軌道交通工程設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)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(shù)（BIM）在軌道工程的設(shè)計(jì)已有廣泛的應(yīng)用。文章就BIM技術(shù)在上海某在建城市軌道交通管線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐，分析總結(jié)在城市軌道交通車站空間管線碰撞檢查和后期現(xiàn)場施工配合中出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的解決方法，可以協(xié)助設(shè)計(jì)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(fèi)，提高現(xiàn)場的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：BIM；軌道交通；城市交通；工程管線；綜合設(shè)計(jì)

引言

2010年以來，國內(nèi)的建筑信息模型（以下簡稱BIM）技術(shù)在各行各業(yè)中均開展積極研究和應(yīng)用。隨著BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用，它可以發(fā)現(xiàn)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(shù)應(yīng)用于上海某在建城市軌道交通地下空間的設(shè)計(jì)和施工中所出現(xiàn)的問題，提出反思和解決策略。

1項(xiàng)目概況

本工程所在線路為上海市軌道交通新一輪建設(shè)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(yùn)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(tái)層，地下一層為地鐵站廳層，車站設(shè)4個(gè)出入口（預(yù)留1個(gè)），2座風(fēng)亭，1個(gè)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(tái)層板下凈高最低為4.90m，站臺(tái)層板下凈高為4.50m。設(shè)計(jì)中，初步考慮站廳層公共區(qū)控制高度3.45m，站臺(tái)公共區(qū)控制高度為3.0m。

2BIM技術(shù)含義及特點(diǎn)

BIM技術(shù)的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性三大特點(diǎn)。該工程中，筆者運(yùn)用BIM這三大特點(diǎn)進(jìn)行綜合管線設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工配合，利用BIM技術(shù)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(jìn)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(jié)合施工組織，以實(shí)現(xiàn)給使用者以舒適的空間體驗(yàn)為目的確定可實(shí)施方案。（1）可視化BIM技術(shù)的可視化效果是區(qū)別于傳統(tǒng)CAD技術(shù)最顯著的一點(diǎn)。將傳統(tǒng)的二維線條構(gòu)件形成三維立體模型，根據(jù)大原則空調(diào)管線走最上方，其次強(qiáng)電，其次弱電，設(shè)計(jì)將管線排布、空間走向及設(shè)備構(gòu)件等轉(zhuǎn)換三維成果，輔以局部剖面及局部軸側(cè)圖，更清晰的呈現(xiàn)管線關(guān)系。同時(shí)還可通過瀏覽，慢走等多種仿真手段指導(dǎo)施工。（2）協(xié)調(diào)性因BIM技術(shù)的核心理念就是項(xiàng)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(xiàng)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(jià)高、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、機(jī)電設(shè)備專業(yè)系統(tǒng)繁多、管線布局交錯(cuò)復(fù)雜的特點(diǎn)，現(xiàn)場常出現(xiàn)管線之間、管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)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(fèi)，甚至存在安全隱患。因此在設(shè)計(jì)階段處理好各專業(yè)管線空間排布關(guān)系，并在施工階段能夠以三維的方式指導(dǎo)施工，對于保證城市軌道交通工程質(zhì)量與項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)重要，BIM技術(shù)可滿足各專業(yè)對模型的深化要求并即時(shí)與各專業(yè)進(jìn)行有效的溝通，即時(shí)調(diào)整發(fā)現(xiàn)的所有不合理的設(shè)計(jì)內(nèi)容，對各專業(yè)進(jìn)行全面協(xié)調(diào)。（3）優(yōu)化性管線綜合設(shè)計(jì)對于城市軌道交通地下空間的形成至關(guān)重要，作為城市軌道交通設(shè)計(jì)中專業(yè)涉及最廣、信息量最多的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不僅僅滿足管線綜合設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況針對空間的要求進(jìn)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(fèi)。

