可以极大地提高模型的利用率。

5.3 BIM应用自动化的程度不高

BIM软件还不能完全做到设计人员只要输入相应的设计参数，就可以生成相应的设计模型，尤其是在市政等基础设施领域，如桩基的模型建立，还是需要手动建立，所以还需要不断地迭代开发产品，逐步实现工作的半自动化到全自动直至智能化。

5.4 BIM从业人员的专业化知识有待提高

一个合格的建筑信息模型从业人员不仅需要会建模，更需要有专业的设计素养，但目前两者兼顾的BIM从业人员极少，需要培养更多的专业化的从业人员。

轨道交通领域BIM技术的发展需要新一代的科研人员继续加大BIM软件的开发，提高从业者的专业水平，最大程度地发挥BIM的价值，共同推动BIM技术的进一步发展。

6 结语

目前，地铁项目中BIM技术的应用越来越广泛，但实际应用效果并不是很理想，BIM技术优势并没完全凸显，很大一部分原因是项目参建方还不够重视。同时，BIM应用体系也不够完善，BIM应用具有很大的随机性。非系统性的应用，使得BIM价值发挥有限。BIM技术需要项目各参建方共同努力并且加以推广，制订地铁BIM应用标准，落实各参建单位BIM应用能力，最大程度地发挥BIM技术在轨道交通领域的应用价值。