地鐵工程結合BIM+3D打印

俞靜華 楊庭琴 胡楠 張良

摘 要：地鐵工程，一直是城市建設的重點工程，得到政府各部門、社會各界人士及廣大人民群眾的廣泛關注，是反映城市建設風貌的一個縮影。工程的實施將產生巨大的社會效益、經濟效益和廣泛的社會影響及社會聲譽。我國經歷十多年的探索和發展后3D打印無論在技術、造價，還是其他應用領域方面都有了跨時代的進步。結合BIM技術指導車站復雜的管線安裝，對推廣BIM技術在集團內軌道交通項目中的應用具有重要意義。

關鍵詞：3D打印;BIM;地鐵

一、 BIM與地鐵工程的結合

（一）地鐵與BIM設計之間的配合

地鐵工程由于其專業的繁多和設計復雜性，涉及到10余種專業的共同設計，但是按照傳統的設計流程，不但設計流程時間長，其中不同專業的復雜碰撞也很難以二維圖紙的形式表達并修改出來。地鐵車站空間有限，專業多（近20個專業），管線復雜，容易發生拆改現象，造成返工、材料浪費、延誤工期。在設計階段引入BIM管線綜合設計，充分考慮安裝和運維的空間要求等因素，可指導施工的BIM管線綜合設計成果。地鐵車站的超過10個專業部署在相對狹小的車站空間內，各專業難免發生沖突;建筑、結構的布局可能加劇設備空間的擠迫。有經驗的設計咨詢單位可給出合理的設計建議，實現設計優化，提高設計質量。

（二）地鐵與施工結合BIM之間的配合

進入施工階段后首先對業主代表、施工單位和監理進行培訓，讓他們能熟練使用BIM輔助設計成果并根據BIM圖進行綜合支吊架的設計和下料，實現材料預加工，保證BIM成果順利的從設計階段傳遞到施工階段。施工配合主要是審核施工單位的綜合支吊架是否改變原BIM設計以及根據現場實際情況優化BIM圖。現場檢查主要是配合業主、監理到現場檢查施工單位是否做到按BIM圖施工，對沒有做到按BIM圖施工的提出整改意見，以確保施工單位按圖施工。

（三）BIM能為地鐵工程帶來的優勢

1、檢修空間有保證，為后期設備和管線的運維提供了技術保證。

2、BIM成果的直觀性，使得運維過程中能利用BIM成果進行工作指導。

3、BIM成果帶有屬性，通過屬性可知管線、設備的一些信息，為運維提供直觀的三維數據。

4、由于三維和二維的聯動性，利用三維生成二維圖，避免后期工程改造時尋找藍圖及核對的煩惱。

5、BIM成果為后期工程改擴建提供設計依據。

6、BIM成果中的有效信息為后期運維管理數據集成提供數據來源。

二、 BIM與3D打印技術的結合

（一）BIM模型優勢

BIM模型能夠以三維模型的形式直觀展示具體建筑的形態以及結構，但只存在于電腦端的顯示屏內部，并且文件格式特殊，需要特定的軟件進行查看瀏覽。局限性以及專業性大大的增加。BIM可以把復雜的建筑變得簡單，同樣也可以把簡單的建筑變得更簡單。BIM尤其適用于定型產品標準化部品的建立，它可以把建立過程中的隱蔽問題表面化，幫助專業人員做到所有設備的直觀可視。

（二）3D打印方面模式

模型方面由于3D打印模型與BIM模型理論上存在互通性，但是BIM模型大多數采用Autodesk公司的revit軟件進行繪制建筑以及機電模型，同時3D打印技術一般是以1：100或1：200的比例進行打印，按照1：200的比例來打印的話，建筑結構方面幾乎都可以滿足3D打印機的最小打印尺寸（3D打印機的最小打印尺寸幾乎都為1mm左右，但是有時候要考慮3D打印材料的強度）。所以實際設計管線中長寬小于200mm的風管，橋架以及直徑小于200慢慢的水管都取消打印，只保留大尺寸的管線進行打印。同時還需要進行一些調整，涉及調整軟件為3Dsmax。

