BIM技術(shù)在軌道交通工程設計中的應用

附件大?。?.52MB所屬分類(lèi)：BIM資料分享會(huì )員：芳華分享時(shí)間：2021-09-10最后更新：資源簡(jiǎn)介/截圖：摘 要: 近年來(lái)，我國已進(jìn)入了城市軌道交通的快速發(fā)展期。建筑信息模型技術(shù)( BIM) 作為建筑業(yè)的全新技術(shù)也逐漸被應用于軌道交通工程的設計中。文章介紹了 BIM 技術(shù)的概念、應用和發(fā)展，重點(diǎn)歸納了目前它在軌道交通工程設計中的可推廣應用途徑。筆者通過(guò)自己參與的北京地鐵 7 號線(xiàn)百子灣站 BIM 建模應用的實(shí)踐體驗，以及其他將 BIM 技術(shù)應用于地鐵車(chē)站站內管線(xiàn)碰撞檢查的案例經(jīng)驗，分析總結了 BIM 技術(shù)在軌道交通工程設計應用中存在的問(wèn)題及原因。最后，對 BIM 技術(shù)在軌道交通工程領(lǐng)域中的發(fā)展做出了展望。1 引 言 近幾年，我國各大城市在大力推進(jìn)軌道交通事業(yè)，地鐵建設和發(fā)展突飛猛進(jìn)。城市軌道交通工程設計中涉及專(zhuān)業(yè)種類(lèi)繁多、專(zhuān)業(yè)接口多、界面管理復雜，傳統方法難以實(shí)現信息在整個(gè)設計過(guò)程的集成 和 閉 環(huán)。 而 三 維 建 筑 信 息 模 型 ( Building Information Modeling，BIM) 以三維數字技術(shù)為基礎，集成了建筑工程項目的各種相關(guān)信息，可用于設計、建造、管理等。在城市軌道交通建設項目中推廣應用 BIM 技術(shù)，尤其是在設計階段的方案設計、可視化表現、土建及設備各專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作、土建設計及管線(xiàn)綜合的自動(dòng)碰撞檢測、施工圖設計等諸方面發(fā)揮其優(yōu)勢，有利于設計變更后的系統校核、對施工深化指導等，可以大大提高建筑工程的集成化程度，將設計乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率顯著(zhù)提高。BIM 的應用源自美國。從 2003 年起，美國總務(wù)管理局制定了 3D-4D-BIM 計劃及 BIM 指南，后來(lái)陸續開(kāi)展了 BIM 應用的研究，并有州政府要求州內新建公建項目必須應用 BIM。目前，歐洲、亞洲已有多國政府致力于 BIM 標準的制定。我國從2003 年開(kāi)始在工程建設行業(yè)引進(jìn) BIM 技術(shù)，目前以設計院應用為主，政府及行業(yè)協(xié)會(huì )也越來(lái)越重視BIM 的應用價(jià)值和意義［1］。國內外學(xué)者對 BIM 技術(shù)應用的相關(guān)研究大部分集中在三個(gè)方面。第一方面是概念層面，從宏觀(guān)角度出發(fā)，介紹 BIM 的概念和標準、技術(shù)發(fā)展及在設計中的應用。第二方面是應用層面，以 BIM 本身為立足點(diǎn)，討論在各工程建設行業(yè)中的使用、實(shí)踐及推廣。第三方面是技術(shù)層面，以 BIM 的技術(shù)特點(diǎn)為支撐點(diǎn)，做可視化、一體化、協(xié)同工作等研究。與國外相比，我國 BIM 技術(shù)的應用和發(fā)展起步較 晚，在軌道交通工程建設中的應用和論述較少。2 BIM 的概念、特點(diǎn)和發(fā)展 2． 1 BIM 的概念 建 筑 信 息 模 型 BIM ( Building Information Modeling) ，是以建筑物三維數字化為載體，貫穿建筑物全生命周期整個(gè)主線(xiàn)，將建筑設計、施工和管理等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節所需要的信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，各工種協(xié)同工作而形成的建筑物信息集。