BIM技术在轨道交通工程设计中的运用

李 伟

（华润（深圳）有限公司，广东 深圳 518000）

在城市化快速发展的背景下，作为城市重要交通工具的轨道交通也日渐发展迅速。而BIM技术将信息技术与建筑工程相结合，凭借其在工程设计中所展现出的突出优势和特点，逐步运用到轨道交通工程建设中，在工程项目的设计、施工、管理等过程中发挥辅助优化功能，促进各方在工程建设中的有效衔接和沟通。轨道交通工程具有施工周期长、协调工作量大、建设边界限制因素多、设计专业门类多等复杂特点，这无疑在施工方面大大增加了工程的施工难度，导致工程实际施工情况与预期设计目标存在误差；而BIM技术在工程设计阶段中的运用，则大大提高了工程设计的精准度、效率，能保障工程施工质量、进度及安全，为后期各工程项目的具体施工提供基础保障。

1 BIM技术概述

BIM的英文全称为Building Information Modeling，即建筑信息模型。该技术作为一种有效的数据化工具，被广泛运用于建筑工程项目的设计、管理、建造当中。BIM技术的运行原理是结合工程建筑施工实际情况，通过虚拟建筑三维模型的构建，借助数字化技术，为模型提供与实际情况相符、内容完整的建筑工程信息库。并将与建筑施工对象相关的非构件对象状态信息、专业属性及状态信息、建筑物构建几何信息等全部容纳在信息库当中，用以对新产品的开发管理提供充足的信息支持。因此，从作用上来看，BIM技术在建筑工程中的应用，能够大大提升工程的信息集成度，通过将建筑工程信息化模型整合、数据化处理，为设计者、运营单位、建筑施工企业等工程项目相关利益方提供一个围绕建筑工程项目本身的各方面信息、数据共享交换平台，并将这些数据信息作用于建筑工程的全生命周期过程中，为其后续建筑项目策划、运维、调整提供数据依据。综上，可以将BIM技术的显著特征归结如下：具有动态、变化、时刻保持更新、充实的数据库；拥有数字化设计优势功能；可以应用于工程的全生命周期当中并持续发挥作用；能够为项目参与各主体提供工作协同平台，促进各部门之间的协同、沟通。

2 BIM技术在轨道交通工程设计中的具体应用

2.1 协同设计

轨道交通工程设计专业除了包含建筑、结构、水暖电等常规专业，还涉及通信信号、轨道、车辆等共三十多个专业种类，专业之间协同性要求高。BIM技术的数据承载和传递功能，使其建筑信息模型更是处于一个持续更新、丰富的过程，因此BIM技术有着强大的协同设计优势。通过在各工程主体之间搭建专线、构建服务器，可确保建筑工程信息的实时开放和资源共享。在促进工程各方主体之间及时就工程建筑施工情况进行沟通、协调，促使各方能够在同一模型中进行本专业工作的布设、信息查询，帮助管理者及时掌控工程施工进度，由此来解决传统轨道交通工程设计分散、协同性差、成果不集中等问题，促进完整BIM建筑模型的建立。在实际应用中，深圳地铁建立了地铁BIM建模及实施标准，建立统一的设计样板、显示样式和构件库，满足协同设计使用要求。

2.2 可视化设计

在方案初始阶段，采用BIM技术建造车站的三维实体模型，在三维总图体量中，利用GIS+倾斜摄影等技术帮助设计人员直观、快速推敲车站主体及出地面附属建筑体量与周边环境关系，为后续设计方案论证、分析、选择、确定提供参考依据。倾斜摄影点示意图如图1所示。在车站内部，真正实现所见即所得，如图2所示，对设计方案的错、漏、碰、缺提前发现，提前解决，提高轨道交通工程设计质量。

