跨座式单轨车辆基地室外管线综合BIM 技术应用研究

赵 军 杨昕映 麻宇成 吴 亮

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

1 概述

跨座式单轨是一种车辆骑跨在单根轨道梁上运行的轨道交通制式,具有转弯半径小、爬坡能力强、地形适应性好等优点[1-2]。在日本、新加坡、马来西亚、美国、韩国、巴西等国家均有运营线路,国内重庆市轨道交通2 号线、3 号线为跨座式单轨制式。近年来,运量较小的轻型跨座式单轨系统在国内发展迅速,其车辆基地的建设也越来越多。跨座式单轨交通车辆基地作为承担车辆停放、运用、整备、检修以及线路综合维修等任务的管理中心,其土建工程、设备配置较为复杂,车辆基地内部各类管、沟、线错综复杂。因此,管线设计是车辆基地设计中一项繁重的工作[3]。

BIM(Building Information Modeling)技术是一种全新的设计方式,通过建立带有丰富信息的模型系统,可真实反映工程设计、施工、管理阶段情况。BIM 技术设计的核心是通过建立各工程信息化模型,得到工程可视化三维模型和工程全部设计数据,通过这些真实可靠的数据可持续地支持工程的设计、施工和管理工作[4-5]。BIM 技术在轨道交通领域的应用正处于蓬勃发展阶段,越来越多的工程项目依托BIM 技术实现工程全过程管理和优化[6-8]。BIM 模型的建立,需要参加各方在各个过程将所有相关信息整合于统一的数据库,需要全方位的协调工作。

2 BIM 技术特点

BIM 技术具有模型信息全面、协调性强、设计和修改效率高、设计错误率低、设计质量高、可实现工程全寿命管理等特点[9]。在模型建立阶段,BIM 技术综合工程设计全方位的数据信息,在各专业接口设计协调、局部设计方案修改协调等方面效率极高;在工程管理阶段,BIM 可同步提供建筑、设备使用情况,这些信息将有利于管理部门提高建筑、设备的运行效率,提高管理工作质量[10-11]。

3 跨座式单轨车辆基地管线设计特点

城市轨道交通车辆基地室外管线主要涉及给水、消防、污水、废水、中水、雨水、电力、通信、信号、燃气、热力等专业[12]。各类管线将市政管线、车站、区间和段内各建筑物有机地联系在一起,维系着车辆基地的正常生产、生活,使建筑内各种功能得以充分发挥[13]。

在跨座式单轨交通车辆基地室外管线综合设计中,跨座式单轨交通轨道为混凝土轨道梁进入车辆基地后,整体轨道梁突出地面高度超过2 m,严重阻碍检修人员在垂直股道方向的行动。为了便于检修工作,一般会设置地下通道,以便于检修人员从地下跨越各股道。然而,地下通道会对车辆基地室外管线综合布置造成严重影响。管线设计中,必须对地下通道进行避让,特别是重力流管线的设计中,需全面综合考虑多方面的因素来避让地下通道。

跨座式单轨车辆走行轮为橡胶轮胎,故无法采用正负极两条接触轨供电,导致牵引供电系统的电缆数量增多。因此,室外管线综合设计中,牵引供电线路的断面较大;另外,跨座式交通轨道梁下方往往有大量的桩基础和承台,也是需要避让的重要构筑物。跨座式单轨车辆基地基本情况见图1。

图1 跨座式单轨车辆基地BIM 模型

为解决上述困难,跨座式单轨交通车辆基地室外管线综合设计中,可采用合槽、共沟的敷设方式,以减少管沟数量;在困难地段,采取有效防护措施来缩小管线间距。因此,在管线综合设计中采用BIM 技术,可极大程度提高设计效率。

4 BIM 技术综合应用

跨座式单轨车辆基地内部地下结构复杂、管线数量繁多,诸多重力流管线需要设置排水坡度,而采用常规二维制图方法效率低下,在多条管线交叉点需要花费大量时间来计算管线高程,局部管线高程调整易引起大量的重复劳动。在跨座式单轨车辆基地室外管线综合设计中,建立BIM 模型可直观、清晰获取工程建设各类管线的并行、穿越关系,对于局部管线的调整,能够即时同步到各相关部位的检查核实,极大提高设计效率[14-15]。BIM 技术在管线综合方面的应用,能够协助设计人员更好协调各管线关系,极大减少后期施工中的问题[16]。