2.2 BIM 的特點(diǎn) 2.2.1 信息集成 BIM 技術(shù)通過(guò)數字信息來(lái)模擬建筑物的真實(shí)信息，包括建筑體量的空間關(guān)系，幾何形狀描述的視覺(jué)信息，各個(gè)設計要素，如梁、柱、墻、管線(xiàn)、設備的幾何信息，各種建筑材料和構件的物理和功能特性，及構件連接方式、荷載等分析信息。歸根結底，BIM 的核心是通過(guò)數字信息來(lái)組建一個(gè)由計算機管控的三維模型數據庫，便于建筑師從中提取相關(guān)設計信息。這種設計方法與使用傳統 CAD 線(xiàn)條繪圖的方法有很大差別。2 .2.2 工作可傳遞性 BIM 的基本特性之一是工程數據在設計創(chuàng )建時(shí)就有隨時(shí)保持一致的相互關(guān)聯(lián)性，即當工程中的某項內容被修改后，BIM 系統會(huì )立即自動(dòng)將修改反映到所有受影響的其他圖元，而不需建筑師自己處理圖紙。這種特點(diǎn)使得應用 BIM 系統的項目工作具有一定的連續性，工作成果能夠迅速體現在相關(guān)工程階段中，節省了人力，降低了成本，極大地提高了工作效率。2. 2.3 支持協(xié)同工作 BIM 系統為設計方、施工方、建設方和運營(yíng)管理者搭建了一個(gè)及時(shí)溝通、同步工作、時(shí)時(shí)監測的全新平臺，提高了工作水平和設計質(zhì)量。如: 利用BIM 搭建的三維模型來(lái)做梁、柱、管線(xiàn)等碰撞檢測，可以根據各專(zhuān)業(yè)不同的布設原則，同步自動(dòng)檢測出各構件間沖突或影響，提高了整個(gè)設計團隊中各專(zhuān)業(yè)溝通配合的效率。2.3 BIM 在建筑行業(yè)的應用現狀 幾年來(lái)，BIM 技術(shù)已從早先提出的理想概念轉變?yōu)閷?shí)際應用的設計工具，給整個(gè)建筑設計乃至施工、建設、管理等行業(yè)帶來(lái)了不同的機遇和挑戰。在我國，先進(jìn)的建筑設計團隊和地產(chǎn)公司都成立了BIM 設計工作組。 BIM 給建筑行業(yè)的軟件應用，增添了更多的智能工具，實(shí)現了更多的職能工序。它除了繼承計算機輔助設計的相應功能，并將其使用范圍擴展到了更多的領(lǐng)域，如工程造價(jià)、進(jìn)度安排，具有為工程建 設管理服務(wù)的潛能。2.4 BIM 在軌道交通工程設計中的發(fā)展趨勢 目前，國內對于 BIM 技術(shù)引入、應用及發(fā)展的研究層面大都在民用建筑設計領(lǐng)域，在軌道交通工程方面的使用和研究幾乎是空白。BIM 技術(shù)近兩年剛剛被引入到城市軌道交通工程設計建設當中，主要是用于地鐵車(chē)站及周邊環(huán)境可視化設計和管線(xiàn)綜合的碰撞檢測。根據 BIM 技術(shù)目前的應用發(fā)展現狀，未來(lái)它 可以在軌道交通工程前期、設計、施工、運營(yíng)等各個(gè)階段中發(fā)揮重大作用，展現其三維可視化、分析優(yōu) 化設計、協(xié)同工作、資源共享等特性。3 BIM 技術(shù)在軌道交通工程設計中的應用 3． 1 前期規劃 城市軌道交通前期規劃階段，在可行性研究的基礎上利用 BIM 思想能夠構造出城市交通的三維模型。這個(gè)模型的構成元素包含地質(zhì)條件、道橋情況、管線(xiàn)地形、特殊建構筑物等固有特性，還包含自然科學(xué)、技術(shù)研究、社會(huì )科學(xué)、人文經(jīng)濟等多方面的信息和資料，如人口密度及組成、城市經(jīng)濟結構、出行分布等?；谶@些模型信息能夠進(jìn)行線(xiàn)網(wǎng)規模、日客運量、日換乘量、軌道線(xiàn)網(wǎng)平均運距等各種分析和計算。3.2 可視化設計 在方案設計和初步設計階段，建立車(chē)站三維實(shí)體模型，能夠從全局把握站位周邊地上地下的地形、道路、管線(xiàn)、建構筑物等情況，快速直觀(guān)地推敲車(chē)站建筑主體和附屬體量( 如圖 1) ，還可結合車(chē)站一體化開(kāi)發(fā)的范圍、造型等，剖析其功能布局。