基于建模标准的城市轨道交通工程BIM模型多阶段表达

姜凯

摘要：随着国内外信息化、空间定位、人工智能等技术逐渐发展以及大数据平台的日趋完善，BIM技术被广泛应用于轨道交通建设中的项目设计、施工阶段，涵盖BIM技术的共同设计、施工管理等。BIM作为一个技术性软件，其主要作用体现在了工程设计、施工领域阶段中的可视化功能中，但是随着BIM软件功能的不断开发，学者研究发现其可视化功能可被应用于各种领域的运维阶段，同时可以发挥减少运维成本、提高运维效率的功能。之后BIM技术开始被应用于轨道车辆运维领域，对于目前的研究而言，大部分的文献研究基本处于理论探索阶段，所以在深化技术和加强应用方面有极大的研究空间。本文就针对于目前的文献研究现状，主要从现状、理论、技术和应用这四个方面归纳梳理了目前的研究成果以推动该领域的发展。

关键词：城市轨道交通;BIM;三维技术交底;智能调线调坡

引言

近年来，轨道交通设计信息化水平得到大幅提升，特别是以三维数字技术为基础的建筑信息模型（BuildingInformationModelling，BIM），可形象直观地开展三维设计与分析，能承载设计、施工、运营整个生命周期工程信息，进行各类分析、仿真，现已成为轨道交通设计信息化的重要发展方向。

1建模范围及划分

城市轨道交通工程建设和运营与周边环境密切相关，为保证全生命周期有效管理，需创建并集成城市轨道交通工程涉及的不同类型项目BIM模型。城市轨道交通工程涉及的BIM模型可分为周边环境模型和工程本体模型。其中，周边环境模型包括地质、建（构）筑物、地形、地下管线等模型。（1）地质模型可全线统一创建，基于所有钻孔数据模拟生成，并保证模型间不同地层良好衔接，在使用过程中可按工程部位、标段等进行拆分。（2）建（构）筑物、地形等场地模型宜全线统一创建，由于城市轨道交通线路较长、模型范围较广，导致软件操作困难，可使用分段创建和储存的方式，在使用时按工程部位、标段等进行拆分。（3）城市轨道交通工程涉及城市地下管线，包括雨水、污水、给水、燃气、电力、电信等，宜根据车站主体、区间线路等外延50m范围创建地下管线模型。城市轨道交通工程本体可按工程部位、专业、系统等方面拆分模型。例如，根据城市轨道交通工程部位划分，可分为车站、区间、车辆段（停车场）及其出入线、主变电站（所）、控制中心等。

2应用影响因素分析

技术因素的制约也是限制BIM技术被应用于轨道车辆运维领域的重要部分。首先是BIM建模缺乏相应专业轨道车辆的建模平台，所以就现阶段而言建模平台的选择研究尤为重要，建立一个适合的轨道交通模型是最重要的基础。其次是传感器和实时数据的监测。将无线传感器与BIM模型相结合，实现了设备维修者对故障设备的快速定位维修和系统性的利用BIM模型完成自动化的故障维修报告生成，以便于针对性的进行设备维修;提出了将BIM模型与传感器和检测系统相互联系，使得实现对轨道交通系统的实时监测，并使其得到的信息数据与各个运维信息平台实现数据共享，这为BIM技术应用于轨道车辆运维阶段提供了基础性研究。

3城市轨道交通工程BIM模型多阶段表达

3.1前处理

在利用Revit软件创建车站的基坑模型（仅主体结构）前，将基坑模型的dwg格式文件导入CAD中实现模型定位及单位转换，然后在CAD中导出iges格式文件到ABAQUS中，在ABAQUS中设置基坑主体结构及周围土体单元。基坑主体结构及周围土体均剖分为四面体单元，模型的单元总数为601660个，结点总数为105237个，模型尺寸為400m（长）×100m（宽）×80m（高）。基坑采用地连墙施工，墙厚为0.9m，中间标准段宽为23.5m，两端的扩大段宽分别为25.5m和27.5m，基坑深度为19.0m。最后，通过FLAC3D的网格导入功能，调用ABAQUS中创建的模型。

3.2总体设计阶段

采用BIM技术对城市轨道交通工程设计运营功能、工程规模、工程投资等进行分析，验证工程项目可行性、稳定线路站位、优化设计方案，保证总体方案的合理性、适用性和经济性。该阶段重点是根据周边环境确定城市轨道交通的线站位布置，BIM模型显示外轮廓即可，包含模型单元简单描述。因此，在总体设计阶段，BIM模型的建筑墙仅需构建外墙，无需构建建筑内墙，外墙的几何表达精度要求为G2、信息深度等级要求为N1。

3.3盾构掘进应用

本工程盾构掘进过程中下穿既有建（构）筑物较多，通过整合BIM模型与地上地下环境模型，立体呈现本工程与既有建（构）筑物的空间位置关系，掌握既有建（构）筑物基础类型。将监测数据与BIM模型挂接，实时监测既有地铁线路沉降、位移、倾斜等变化情况，科学调整盾构机掘进参数，及时采取相关措施。利用智慧平台集成实时监测数据，系统可进行如下数据处理：①模拟数据变化的趋势及可能出现的后果;②实时展示盾构掘进、同步注浆及二次注浆参数，确保同步注浆到位，及时进行二次注浆;③在下穿前进行危大工程提示，下穿过程中对监测变化情况进行预警，严格按照方案采取施工措施及应急措施。

3.4初步设计阶段

在初步设计阶段可应用BIM技术对设计方案或重大技术问题的解决方案进行综合分析，协调设计接口、稳定主要外部条件，论证技术上的适用性、可靠性和经济上的合理性。BIM模型在总体设计基础上需要增添车站功能分区等内容，并根据设计方案构建建筑内墙。此时，建筑墙的几何表达精度要求为G2、信息深度等级要求为N2。

3.5 BIM模型+监测数据可视化应用

本工程全线临近既有地铁，风险极大，虽然对既有线采用了自动化监测，但传统自动化监测手段采集数据的频率非常高，每天可产生约6000条数据，管理人员很难进行快速判断。本工程利用BIM+GIS技术，将主体结构、围护结构等三维模型整合至轻量化平台中，将监测数据挂接至整合模型中，可直观展现隧道的位移趋势及数值。通过对数据变化的分析可达到实时预警的效果，使管理人员能够快速掌握既有地铁线点位位移情况，采取合理的施工方案。管理人员在施工现场可利用移动设备调取模型中的监测数据，查看任意监测点的监测数据及变化趋势，全面掌握监测情况。

结束语

综上所述，BIM技术作为一个可进行深度开发的图像应用管理技术，将其应用在轨道车辆运维领域是发展的必然，通过发挥其技术的优势，可以充分的解决一些目前在传统运维方面无法解决的问题，具有巨大的潜在研究价值，而通过现在智能技术的飞速发展，BIM的深度研究应用也会随着技术的不断提高和发展实现深度融合，使轨道车辆运维可以实现真正的高效、快捷、安全、智能，从而完成轨道车辆智能运维平台的成熟，促进轨道车辆运维技术不断的发展完善。

参考文献

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