BIM技术在轨道交通工程设计中的应用

2020-02-20赵珍祥

四川水泥 2020年1期

赵珍祥

（杨凌职业技术学院交通与测绘工程分院，陕西杨凌 712100）

建筑信息模型（building information model ,BIM）是将建筑物三维数字化建立的建筑物信息集，其能够将建筑的设计、施工以及管理等需要的信息相关联，实现各专业协同工作。BIM技术具有信息集成、工作可传递、支持协同工作等技术优势，以工作可传递性为例，建筑信息模型中的工程数据在创建之后就具有随时保持一致的相互关联性，对工程中一项内容进行修改后，系统就会自动将修改后全部受到影响的图元表现出来，无需设计人员手动处理，这一特点使得BIM的项目工作具有连续性，能够降低成本，节省物力，提高工作效率[1]。近年来BIM技术从最开始的概念转变为可以实际应用的设计工具，这为建筑的设计、建设、施工以及管理都带来了新的挑战与机遇。BIM技术当前已经应用于城市轨道交通工程的设计中，在车站管线综合碰撞检查以及地铁车站与周边环境的可视化设计中都发挥着重要的作用。

1 在前期规划中的作用

将BIM技术应用于城市轨道交通的前期规划阶段，不仅可以对项目的可行性进行分析，还可以建造出城市交通三维模型。该模型不仅包括特殊建造物、管线地形、道桥情况、地址条件等固有特性，还可以包括人文经济、社会科学、技术研究以及自然科学等各方面的资料与信息，例如可以将车流的出行分布、城市的经济结构以及人口的密度组成等融合于三维模型中。有了这些信息的支持，能够为轨道线网的平均运距、日换乘量、日客运量以及线网规模等进行计算与分析。

2 可视化设计

在方案的初步设计阶段，采用BIM技术建造车站的三维实体模型，能够帮助工作人员立足全局掌握周围建构筑物、周边地上与地下的管线、道路以及地形等，帮助设计者直观、快速地推敲车站的附属体以及建筑主体量，除此之外还可以与车站一体化开发的造型与范围等对其功能与布局进行剖析。在项目的不断推进过程中，通过BIM技术可以对多个设计方案进行探索，其中不仅可以对详细的工程设计进行设计，还可以设计概念上的方案。BIM技术的设计选项允许建筑师仅利用一个模型就对多个备选方案进行开发与研究[2]。

3 优化设计

建筑设计不可能一次性到位，设计过程中时常需要反复进行修改与优化。传统平面设计时，当业主方提出任何意见或者受到各种主客观因素的影响时而需要对设计进行变更时，设计人员就不得不对大量图纸中的相关信息进行手动修改，不仅大量消耗了设计人员的时间与经历，各相关单位信息不匹配的现象还比较容易出现，假如优化设计的问题在施工阶段才被提出，那就非常容易出现浪费资源、返工、设计变更等问题。

BIM技术的可靠性以及直观可视化特点，允许设计单位与业主方充分利用BIM模型来进行交流沟通，及时发现设计存在的问题，对方案进行优化以及论证，这使得BIM技术的价值得到了充分的发挥。BIM模型中，图纸属于视图类型之一。BIM模型允许设计者结合自己需要创建的图纸类型，来将三维视图、立面、剖面以及平面等各种模型界面直接添加到视图中。BIM模型基于特定逻辑关系来生成其中的图元构件，设计文件中的各种模型构件以及图纸视图等图元相互关联，对任何一部分进行修改，修改都会自动完成，同时还会对其他与模型相关的全部子项造成影响进而引起关联变更。项目中的专业协同工作使得任何专业在任何地方、任何时刻做出的任何变动都能确保与其它专业的设计保持完整与协调，确保其改动处于最新状态。这使得设计人员的错误率得到了明显的降低，减少了重复劳动，也能够提高效率、减少资源浪费、降低成本。

4 协同设计

BIM技术下的协同设计，指的是设备、结构以及建筑等各个专业工作于同一个工作平台下，集体共享设计的项目中心文件。各专业人员采用自己的BIM核心建模软件来建立其本专业的BIM模型，将自己的BIM模型与中心文件链接并同步，将修改或者新添加的信息自动添加到中心文件中。该中心文件就是建筑信息模型，所有专业能够通过建筑信息模型来对其他专业构件的信息以及布置等进行查看，这为信息共享提供了便利。

设计单位在对方案进行设计、初步设计以及对施工图进行设计时，都可以对专业进行分类，例如结构工程、设备工程以及建筑工程等，结构专业中包括柱、板、梁；建筑专业包括门窗、屋顶、楼板以及墙柱；设备专业包括消防、电、暖、水等基本图元。这些图元组成具有较高复杂的体量，也被称为“族”，其与CAD中的“块”比较相似[3]。最后各个专业协同，将完整的BIM模型搭建完毕。

5 自动碰撞检测

城市轨道交通工程设计中牵扯专业较多，将近30个，车站内部的吊顶管线数量众多，需要各个专业相互配合。平面设计时，大量管线以平面图纸表现出来就是密密麻麻的线条，CAD视图界面上还可以采用不同宽度与颜色的线条来进行区分，但是当图纸打印出来时，几乎全都是黑色的线条，难以相互区分，也不够直观，因此即使是有问题，也难以及时发现；剖面图上的管线排布无法将站内全部管线的高程情况反应出来，空间局促部位如梁下、交叉以及转角等时常存在梁与管线或者管线之间冲突的问题，但是由于缺乏三维立体空间反馈的缘故，仅从图面上是看不出问题的，因此平面设计下的管线综合排布始终是让人看了就头痛的工作。

BIM技术的碰撞检查功能可以实现自动碰撞检测，三维管线综合基于BIM三维建筑设计，对管线进行碰撞检查、标高调整以及走向优化等，这一技术妥善解决了“管线打架”的问题。自动碰撞检测的功能在短时间内检查错、漏、碰、缺，这使得工程师能够在短时间内获得设备管线的高程冲突的指导意见，避免了二维设计中各专业信息确实的问题，使得设备、结构以及建筑各专业之间的沟通效率得到了提高，明显提高了设计以及施工质量。

各专业工程师基于BIM软件，建立与实际工程大小相同的模型，之后利用专业协同功能来获取相关专业的信息。之后根据“有压让无压”、“强弱电整合”、“小管让大管”等原则，由计算机来对各个构件对象之间的相互影响进行自动检测。例如，自动碰撞检测可以提示哪里的管线在高程上存在冲突、暖通风管是否存在腋角或梁冲突等。基于BIM技术可以实现自动碰撞检查，能够发现人工难以发现的碰撞点，经数次检测以及设计调整之后，得到的“零碰撞”模型可以满足各专业以及施工要求。