隨著(zhù)項目的不斷推進(jìn)，一般會(huì )探索多個(gè)設計方案。這些方案可以是概念上的方案設計，也可以是詳細的工程設計。BIM 使用設計選項允許建筑師利用一個(gè)模型同時(shí)開(kāi)發(fā)和研究多個(gè)備選方案。由于模型的直觀(guān)可視化和可靠性，業(yè)主方、設計單位可以運用 BIM 模型相互溝通，發(fā)現設計問(wèn)題，進(jìn)行方案的論證和優(yōu)化，更大限度地發(fā)揮 BIM 的價(jià)值。BIM 技術(shù)用數字化的建筑構件來(lái)表示真實(shí)的建筑物形態(tài)，對于傳統計算機輔助繪圖軟件用物理信息的幾何圖形來(lái)表示的設計方法，無(wú)疑是個(gè)根本的改變。3.3 協(xié)同設計 我國設計單位目前協(xié)同工作的基本現狀是: 設計分散、成果集中、需要時(shí)協(xié)同，簡(jiǎn)單易行，比較符合目前設計單位網(wǎng)絡(luò )現狀和設計習慣。其協(xié)同設計主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信軟件或數據中心，在設計單位局域網(wǎng)上建立電子郵件系統或即時(shí)通訊系統，設計人員和管理人員在此平臺環(huán)境下存取文件、查尋信息、交換或互提資料［3］。BIM 技術(shù)中所謂的“協(xié)同設計”，就是建筑、結 構、設備等各個(gè)專(zhuān)業(yè)在同一個(gè)工作平臺下工作，設定的項目中心文件集體共享( 如圖 2) 。不同專(zhuān)業(yè)人員使用各自的 BIM 核心建模軟件建立自己專(zhuān)業(yè) 相關(guān)的 BIM 模型，與這個(gè)中心文件鏈接，并在與其同步后，將新創(chuàng )建或修改的信息自動(dòng)添加到中心文件。這個(gè)中心文件就是建筑信息模型，各專(zhuān)業(yè)都可以在此模型中查看其他專(zhuān)業(yè)構件的布置及信息，從 而實(shí)現信息共享。 圖 2 BIM 工作集中心文件．設計單位在方案設計、初步設計、乃至施工圖設計階段，均可按各個(gè)專(zhuān)業(yè)分類(lèi): 建筑工程師、結構工程師、設備工程師等在一個(gè)設計平臺上協(xié)同工作。建筑專(zhuān)業(yè)以墻柱、樓板、屋頂、門(mén)窗等構件為基本圖元; 結構專(zhuān)業(yè)以梁、板、柱為主; 設備專(zhuān)業(yè)的基本圖元構件較多，大致分成水、暖、電、消防等幾個(gè)系統。每一種基本圖元都可以組合成復雜的體量，被歸成“族”，類(lèi)似 CAD 的塊。最終，由各專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作、搭建出完整的 BIM 模型。3.4 優(yōu)化設計 建筑設計是一個(gè)反復修改的優(yōu)化過(guò)程。以往設計中稍有變更，就需要手動(dòng)修改各種圖紙中的相關(guān)信息，費時(shí)費力，還容易出現信息不匹配的現象，如果到施工階段才發(fā)現，便可能造成變更、返工、浪費資源。在 BIM 模型中，圖紙是其中的一種視圖類(lèi)型。根據要創(chuàng )建的圖紙類(lèi)型，可以在視圖中直接添加平面、剖面、立面和三維視圖等不同模型界面。BIM模型中的所有圖元構件都是基于一定的邏輯關(guān)系生成的，設計文件中的各個(gè)圖紙視圖和模型構建等圖元都是關(guān)聯(lián)在一起的，任何部分的修改都能夠自動(dòng)修改并相應反映到其他圖紙視圖及與模型相關(guān)的全部子項，引起關(guān)聯(lián)變更。因此，整個(gè)項目中多專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作在任何時(shí)刻、任何地方由任何一個(gè)專(zhuān)業(yè)所做的任何變更，均可確保各專(zhuān)業(yè)設計文件保持協(xié)調一致和完整，并保證實(shí)時(shí)最新的信息。這大大減少了設計人員的重復勞動(dòng)和錯誤率，節約資源、提高效率、降低成本。xa0