（三）打印方面調整

由于3D打印材料目前在國內以光敏固話材料來說均價均在3元/g左右，所以有些結構需要進行特殊制作，下面列舉一些打印中遇到的問題以及解決辦法。

1、結構板體量過大并結構簡單，打印成本太高，且打印速度慢，不符合實際需求。

解決方法：目前暫定修改制作方式，采用亞克力板或透明樹脂板來進行制作。

2、由于打印機打印最小精度為1mm，如果按暫定1：100比例進行打印，有可能會產生不符合美觀的視覺效果。

解決辦法：暫定模型中不繪制字體模型，按照實際模型大小進行可粘貼字體打印，最后等建筑模型打印完成再進不干膠字體粘貼。

3、由于打印機打印最小精度為1mm，機電管線支吊架實際尺寸縮小后會小于最小打印尺寸。

解決辦法：暫定采用方形支吊架，在不影響結構穩定性的情況減少部分支吊架使用量。

4、由于打印機打印最小精度為1mm，部分機電管線如60的水管以及150*100的橋架，這些按比例縮放后模型會很脆弱，影響整體觀感，且這部分機電模型占整體模型比例小。

解決辦法：小于400尺寸的管線暫定不打印。

5、機電模型涉及到穿墻孔洞，建筑與機電分開打印的話，會存在建筑模型與機電模型碰撞不能合并的問題。

解決辦法：暫定距離頂板近的洞口直接開到墻頂，距離頂板遠的洞口在管線處進行分割，使管線與建筑模型不接觸，但距離小。

6、由于3D打印材料價格比貴，實心打印導致材料過重且本身材料支撐不住實心結構很容易垮塌。

解決辦法：具體結構輕的部位采用光敏樹脂進行空心打印，結構復雜且對承載力有要求的進行激光燒結空心打印，光敏樹脂由于造價低、打印機成本相對低。激光燒結由于材料成本高、打印機成本也高，但是都是在可控范圍內。

（四）打印前的準備

1、儀器準備

3D打印機、光固化箱、超聲波清洗機、除濕機、空調恒溫、酒精清洗劑、整理箱、UPS電源。

2、原材準備

液態原材一次儀器需添加24.5桶原材，原材不能有水分污染。

3、環境準備

保證環境干燥且恒溫、有穩定220V電源、除濕機。

4、注意事項

（1）打印過程中嚴禁把手伸進激光打印范圍內，由于激光為納米級激光，會對皮膚造成傷害;

（2）打印過程中嚴禁改變打印環境的濕度變化，除濕機必須是始終開始，否則會導致打印模型強度變小，整體支撐不夠;

（3）打印原材料不允許在潮濕的環境下保存，如有變質的材料應立即作廢;

（4）用一種原材打印的儀器本批次不允許中途添加不同類型的液體原材，如有混合應作廢整個儀器內部的原材;

（5）半年進行一次儀器維護工作;

（6）打印室進入之前最好帶好口罩，原材料有刺激性氣味但對身體無害;

三、結語

地鐵車站機電管線復雜處主要包括設備區走廊交叉處以及設備區與公共區交接處，標準站此類位置大概有15處左右，這類管線復雜處經常出現空間浪費以及空間擁擠的情況，在預先進行3D打印的情況下，進行復雜節點的深化打印，真實形象的展現出復雜節點的合理安裝情況，減少因設計問題的局部重復安裝拆卸，節省人工、工期。機電管線安裝復雜，3D打印技術可以真實形象的指導預制化加工現場安裝以及指導標準構件以及復雜構建的生產制造。對于形態復雜的異性構件可以用環保材料進行預先的打印安裝，若形態完全符合預制化安裝的形式要求在進行批量的生產制造，節約材料成本。

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