軌道交通工程設計中BIM技術的應用
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摘要：隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，建筑信息模型技術（BIM）在軌道工程的設計已有廣泛的應用。文章就BIM技術在上海某在建城市軌道交通管線設計中的應用實踐，分析總結在城市軌道交通車站空間管線碰撞檢查和后期現場施工配合中出現的問題，提出相應的解決方法，可以協(xié)助設計找出管線排布最優(yōu)方案，節(jié)省管線材料，可在最大程度上避免施工過程中可能造成的浪費，提高現場的生產效率。
關鍵詞：BIM；軌道交通；城市交通；工程管線；綜合設計
引言
2010年以來，國內的建筑信息模型（以下簡稱BIM）技術在各行各業(yè)中均開展積極研究和應用。隨著BIM技術在城市軌道交通工程中的應用，它可以發(fā)現并解決很多傳統(tǒng)綜合管線無法解決的問題。本文基于BIM技術應用于上海某在建城市軌道交通地下空間的設計和施工中所出現的問題，提出反思和解決策略。
1項目概況
本工程所在線路為上海市軌道交通新一輪建設規(guī)劃中重要的市區(qū)級線路，是繼1、2號線紙后的又一條A型車8節(jié)編組高運量的線路，本軌交車站位于上海市西郊城市副中心，目前線路及車站均在建。車站為地下兩層島式車站，車站規(guī)模約為244.2m×19.94m，地下二層為站臺層，地下一層為地鐵站廳層，車站設4個出入口（預留1個），2座風亭，1個消防專用出入口、2部無障礙電梯，其他地面附屬不贅述。車站站臺層板下凈高最低為4.90m，站臺層板下凈高為4.50m。設計中，初步考慮站廳層公共區(qū)控制高度3.45m，站臺公共區(qū)控制高度為3.0m。
2BIM技術含義及特點
BIM技術的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數字化技術，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。它具有可視化、協(xié)調性、優(yōu)化性三大特點。該工程中，筆者運用BIM這三大特點進行綜合管線設計和現場施工配合，利用BIM技術提供的三維可視化環(huán)境，直觀反映出管線的走向、排布，對管線與施工區(qū)域的沖突、管線與裝修部分的沖突進行模擬、排查、分析，為擬定具體的管線遷改方案提供可靠的仿真模擬，結合施工組織，以實現給使用者以舒適的空間體驗為目的確定可實施方案。（1）可視化BIM技術的可視化效果是區(qū)別于傳統(tǒng)CAD技術最顯著的一點。將傳統(tǒng)的二維線條構件形成三維立體模型，根據大原則空調管線走最上方，其次強電，其次弱電，設計將管線排布、空間走向及設備構件等轉換三維成果，輔以局部剖面及局部軸側圖，更清晰的呈現管線關系。同時還可通過瀏覽，慢走等多種仿真手段指導施工。（2）協(xié)調性因BIM技術的核心理念就是項目的參與方，從業(yè)主開發(fā)初期到后期物業(yè)管理，可以共同參與項目全生命周期管理。在目前的開發(fā)階段，城市軌道交通大部分屬于地下車站，由于地下車站本身存在造價高、結構體系復雜、機電設備專業(yè)系統(tǒng)繁多、管線布局交錯復雜的特點，現場常出現管線之間、管線與結構構件之間發(fā)生碰撞的情況，給施工帶來麻煩，影響房間及走道凈高空間，造成返工和浪費，甚至存在安全隱患。因此在設計階段處理好各專業(yè)管線空間排布關系，并在施工階段能夠以三維的方式指導施工，對于保證城市軌道交通工程質量與項目經濟性相當重要，BIM技術可滿足各專業(yè)對模型的深化要求并即時與各專業(yè)進行有效的溝通，即時調整發(fā)現的所有不合理的設計內容，對各專業(yè)進行全面協(xié)調。（3）優(yōu)化性管線綜合設計對于城市軌道交通地下空間的形成至關重要，作為城市軌道交通設計中專業(yè)涉及最廣、信息量最多的設計，設計不僅僅滿足管線綜合設計的合理性，同時需根據實際情況針對空間的要求進行優(yōu)化排布，精確控制凈高及吊頂高度，優(yōu)化各專業(yè)之間的統(tǒng)籌，減少不必要的材料浪費。
3BIM在管線綜合設計中的調整
