BIM技術在軌道交通工程設計中的運用

李 偉

（華潤（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

在城市化快速發展的背景下，作為城市重要交通工具的軌道交通也日漸發展迅速。而BIM技術將信息技術與建筑工程相結合，憑借其在工程設計中所展現出的突出優勢和特點，逐步運用到軌道交通工程建設中，在工程項目的設計、施工、管理等過程中發揮輔助優化功能，促進各方在工程建設中的有效銜接和溝通。軌道交通工程具有施工周期長、協調工作量大、建設邊界限制因素多、設計專業門類多等復雜特點，這無疑在施工方面大大增加了工程的施工難度，導致工程實際施工情況與預期設計目標存在誤差；而BIM技術在工程設計階段中的運用，則大大提高了工程設計的精準度、效率，能保障工程施工質量、進度及安全，為后期各工程項目的具體施工提供基礎保障。

1 BIM技術概述

BIM的英文全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型。該技術作為一種有效的數據化工具，被廣泛運用于建筑工程項目的設計、管理、建造當中。BIM技術的運行原理是結合工程建筑施工實際情況，通過虛擬建筑三維模型的構建，借助數字化技術，為模型提供與實際情況相符、內容完整的建筑工程信息庫。并將與建筑施工對象相關的非構件對象狀態信息、專業屬性及狀態信息、建筑物構建幾何信息等全部容納在信息庫當中，用以對新產品的開發管理提供充足的信息支持。因此，從作用上來看，BIM技術在建筑工程中的應用，能夠大大提升工程的信息集成度，通過將建筑工程信息化模型整合、數據化處理，為設計者、運營單位、建筑施工企業等工程項目相關利益方提供一個圍繞建筑工程項目本身的各方面信息、數據共享交換平臺，并將這些數據信息作用于建筑工程的全生命周期過程中，為其后續建筑項目策劃、運維、調整提供數據依據。綜上，可以將BIM技術的顯著特征歸結如下：具有動態、變化、時刻保持更新、充實的數據庫；擁有數字化設計優勢功能；可以應用于工程的全生命周期當中并持續發揮作用；能夠為項目參與各主體提供工作協同平臺，促進各部門之間的協同、溝通。

2 BIM技術在軌道交通工程設計中的具體應用

2.1 協同設計

軌道交通工程設計專業除了包含建筑、結構、水暖電等常規專業，還涉及通信信號、軌道、車輛等共三十多個專業種類，專業之間協同性要求高。BIM技術的數據承載和傳遞功能，使其建筑信息模型更是處于一個持續更新、豐富的過程，因此BIM技術有著強大的協同設計優勢。通過在各工程主體之間搭建專線、構建服務器，可確保建筑工程信息的實時開放和資源共享。在促進工程各方主體之間及時就工程建筑施工情況進行溝通、協調，促使各方能夠在同一模型中進行本專業工作的布設、信息查詢，幫助管理者及時掌控工程施工進度，由此來解決傳統軌道交通工程設計分散、協同性差、成果不集中等問題，促進完整BIM建筑模型的建立。在實際應用中，深圳地鐵建立了地鐵BIM建模及實施標準，建立統一的設計樣板、顯示樣式和構件庫，滿足協同設計使用要求。

2.2 可視化設計

在方案初始階段，采用BIM技術建造車站的三維實體模型，在三維總圖體量中，利用GIS+傾斜攝影等技術幫助設計人員直觀、快速推敲車站主體及出地面附屬建筑體量與周邊環境關系，為后續設計方案論證、分析、選擇、確定提供參考依據。傾斜攝影點示意圖如圖1所示。在車站內部，真正實現所見即所得，如圖2所示，對設計方案的錯、漏、碰、缺提前發現，提前解決，提高軌道交通工程設計質量。

