基于BIM的城市轨道交通工程设计

廉雅琪

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710000）

一、轨道交通工程建设现状

随着我国经济的发展，城市交通问题日趋严峻，轨道交通工程因具有可有效缓解交通拥堵，载客量大、速度快，污染小，安全可靠等特征，在当今建设中日渐取代传统交通，成为重要的一种出行方式。轨道交通工程专业接口多，系统性强，投资大、项目功能的要求严格，干扰因素多、需要多专业密切配合，全寿命周期信息量大，导致其设计及工程管理复杂，传统的管理方式越来越无法满足复杂的轨道交通工程建设要求。现阶段，在轨道交通工程中主要通过CAD 等传统设计工具进行设计，各工程单元不能进行系统的分析和展示，各部件之间的关系无法充分显示，图纸的表达不直观，设计意图不易理解，可能导致工程返工，增加施工成本。轨道交通涉及的单位多，相关参与方信息交流、资源配置等缺乏统一的管理，直接降低了工程整体的效率与质量标准。因此，为了提升设计质量，减少设计变更，做到可视化指导施工，节省建设投资和加快工程实施进度，我们在城市轨道交通工程中引入了BIM技术。

二、轨道交通工程特点、设计思路

（一）轨道交通工程特点

1.轨道交通工程周边环境复杂，周边各类市政管线交错，施工的难度大、安全隐患多。在施工过程中若图纸有设计疏漏，极易造成地下市政管线的破裂，导致燃气、自来水渗漏、电力中断等工程事故，产生的社会负面影响大。2.轨道交通工程是一个综合性专业非常强的系统工程，在整个施工的环节中不只是需要保证基础结构等功能，还需要同时满足盾构施工区间的要求。在地铁车站施工过程中要制定严格的工程组织计划，合理规划工作面、工作段以及各个工种的协同作业，才可以在保证质量和安全的情况下按时完成车站的施工。

（二）轨道交通设计思路

1.首先线路设计平面宜布设于道路红线范围内，结合施工方法、管线分布、站位布设、建筑物等因素优化线路与道路横断面关系，因地制宜，尽可能减少拆迁工程及对现状交通的影响，在工程投资增加不大的前提下线形力求顺直。

2.其次轨道交通车站布置应符合城市总体规划及轨道交通线网规划要求，在考虑最大限度地吸引和疏散客流的同时，便于乘客在轨道交通和地面公共交通之间的换乘，并应妥善处理与城市交通、地面建筑、地下管线、地下构筑物之间的关系，并应尽量减少房屋拆迁、管线迁改和施工时对地面建筑物、地面交通及环境和市民的影响，积极采用新技术、新工艺、新材料，方便施工，减少干扰，缩短工期。合理减少土建工程，节约投资。轨道交通工程周边环境复杂，考虑因素多，设计、施工难度大，工期长。在轨道交通中引入BIM技术，设计和施工会有质的飞跃。

三、BIM技术在轨道交通工程设计阶段的应用分析

（一）协同设计

轨道交通工程项目建设涉及很多专业，不同专业之间的配合会影响整体的施工质量与效果。BIM技术在轨道交通设计中的应用要求严格，必须要保障可以实现三维设计，基于3D 模型生成不同的图以及文档信息，同时这些图形和文档与模型逻辑始终具有一定的关联性。在特定的对象出现变化的时候，与其相关联的对象随之变化，以此实现不同专业之间的信息共享。在出现专业设计对象被修改的时候，其他相关专业设计中的对应对象也随着修改，设计成果在BIM 模型中可统一、实时的显示，进行信息的自然交互，实现不同专业之间的协同开展。土建专业确定BIM 模型的原点，设置BIM 模型的项目基点位于此原点。其余系统专业（给排水专业、强电系统、弱电系统、接触网专业、轨道专业等）均在土建专业下发的模型上，参照BIM 设计原点、限界专业区间剖面设备空间布置关系及本专业要求进行设备及管线的模型布置。最终由限界专业在服务器汇总后，开展碰撞检查。BIM 设计软件是在两物体出现干涉时识别为碰撞，因此也会判断出很多不合理的碰撞之处，各专业可查看报告，排除不合理的碰撞。本次检测为各专业一对一进行碰撞检测，忽略了各专业内部碰撞，生成html 格式的报告文件。在软件自动碰撞检查后，再次通过人工漫游进行核查，结合断面布置示意图，核对出非碰撞且需修改的地方，然后进行修改。如设备布置不合理、与限界设计原则布置不一致等情况。

（二）设计可视化

BIM技术作为一种可视化程度较高的工具，主要涉及项目的几何、物理以及功能等信息，同时不同计算机模拟软件的集成，在一定程度上拓展了其可视化的功能。在特定的阶段，BIM 模型会基于其关联要素的转变而进行实时的动态自动更新，可视化效果与设计始终保持一致。同时，BIM技术具有碰撞检查的功能，可以通过BIM技术将差、错、碰、漏、缺等问题及时传递给设计人员，极大地提高了审图的效率。可实现周边控制因素、管线改迁等可视化。基于BIM 模型在平面、剖面图的直观可视化特点，利用BIM 软件中模型在同样一处的平、剖面表达的一致性，与设计图纸进行核查，避免二维设计过程的错漏碰撞。

