轨道交通工程设计中BIM技术的应用

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摘要：随着城市轨道交通的快速发展，建筑信息模型技术（BIM）在轨道工程的设计已有广泛的应用。文章就BIM技术在上海某在建城市轨道交通管线设计中的应用实践，分析总结在城市轨道交通车站空间管线碰撞检查和后期现场施工配合中出现的问题，提出相应的解决方法，可以协助设计找出管线排布最优方案，节省管线材料，可在最大程度上避免施工过程中可能造成的浪费，提高现场的生产效率。

关键词：BIM；轨道交通；城市交通；工程管线；综合设计

引言

2010年以来，国内的建筑信息模型（以下简称BIM）技术在各行各业中均开展积极研究和应用。随着BIM技术在城市轨道交通工程中的应用，它可以发现并解决很多传统综合管线无法解决的问题。本文基于BIM技术应用于上海某在建城市轨道交通地下空间的设计和施工中所出现的问题，提出反思和解决策略。

1项目概况

本工程所在线路为上海市轨道交通新一轮建设规划中重要的市区级线路，是继1、2号线纸后的又一条A型车8节编组高运量的线路，本轨交车站位于上海市西郊城市副中心，目前线路及车站均在建。车站为地下两层岛式车站，车站规模约为244.2m×19.94m，地下二层为站台层，地下一层为地铁站厅层，车站设4个出入口（预留1个），2座风亭，1个消防专用出入口、2部无障碍电梯，其他地面附属不赘述。车站站台层板下净高最低为4.90m，站台层板下净高为4.50m。设计中，初步考虑站厅层公共区控制高度3.45m，站台公共区控制高度为3.0m。

2BIM技术含义及特点

BIM技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。它具有可视化、协调性、优化性三大特点。该工程中，笔者运用BIM这三大特点进行综合管线设计和现场施工配合，利用BIM技术提供的三维可视化环境，直观反映出管线的走向、排布，对管线与施工区域的冲突、管线与装修部分的冲突进行模拟、排查、分析，为拟定具体的管线迁改方案提供可靠的仿真模拟，结合施工组织，以实现给使用者以舒适的空间体验为目的确定可实施方案。（1）可视化BIM技术的可视化效果是区别于传统CAD技术最显著的一点。将传统的二维线条构件形成三维立体模型，根据大原则空调管线走最上方，其次强电，其次弱电，设计将管线排布、空间走向及设备构件等转换三维成果，辅以局部剖面及局部轴侧图，更清晰的呈现管线关系。同时还可通过浏览，慢走等多种仿真手段指导施工。（2）协调性因BIM技术的核心理念就是项目的参与方，从业主开发初期到后期物业管理，可以共同参与项目全生命周期管理。在目前的开发阶段，城市轨道交通大部分属于地下车站，由于地下车站本身存在造价高、结构体系复杂、机电设备专业系统繁多、管线布局交错复杂的特点，现场常出现管线之间、管线与结构构件之间发生碰撞的情况，给施工带来麻烦，影响房间及走道净高空间，造成返工和浪费，甚至存在安全隐患。因此在设计阶段处理好各专业管线空间排布关系，并在施工阶段能够以三维的方式指导施工，对于保证城市轨道交通工程质量与项目经济性相当重要，BIM技术可满足各专业对模型的深化要求并即时与各专业进行有效的沟通，即时调整发现的所有不合理的设计内容，对各专业进行全面协调。（3）优化性管线综合设计对于城市轨道交通地下空间的形成至关重要，作为城市轨道交通设计中专业涉及最广、信息量最多的设计，设计不仅仅满足管线综合设计的合理性，同时需根据实际情况针对空间的要求进行优化排布，精确控制净高及吊顶高度，优化各专业之间的统筹，减少不必要的材料浪费。