3BIM在管線綜合設(shè)計(jì)中的調(diào)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(jìn)行調(diào)整。環(huán)控系統(tǒng)風(fēng)管首先采用貼頂設(shè)計(jì)，在局部空間凈高要求較大，采用調(diào)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(shí)可通過利用局部風(fēng)管變徑后空間消防、噴淋管的布置設(shè)計(jì)。在考慮整合水管等小管線時(shí)要將裝修納入BIM設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)時(shí)不能僅滿足于各專業(yè)管線能否排下，同時(shí)要考慮安裝空間、管線保溫、支吊架等構(gòu)件的空間問題，以及后期檢修空間等控制要求。（2）調(diào)整專業(yè)管線沖突，分別針對各個(gè)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(fēng)管產(chǎn)生碰撞時(shí)，在凈高條件允許下可通過調(diào)整橋架高度來解決碰撞問題；當(dāng)空間凈高條件不允許時(shí)，則可通過調(diào)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(dāng)凈高空間限制較大且管線較多時(shí)，設(shè)計(jì)需要熟悉各專業(yè)系統(tǒng)自身的要求來進(jìn)行調(diào)整。如站臺(tái)公共區(qū)兩端屏蔽門端頭處因空間有限，導(dǎo)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(diào)，在局部距弱電井較遠(yuǎn)一側(cè)可減少一層弱電橋架達(dá)到吊頂下凈高3.0m要求。（3）整合裝修、設(shè)備系統(tǒng)、支吊架設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮現(xiàn)場施工預(yù)留安裝空間，避免施工材料浪費(fèi)。通過BIM技術(shù)整合吊頂、燈具、設(shè)備管線的支吊架結(jié)合設(shè)計(jì)，減少支吊架資源的浪費(fèi)，優(yōu)化安裝空間。管線設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮預(yù)留支吊架安裝空間、站名墻樓梯側(cè)墻裝修表面材料的安裝空間、屏蔽門格柵等需求。在項(xiàng)目施工中發(fā)現(xiàn)：因安裝空間有限，管線支吊架侵入設(shè)備區(qū)側(cè)墻裝飾面安裝空間、屏蔽門安裝空間。綜合考慮調(diào)整支吊架局部調(diào)整最下層橋架寬度（支吊架最下層為水管），來滿足兩側(cè)屏蔽門安裝空間、側(cè)墻外飾面安裝空間的要求。（4）設(shè)備機(jī)房內(nèi)各專業(yè)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，優(yōu)化空間。BIM技術(shù)在對城市軌道車站地下管線綜合設(shè)計(jì)不僅僅是針對設(shè)備區(qū)走廊、站廳站臺(tái)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(jī)房進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。該工程中因系統(tǒng)機(jī)房內(nèi)空間未經(jīng)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，入場施工前也未進(jìn)行相互交流，綜合監(jiān)控施工進(jìn)場后未考慮其他安裝空間先行施工，導(dǎo)致后期機(jī)房內(nèi)吊頂區(qū)域無法安裝空調(diào)設(shè)備，吊頂無法開設(shè)設(shè)備檢修人孔。管線綜合設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)單位只將站臺(tái)層以及站廳層公共區(qū)、設(shè)備區(qū)走廊的管線相撞問題作為重點(diǎn)，設(shè)備機(jī)房內(nèi)空間則考慮較少。經(jīng)此發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)專業(yè)的電纜橋架雖占據(jù)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(dǎo)致后期其他施工無法順利進(jìn)行。在協(xié)調(diào)過程中，因各專業(yè)限制條件很多，通過BIM再次進(jìn)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(diào)處理才將次問題解決。建筑空間本就是供人使用，空間的設(shè)計(jì)對于建筑本身則是很重要的內(nèi)容。管線綜合設(shè)計(jì)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(yàn)。

4BIM在管線綜合設(shè)計(jì)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(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性及優(yōu)化性大大彌補(bǔ)管線綜合設(shè)計(jì)的不足之處，大大降低了從時(shí)間成本、空間成本以及經(jīng)濟(jì)成本，給設(shè)計(jì)方、使用者、施工方、運(yùn)營方均帶來便利。（1）空間上，設(shè)計(jì)通過利用BIM技術(shù)可視化環(huán)境、協(xié)調(diào)管線綜合所涉及的各系統(tǒng)專業(yè)并在此基礎(chǔ)上對各專業(yè)進(jìn)行整合、優(yōu)化，幫助設(shè)計(jì)提前解決二維管線綜合平面設(shè)計(jì)中無法解決的問題，例如，提供有序施工生產(chǎn)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(shè)計(jì)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(shí)間上，設(shè)計(jì)提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少了現(xiàn)場因碰撞問題、凈高空間問題、安裝檢修問題耽擱的時(shí)間，減少專業(yè)間交叉作業(yè)產(chǎn)生的時(shí)間浪費(fèi)。（3）經(jīng)濟(jì)成本上，在后期的配合中，BIM技術(shù)可以協(xié)助設(shè)計(jì)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(fèi)。提高現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，避免施工成本的增加和工期的延誤。

5結(jié)論

BIM技術(shù)的應(yīng)用并不僅局限于管線綜合設(shè)計(jì)，可以利用其可視化手段，為建筑設(shè)計(jì)提供更多的設(shè)計(jì)思路，將其不僅應(yīng)用設(shè)計(jì)中協(xié)同工作，讓協(xié)同工作服務(wù)貫穿于整個(gè)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(shè)計(jì)研究總院有限公司