（三）3D 模型展示

利用BIM技术自身的优势可以实现动画的制作，可以通过相关路径动画、环绕动画等效果进行轨道交通线路的展示。在建模中利用REVIT 三维剖切功能，截取横纵断面，清晰直观的三维视角，在设计中充分起到了随时明确位置关系和查漏补缺的作用。利用AutoRevit，链接车站及区间CAD图纸，在Revit 中建模,完成二维向三维的转换。更以3D 视角直观反应车站与区间的空间位置关系。

车站三维纵剖视图区间平面模型展示

通过BIM 三维可视化应用，直观地展示了车站与区间的位置关系、区间管线与设备位置关系。区间依靠BIM技术，有效避免了设计误差。基于BIM 模型在平面、剖面图的直观可视化特点，利用BIM 软件中模型在同样一处的平、剖面表达的一致性，与设计图纸进行核查，避免二维设计过程的错漏碰撞。在此次建模中利用REVIT 三维剖切功能，截取横纵断面，清晰直观的三维视角，在设计中充分起到了随时明确位置关系和查漏补缺的作用。

（四）碰撞检测与优化

BIM 设计软件是在两物体出现干涉时识别为碰撞，因此也会判断出很多不合理的碰撞之处，各专业可查看报告，排除不合理的碰撞。碰撞检测为各专业一对一进行碰撞检测，忽略了各专业内部碰撞，生成html 格式的报告文件。在软件自动碰撞检查后，再次通过人工漫游进行核查，结合隧道断面布置示意图，核对出非碰撞且需修改的地方，然后进行修改。如设备布置不合理、与限界设计原则布置不一致等情况。轨道交通工程设计需建立室外管线及建筑、结构等专业BIM 模型，通过分析碰撞冲突报告，可以清晰地反映原状室外管线与车站主体的碰撞、各专业管线碰撞，检查解决工程建设中各专业前期协调的难题;通过采取改进措施实现BIM 模型优化，为室外管迁方案、室内管线布置，实现了天地墙布置整齐划一，整体效果美观、整洁、和谐提供了可视化的手段，并有效的分析论证了管迁方案的合理性[1]。

（五）在城轨交通工程设计中，最重要的是对客流量和疏散逃生的考虑

传统对于客流量的预测是根据统计的数据在预测理论基础上建立模型分析，这样得到的数据会产生较大误差。而利用BlM技术对地铁车站客流进行动态仿真模拟，形成最优的客流分布，为车站出入口位置的选择和地下空间开发提供了有价值的参考。运用逃生模拟分析软件加载逃生路径和疏散人数等参数对BIM 模型进行系统分析，可以得到疏散时间、轨迹、人数变化的曲线图，以利于工程师在设计过程中有针对性的调整和优化设计方案。换乘车站及大客流车站选用AnyLogic 仿真软件进行仿真客流模拟，结合输出数据表格、演示动画、车站客流数据模型等各项成果，对优化车站建筑布局起到显著作用[2]。

四、施工阶段BIM技术应用

（一）BIM+质量管理

在工程中使用BIM技术对施工的质量进行事前、事中、事后三个阶段的控制。在项目施工前搭建三维信息模型的过程中核查工程图纸的设计错误和漏洞，协同工程设计单位对设计进行修改，同时在这个过程中找出施工时的重点和难点，提前准备，保证工程质量得到控制。进入实际施工阶段后，使用三维可视化模型进行技术交底并作为施工质量控制的基础，在局部细节和整体工程上全面进行质量控制。最后在工程竣工时，进行三维信息模型的交付和质量验收。对地铁车站现场施工过程、施工工艺可视化，帮助提高工程质量[3]。

（二）BIM 与信息化技术结合应用

BIM技术使用软件专业性强，对于管理人员来说施工门槛较高，为有效推广BIM技术应用范围，通过轻量化技术将BIM 模型放置于网页端、移动端应用，与信息化技术结合，可极大提升建设单位管理者信息获取效率，让BIM技术全员应用，更好的发挥BIM技术价值。依靠BIM技术数据集成来实现三维模型与施工工序、进度计划、质量安全信息、施工现场布置等信息的串联，打造基于BIM的建设单位项目管理平台[4]。

结语：基于BlM技术，使得城市轨道交通工程的设计得到了从二维设计到三维设计、从单纯的几何表现到全信息模型的集成、从各专业独立完成到全专业协同配合上的改革。BIM技术使信息可视化数字模型在保留了工程数据信息精确度的同时，为信息在设计人员与其他参与方之间的传递提供了极大的方便。渲染模型具有较强的展示能力，也方便城市居民对于城市公共设施建设及周边规划的了解和对于施工过程的监督。BIM 在城市轨道交通工程中已然树立了“革命性技术平台"的地位，未来的发展前景也必定更加广阔[5]。