（1）確定凈高空間的要求，提高凈高空間的利用率。針對不同專業(yè)，采用不同的方式進行調整。環(huán)控系統(tǒng)風管首先采用貼頂設計，在局部空間凈高要求較大，采用調整環(huán)控管道界面尺寸；針對給排水、冷凝冷媒管、氣滅、消防噴淋管線等小型管線通過整合管線走向，優(yōu)化空間，同時可通過利用局部風管變徑后空間消防、噴淋管的布置設計。在考慮整合水管等小管線時要將裝修納入BIM設計中。設計時不能僅滿足于各專業(yè)管線能否排下，同時要考慮安裝空間、管線保溫、支吊架等構件的空間問題，以及后期檢修空間等控制要求。（2）調整專業(yè)管線沖突，分別針對各個專業(yè)系統(tǒng)管線優(yōu)化，提高凈空利用率。弱電綜合橋架等與環(huán)控系統(tǒng)風管產生碰撞時，在凈高條件允許下可通過調整橋架高度來解決碰撞問題；當空間凈高條件不允許時，則可通過調整環(huán)控管線截面的凈高尺寸來規(guī)避橋架等與環(huán)控管線的碰撞問題。當凈高空間限制較大且管線較多時，設計需要熟悉各專業(yè)系統(tǒng)自身的要求來進行調整。如站臺公共區(qū)兩端屏蔽門端頭處因空間有限，導致這塊區(qū)域的吊頂下凈高小于3.0m，最終通過系統(tǒng)專業(yè)協(xié)調，在局部距弱電井較遠一側可減少一層弱電橋架達到吊頂下凈高3.0m要求。（3）整合裝修、設備系統(tǒng)、支吊架設計，同時考慮現場施工預留安裝空間，避免施工材料浪費。通過BIM技術整合吊頂、燈具、設備管線的支吊架結合設計，減少支吊架資源的浪費，優(yōu)化安裝空間。管線設計時，需考慮預留支吊架安裝空間、站名墻樓梯側墻裝修表面材料的安裝空間、屏蔽門格柵等需求。在項目施工中發(fā)現：因安裝空間有限，管線支吊架侵入設備區(qū)側墻裝飾面安裝空間、屏蔽門安裝空間。綜合考慮調整支吊架局部調整最下層橋架寬度（支吊架最下層為水管），來滿足兩側屏蔽門安裝空間、側墻外飾面安裝空間的要求。（4）設備機房內各專業(yè)統(tǒng)籌設計，優(yōu)化空間。BIM技術在對城市軌道車站地下管線綜合設計不僅僅是針對設備區(qū)走廊、站廳站臺公共區(qū)這些管線較多區(qū)域，還需針對各系統(tǒng)專業(yè)機房進行深化設計。該工程中因系統(tǒng)機房內空間未經統(tǒng)籌設計，入場施工前也未進行相互交流，綜合監(jiān)控施工進場后未考慮其他安裝空間先行施工，導致后期機房內吊頂區(qū)域無法安裝空調設備，吊頂無法開設設備檢修人孔。管線綜合設計時，設計單位只將站臺層以及站廳層公共區(qū)、設備區(qū)走廊的管線相撞問題作為重點，設備機房內空間則考慮較少。經此發(fā)現，系統(tǒng)專業(yè)的電纜橋架雖占據空間不大，但因施工順序入場未考慮其他專業(yè)施工安裝原因，導致后期其他施工無法順利進行。在協(xié)調過程中，因各專業(yè)限制條件很多，通過BIM再次進行二次梳理，與裝修、環(huán)控、綜合監(jiān)控等專業(yè)多次協(xié)調處理才將次問題解決。建筑空間本就是供人使用，空間的設計對于建筑本身則是很重要的內容。管線綜合設計對于將更好的空間提供給使用者，給使用者以更好的舒適環(huán)境體驗。
4BIM在管線綜合設計中作用
在信息化快速發(fā)展的背景下，城市軌道交通利用BIM技術的可視化、協(xié)調性及優(yōu)化性大大彌補管線綜合設計的不足之處，大大降低了從時間成本、空間成本以及經濟成本，給設計方、使用者、施工方、運營方均帶來便利。（1）空間上，設計通過利用BIM技術可視化環(huán)境、協(xié)調管線綜合所涉及的各系統(tǒng)專業(yè)并在此基礎上對各專業(yè)進行整合、優(yōu)化，幫助設計提前解決二維管線綜合平面設計中無法解決的問題，例如，提供有序施工生產空間，消除管線之間的不合理布置，以及優(yōu)化管線布置，最終完成設計對于軌道交通地下空間的要求，給后期使用者提供較好的空間環(huán)境。（2）時間上，設計提高了數據的準確性，減少了現場因碰撞問題、凈高空間問題、安裝檢修問題耽擱的時間，減少專業(yè)間交叉作業(yè)產生的時間浪費。（3）經濟成本上，在后期的配合中，BIM技術可以協(xié)助設計找出管線排布最優(yōu)方案，節(jié)省管線材料，在最大程度上避免了施工過程中可能造成的浪費。提高現場的生產效率，避免施工成本的增加和工期的延誤。
5結論
BIM技術的應用并不僅局限于管線綜合設計，可以利用其可視化手段，為建筑設計提供更多的設計思路，將其不僅應用設計中協(xié)同工作，讓協(xié)同工作服務貫穿于整個建筑工程的全生命周期中。
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作者：康小敏 汪炎斌 單位：上海市地下空間設計研究總院有限公司