圖1 傾斜攝影總示意圖

2.3 仿真設計

軌道交通線網發展日新月異，換乘站伴隨地鐵建設不斷增多，某些換乘站、樞紐站出現極度擁堵狀況。BIM通過與GIS技術進行結合，能夠將其涉及地區各相關信息直接納入軌道交通數字模型當中，通過模型直接顯示出涉及地區的具體出行需求、人口密度、地質環境狀況等，并在對軌道線路、運距、人流量等進行運算的同時，判定管線鋪設的合理性，為最終交通網線鋪設規劃的確定提供重要參考依據。同時，由于地鐵受限因素多，換乘線路及客流大小有差異，需要對具體線路及換乘客流進行定量的分析。在實際應用中，利用Legion、Steps等行人仿真模擬軟件真實模擬人的移動、超越、擁堵、移動速度調整，對客流走行流線及換乘方式進行比較，最大限度地提高換乘使用效率及乘客舒適度。

圖2 全專業模型示意圖

2.4 模擬性

BIM技術可建立軌道交通三維模型，將項目外觀及細部展現在模型之中，通過BIM參數化特性，將模型數以萬計的構件、設備、設施等數據信息導入其中，構成大型的數據庫網絡。對穩定的地鐵車站設計方案進行碰撞功能檢測，反映各專業管線碰撞情況、軌道實際運行狀況。以深圳軌道交通10號線工程崗廈站為例，其模型碰撞三維示意如圖3所示。通過管線碰撞檢測報告，問題的位置主要發生在設備層管綜圖25軸同B軸相交處，問題主要表現為送風管頂標高5950與框架梁底5570相碰撞，后續優化下移送風管位置。

圖3 模型碰撞三維示意

3 BIM技術在軌道交通工程設計中的應用現狀及發展趨勢

工程建設蓬勃發展的同時，BIM技術在國內工程界也得到了積極地推動，在軌道交通工程方面，BIM技術可應用在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理等全生命周期中，國家政策與各地政府相繼出臺政策予以支持，鼓勵BIM推動。例如，深圳地鐵統籌建立BIM技術應用綜合平臺，包含在建及建成線路車站模型及包含施工方、設計方、建設方等各方在內的顯示平臺，對全市BIM應用項目進行動態管控。

BIM技術的優勢在軌道交通工程建設中取得了顯著的應用效果，為工程的設計工作提供了有效的輔助作用。但實際調查發現，大多數軌道交通工程對BIM技術的應用多處于初級階段，受到了各方面現實因素的阻礙，主要包括以下幾點：（1）目前國內多數BIM軟件多從國外引進，在技術標準上，我國實際軌道交通工程設計存在較大差異，尚未統一；（2）軟件交互性、兼容性不強，建模時難以對一些材質、材料作出準確定義，而且異形體量建模比較復雜；（3）人才體系匱乏，BIM技術對設計人員的綜合素質提出了較高的要求，方案設計能力與BIM技術實踐操作能力缺一不可。鑒于此，為推動BIM技術在我國軌道交通設計中的有效應用，在未來的工作中，需要不斷強化高校、科研單位、政府管理部門等各方之間的溝通與交流，在相互配合、協同的效應下打破技術局限，共同致力于BIM技術的創新、功能的拓展、專業人才的培養工作。政府要發揮好政策引導、激勵作用，推動BIM技術在我國軌道交通工程企業中的推廣與應用；科研技術部門要致力于本土BIM軟件的研發，開發具有自主知識產權的軟件；高校要結合市場對BIM技術人才的切實需求情況，開設相關專業課程，做好專業BIM人才的培養工作。

4 結束語

綜上所述，軌道交通是城市建設發展的重要方面，關系到人們的便捷出行，建設高效、安全、穩定的軌道交通體系是時代發展賦予城市的重要責任。BIM技術作為一種新型的工程建筑信息模型，能夠為城市這一發展目標的實現提供重要的輔助作用，確保工程信息精度、集成度，為后續軌道交通設計、規劃、建筑等實踐活動的開展提供重要參考依據，并在實現建筑資源利用最大化、促進各方面協同作業、優化工程管理等的基礎上，實現工程作業效率、施工質量的全面提升。但與此同時，也必須清楚地認識到，BIM作為一種技術體系，無論是其應用還是運行，都必須依靠相應的軟硬件體系支持來實現。考慮到目前我國軌道交通工程設計應用BIM技術多處于初級階段，在未來的工作中，要在軟硬件完善上下功夫，為BIM技術的充分運用提供良好的支持。