BIM技術在軌道交通工程設計中的應用

趙珍祥

（楊凌職業技術學院 交通與測繪工程分院， 陜西 楊凌 712100）

建筑信息模型（building information model ,BIM）是將建筑物三維數字化建立的建筑物信息集，其能夠將建筑的設計、施工以及管理等需要的信息相關聯，實現各專業協同工作。BIM技術具有信息集成、工作可傳遞、支持協同工作等技術優勢，以工作可傳遞性為例，建筑信息模型中的工程數據在創建之后就具有隨時保持一致的相互關聯性，對工程中一項內容進行修改后，系統就會自動將修改后全部受到影響的圖元表現出來，無需設計人員手動處理，這一特點使得BIM的項目工作具有連續性，能夠降低成本，節省物力，提高工作效率[1]。近年來BIM技術從最開始的概念轉變為可以實際應用的設計工具，這為建筑的設計、建設、施工以及管理都帶來了新的挑戰與機遇。BIM技術當前已經應用于城市軌道交通工程的設計中，在車站管線綜合碰撞檢查以及地鐵車站與周邊環境的可視化設計中都發揮著重要的作用。

1 在前期規劃中的作用

將BIM技術應用于城市軌道交通的前期規劃階段，不僅可以對項目的可行性進行分析，還可以建造出城市交通三維模型。該模型不僅包括特殊建造物、管線地形、道橋情況、地址條件等固有特性，還可以包括人文經濟、社會科學、技術研究以及自然科學等各方面的資料與信息，例如可以將車流的出行分布、城市的經濟結構以及人口的密度組成等融合于三維模型中。有了這些信息的支持，能夠為軌道線網的平均運距、日換乘量、日客運量以及線網規模等進行計算與分析。

2 可視化設計

在方案的初步設計階段，采用BIM技術建造車站的三維實體模型，能夠幫助工作人員立足全局掌握周圍建構筑物、周邊地上與地下的管線、道路以及地形等，幫助設計者直觀、快速地推敲車站的附屬體以及建筑主體量，除此之外還可以與車站一體化開發的造型與范圍等對其功能與布局進行剖析。在項目的不斷推進過程中，通過BIM技術可以對多個設計方案進行探索，其中不僅可以對詳細的工程設計進行設計，還可以設計概念上的方案。BIM技術的設計選項允許建筑師僅利用一個模型就對多個備選方案進行開發與研究[2]。

3 優化設計

建筑設計不可能一次性到位，設計過程中時常需要反復進行修改與優化。傳統平面設計時，當業主方提出任何意見或者受到各種主客觀因素的影響時而需要對設計進行變更時，設計人員就不得不對大量圖紙中的相關信息進行手動修改，不僅大量消耗了設計人員的時間與經歷，各相關單位信息不匹配的現象還比較容易出現，假如優化設計的問題在施工階段才被提出，那就非常容易出現浪費資源、返工、設計變更等問題。

BIM技術的可靠性以及直觀可視化特點，允許設計單位與業主方充分利用BIM模型來進行交流溝通，及時發現設計存在的問題，對方案進行優化以及論證，這使得BIM技術的價值得到了充分的發揮。BIM模型中，圖紙屬于視圖類型之一。BIM模型允許設計者結合自己需要創建的圖紙類型，來將三維視圖、立面、剖面以及平面等各種模型界面直接添加到視圖中。BIM模型基于特定邏輯關系來生成其中的圖元構件，設計文件中的各種模型構件以及圖紙視圖等圖元相互關聯，對任何一部分進行修改，修改都會自動完成，同時還會對其他與模型相關的全部子項造成影響進而引起關聯變更。項目中的專業協同工作使得任何專業在任何地方、任何時刻做出的任何變動都能確保與其它專業的設計保持完整與協調，確保其改動處于最新狀態。這使得設計人員的錯誤率得到了明顯的降低，減少了重復勞動，也能夠提高效率、減少資源浪費、降低成本。

4 協同設計

BIM技術下的協同設計，指的是設備、結構以及建筑等各個專業工作于同一個工作平臺下，集體共享設計的項目中心文件。各專業人員采用自己的BIM核心建模軟件來建立其本專業的BIM模型，將自己的BIM模型與中心文件鏈接并同步，將修改或者新添加的信息自動添加到中心文件中。該中心文件就是建筑信息模型，所有專業能夠通過建筑信息模型來對其他專業構件的信息以及布置等進行查看，這為信息共享提供了便利。

設計單位在對方案進行設計、初步設計以及對施工圖進行設計時，都可以對專業進行分類，例如結構工程、設備工程以及建筑工程等，結構專業中包括柱、板、梁；建筑專業包括門窗、屋頂、樓板以及墻柱；設備專業包括消防、電、暖、水等基本圖元。這些圖元組成具有較高復雜的體量，也被稱為“族”，其與CAD中的“塊”比較相似[3]。最后各個專業協同，將完整的BIM模型搭建完畢。

5 自動碰撞檢測

城市軌道交通工程設計中牽扯專業較多，將近30個，車站內部的吊頂管線數量眾多，需要各個專業相互配合。平面設計時，大量管線以平面圖紙表現出來就是密密麻麻的線條，CAD視圖界面上還可以采用不同寬度與顏色的線條來進行區分，但是當圖紙打印出來時，幾乎全都是黑色的線條，難以相互區分，也不夠直觀，因此即使是有問題，也難以及時發現；剖面圖上的管線排布無法將站內全部管線的高程情況反應出來，空間局促部位如梁下、交叉以及轉角等時常存在梁與管線或者管線之間沖突的問題，但是由于缺乏三維立體空間反饋的緣故，僅從圖面上是看不出問題的，因此平面設計下的管線綜合排布始終是讓人看了就頭痛的工作。

BIM技術的碰撞檢查功能可以實現自動碰撞檢測，三維管線綜合基于BIM三維建筑設計，對管線進行碰撞檢查、標高調整以及走向優化等，這一技術妥善解決了“管線打架”的問題。自動碰撞檢測的功能在短時間內檢查錯、漏、碰、缺，這使得工程師能夠在短時間內獲得設備管線的高程沖突的指導意見，避免了二維設計中各專業信息確實的問題，使得設備、結構以及建筑各專業之間的溝通效率得到了提高，明顯提高了設計以及施工質量。

各專業工程師基于BIM軟件，建立與實際工程大小相同的模型，之后利用專業協同功能來獲取相關專業的信息。之后根據“有壓讓無壓”、“強弱電整合”、“小管讓大管”等原則，由計算機來對各個構件對象之間的相互影響進行自動檢測。例如，自動碰撞檢測可以提示哪里的管線在高程上存在沖突、暖通風管是否存在腋角或梁沖突等。基于BIM技術可以實現自動碰撞檢查，能夠發現人工難以發現的碰撞點，經數次檢測以及設計調整之后，得到的“零碰撞”模型可以滿足各專業以及施工要求。

6 結束語

BIM技術的產生使得設計方法從傳統的二維設計向三維設計逐漸發展，從以往的各專業獨立完成設計轉向各專業協同，從以往的幾何表現轉變為全信息模型集成。當前BIM技術在軌道交通的廣泛應用還是需要逐漸推廣的，但是這一技術的信息可提取性、協同性以及三維可視化特點決定了其發展前景廣闊，其具有較高的應用價值。