3BIM在管线综合设计中的调整

（1）确定净高空间的要求，提高净高空间的利用率。针对不同专业，采用不同的方式进行调整。环控系统风管首先采用贴顶设计，在局部空间净高要求较大，采用调整环控管道界面尺寸；针对给排水、冷凝冷媒管、气灭、消防喷淋管线等小型管线通过整合管线走向，优化空间，同时可通过利用局部风管变径后空间消防、喷淋管的布置设计。在考虑整合水管等小管线时要将装修纳入BIM设计中。设计时不能仅满足于各专业管线能否排下，同时要考虑安装空间、管线保温、支吊架等构件的空间问题，以及后期检修空间等控制要求。（2）调整专业管线冲突，分别针对各个专业系统管线优化，提高净空利用率。弱电综合桥架等与环控系统风管产生碰撞时，在净高条件允许下可通过调整桥架高度来解决碰撞问题；当空间净高条件不允许时，则可通过调整环控管线截面的净高尺寸来规避桥架等与环控管线的碰撞问题。当净高空间限制较大且管线较多时，设计需要熟悉各专业系统自身的要求来进行调整。如站台公共区两端屏蔽门端头处因空间有限，导致这块区域的吊顶下净高小于3.0m，最终通过系统专业协调，在局部距弱电井较远一侧可减少一层弱电桥架达到吊顶下净高3.0m要求。（3）整合装修、设备系统、支吊架设计，同时考虑现场施工预留安装空间，避免施工材料浪费。通过BIM技术整合吊顶、灯具、设备管线的支吊架结合设计，减少支吊架资源的浪费，优化安装空间。管线设计时，需考虑预留支吊架安装空间、站名墙楼梯侧墙装修表面材料的安装空间、屏蔽门格栅等需求。在项目施工中发现：因安装空间有限，管线支吊架侵入设备区侧墙装饰面安装空间、屏蔽门安装空间。综合考虑调整支吊架局部调整最下层桥架宽度（支吊架最下层为水管），来满足两侧屏蔽门安装空间、侧墙外饰面安装空间的要求。（4）设备机房内各专业统筹设计，优化空间。BIM技术在对城市轨道车站地下管线综合设计不仅仅是针对设备区走廊、站厅站台公共区这些管线较多区域，还需针对各系统专业机房进行深化设计。该工程中因系统机房内空间未经统筹设计，入场施工前也未进行相互交流，综合监控施工进场后未考虑其他安装空间先行施工，导致后期机房内吊顶区域无法安装空调设备，吊顶无法开设设备检修人孔。管线综合设计时，设计单位只将站台层以及站厅层公共区、设备区走廊的管线相撞问题作为重点，设备机房内空间则考虑较少。经此发现，系统专业的电缆桥架虽占据空间不大，但因施工顺序入场未考虑其他专业施工安装原因，导致后期其他施工无法顺利进行。在协调过程中，因各专业限制条件很多，通过BIM再次进行二次梳理，与装修、环控、综合监控等专业多次协调处理才将次问题解决。建筑空间本就是供人使用，空间的设计对于建筑本身则是很重要的内容。管线综合设计对于将更好的空间提供给使用者，给使用者以更好的舒适环境体验。

4BIM在管线综合设计中作用

在信息化快速发展的背景下，城市轨道交通利用BIM技术的可视化、协调性及优化性大大弥补管线综合设计的不足之处，大大降低了从时间成本、空间成本以及经济成本，给设计方、使用者、施工方、运营方均带来便利。（1）空间上，设计通过利用BIM技术可视化环境、协调管线综合所涉及的各系统专业并在此基础上对各专业进行整合、优化，帮助设计提前解决二维管线综合平面设计中无法解决的问题，例如，提供有序施工生产空间，消除管线之间的不合理布置，以及优化管线布置，最终完成设计对于轨道交通地下空间的要求，给后期使用者提供较好的空间环境。（2）时间上，设计提高了数据的准确性，减少了现场因碰撞问题、净高空间问题、安装检修问题耽搁的时间，减少专业间交叉作业产生的时间浪费。（3）经济成本上，在后期的配合中，BIM技术可以协助设计找出管线排布最优方案，节省管线材料，在最大程度上避免了施工过程中可能造成的浪费。提高现场的生产效率，避免施工成本的增加和工期的延误。

5结论

BIM技术的应用并不仅局限于管线综合设计，可以利用其可视化手段，为建筑设计提供更多的设计思路，将其不仅应用设计中协同工作，让协同工作服务贯穿于整个建筑工程的全生命周期中。

参考文献：

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[3]史恬齐．bim技术在管线综合中的应用研究[J]．住宅与房地产，2020（12）：203-204

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作者：康小敏 汪炎斌 单位：上海市地下空间设计研究总院有限公司