4.1 BIM 模型建立流程

BIM 技术常用建模软件主要有Bentley Suite 和Autodesk Revit,Bentley,其产品常用于工业设计(石油、化工、电力、医药等)和基础设施(道路、桥梁、市政、水利等)领域,Autodesk Revit 软件常用于民用建筑。本次跨座式单轨车辆基地室外管线综合设计,采用操作界面更为友好的Revit 建模软件。

跨座式单轨室外管线综合BIM 设计主要工作流程见图2。

图2 跨座式单轨室外管线综合BIM 设计流程

4.2 BIM 管线模型建立实例

建立BIM 模型的工作中,车辆基地建筑物基础、地下人行通道、雨水蓄水池、污水系统化粪池等建构筑物均为管线首要避让的边界条件,在跨座式单轨车辆基地内部,大量桥梁承台、桩基础同样为首要边界条件;另外,各类管线互为边界条件。在建模过程中,常规的建筑结构基础均可采用系统自带族库直接完成[17-18],如单轨桥梁承台等非常规结构构筑物,仅单独增加族库元件就可使用[19-20],图3 为车辆基地内轨道梁及桥梁承台等结构情况。

图3 跨座式单轨车辆基地内轨道梁及承台结构

管线设计工作开始前,首先根据车辆基地总平面布置、室内地面及室外场坪高程等选取合理的基准。设计中,室外场坪高程、道路高程、轨道梁上表面高程可作为高程基准面。平面设计中,可导入上序相关专业图纸作为设计基准,亦可考虑采用轨道梁、道路、建构筑物基础等作为基准。跨座式单轨车辆基地主要涉及站场、轨道梁、建筑结构、绿化硬化等专业的布置方案,将该类信息模型或图纸按照需要的比例导入软件,便可开展管线模型综合设计工作。

跨座式单轨车辆基地室外管线设计、装配中,管线布置顺序十分重要,因为重力流管线一般需要考虑不小于3‰的排水坡度,且雨水、污水市政接口的高程不可改变,故重力流管线高程一般难以调整。管线设计中,应优先考虑重力流管线的布置;同类型的管线,应优先考虑大管径的管线布置,之后再进行压力流、小管径等管线布置。

跨座式单轨车辆基地管线综合设计中,因地下人行通道阻隔、桥梁桩基密布等因素,管线布置过程中,需要重点注意这些区域的管沟,以避免管沟与各类构筑物干涉。对于局部困难狭窄区域,应当采取局部预埋管、分散通过、加强防护等方式。图4、图5 是跨座式单轨车辆基地地下人行通道、承台密集区域的管线布置情况。

图4 地下人行通道区域的管线布置情况

图5 承台密集区域的管线布置情况

跨座式单轨车辆基地室外管线综合设计中,为尽可能减少管沟用地,对于部分管沟采取合沟共建的方式,根据管沟性质,对于路径相近、使用互不影响的管线,宜采用共沟敷设。本次研究中,主要将列车牵引供电管线与车辆基地动力照明电力管线进行合并路径设计,不仅节省管沟的占地,还可减少电缆沟工程。牵引供电与动力照明电力电缆沟合并前后情况对比见图6。

图6 电缆沟合并前后局部情况对比

管线模型完成后,使用Revit 软件碰撞检查组件进行管线碰撞情况检查,能够准确、清晰地反映管线交叉干涉情况。管线碰撞组件中选择检查对象类型后,针对所选对象进行碰撞检查分析,逐个查看碰撞点位情况,图7 为某处碰撞干涉点情况。

图7 管线碰撞检查结果显示

碰撞检查完成后,将碰撞报告中的碰撞点逐一查看、修改完成后,再次运行碰撞检查组件,直到无干涉情况,管线综合设计的模型即初步完成,达到二维出图的要求。

通过BIM 技术的模型建立和碰撞检查工作,可将设计方案状态、效果和错误进行直观反映,并能自动识别、定位、显示,以辅助设计人员排查并解决大部分设计错误,很大程度上保障了后续的施工进度和质量,从而全方位提升工程品质。

5 结论

通过BIM 软件建立跨座式单轨车辆基地室外管线综合,全方位模拟车辆基地室外管线布置情况,采用三维模型技术直观地反应构筑物、管线等空间关系,有效解决跨座式单轨车辆基地内管线繁多与地下构筑物占地大、布置密集的空间冲突矛盾,并总结跨座式单轨车辆基地室外管线综合BIM 技术应用的难点和经验,通过BIM 技术实现跨座式单轨车辆基地室外管线综合的设计,为后期工程的施工品质和管理质量提供有效保障。