图1 倾斜摄影总示意图

2.3 仿真设计

轨道交通线网发展日新月异，换乘站伴随地铁建设不断增多，某些换乘站、枢纽站出现极度拥堵状况。BIM通过与GIS技术进行结合，能够将其涉及地区各相关信息直接纳入轨道交通数字模型当中，通过模型直接显示出涉及地区的具体出行需求、人口密度、地质环境状况等，并在对轨道线路、运距、人流量等进行运算的同时，判定管线铺设的合理性，为最终交通网线铺设规划的确定提供重要参考依据。同时，由于地铁受限因素多，换乘线路及客流大小有差异，需要对具体线路及换乘客流进行定量的分析。在实际应用中，利用Legion、Steps等行人仿真模拟软件真实模拟人的移动、超越、拥堵、移动速度调整，对客流走行流线及换乘方式进行比较，最大限度地提高换乘使用效率及乘客舒适度。

图2 全专业模型示意图

2.4 模拟性

BIM技术可建立轨道交通三维模型，将项目外观及细部展现在模型之中，通过BIM参数化特性，将模型数以万计的构件、设备、设施等数据信息导入其中，构成大型的数据库网络。对稳定的地铁车站设计方案进行碰撞功能检测，反映各专业管线碰撞情况、轨道实际运行状况。以深圳轨道交通10号线工程岗厦站为例，其模型碰撞三维示意如图3所示。通过管线碰撞检测报告，问题的位置主要发生在设备层管综图25轴同B轴相交处，问题主要表现为送风管顶标高5950与框架梁底5570相碰撞，后续优化下移送风管位置。

图3 模型碰撞三维示意

3 BIM技术在轨道交通工程设计中的应用现状及发展趋势

工程建设蓬勃发展的同时，BIM技术在国内工程界也得到了积极地推动，在轨道交通工程方面，BIM技术可应用在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理等全生命周期中，国家政策与各地政府相继出台政策予以支持，鼓励BIM推动。例如，深圳地铁统筹建立BIM技术应用综合平台，包含在建及建成线路车站模型及包含施工方、设计方、建设方等各方在内的显示平台，对全市BIM应用项目进行动态管控。

BIM技术的优势在轨道交通工程建设中取得了显著的应用效果，为工程的设计工作提供了有效的辅助作用。但实际调查发现，大多数轨道交通工程对BIM技术的应用多处于初级阶段，受到了各方面现实因素的阻碍，主要包括以下几点：（1）目前国内多数BIM软件多从国外引进，在技术标准上，我国实际轨道交通工程设计存在较大差异，尚未统一；（2）软件交互性、兼容性不强，建模时难以对一些材质、材料作出准确定义，而且异形体量建模比较复杂；（3）人才体系匮乏，BIM技术对设计人员的综合素质提出了较高的要求，方案设计能力与BIM技术实践操作能力缺一不可。鉴于此，为推动BIM技术在我国轨道交通设计中的有效应用，在未来的工作中，需要不断强化高校、科研单位、政府管理部门等各方之间的沟通与交流，在相互配合、协同的效应下打破技术局限，共同致力于BIM技术的创新、功能的拓展、专业人才的培养工作。政府要发挥好政策引导、激励作用，推动BIM技术在我国轨道交通工程企业中的推广与应用；科研技术部门要致力于本土BIM软件的研发，开发具有自主知识产权的软件；高校要结合市场对BIM技术人才的切实需求情况，开设相关专业课程，做好专业BIM人才的培养工作。

4 结束语

综上所述，轨道交通是城市建设发展的重要方面，关系到人们的便捷出行，建设高效、安全、稳定的轨道交通体系是时代发展赋予城市的重要责任。BIM技术作为一种新型的工程建筑信息模型，能够为城市这一发展目标的实现提供重要的辅助作用，确保工程信息精度、集成度，为后续轨道交通设计、规划、建筑等实践活动的开展提供重要参考依据，并在实现建筑资源利用最大化、促进各方面协同作业、优化工程管理等的基础上，实现工程作业效率、施工质量的全面提升。但与此同时，也必须清楚地认识到，BIM作为一种技术体系，无论是其应用还是运行，都必须依靠相应的软硬件体系支持来实现。考虑到目前我国轨道交通工程设计应用BIM技术多处于初级阶段，在未来的工作中，要在软硬件完善上下功夫，为BIM技术的充分运用提供良好的支持。