基于建模標準的城市軌道交通工程BIM模型多階段表達

姜凱

摘要：隨著國內(nèi)外信息化、空間定位、人工智能等技術(shù)逐漸發(fā)展以及大數(shù)據(jù)平臺的日趨完善，BIM技術(shù)被廣泛應用于軌道交通建設中的項目設計、施工階段，涵蓋BIM技術(shù)的共同設計、施工管理等。BIM作為一個技術(shù)性軟件，其主要作用體現(xiàn)在了工程設計、施工領域階段中的可視化功能中，但是隨著BIM軟件功能的不斷開發(fā)，學者研究發(fā)現(xiàn)其可視化功能可被應用于各種領域的運維階段，同時可以發(fā)揮減少運維成本、提高運維效率的功能。之后BIM技術(shù)開始被應用于軌道車輛運維領域，對于目前的研究而言，大部分的文獻研究基本處于理論探索階段，所以在深化技術(shù)和加強應用方面有極大的研究空間。本文就針對于目前的文獻研究現(xiàn)狀，主要從現(xiàn)狀、理論、技術(shù)和應用這四個方面歸納梳理了目前的研究成果以推動該領域的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;BIM;三維技術(shù)交底;智能調(diào)線調(diào)坡

引言

近年來，軌道交通設計信息化水平得到大幅提升，特別是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎的建筑信息模型（BuildingInformationModelling，BIM），可形象直觀地開展三維設計與分析，能承載設計、施工、運營整個生命周期工程信息，進行各類分析、仿真，現(xiàn)已成為軌道交通設計信息化的重要發(fā)展方向。

1建模范圍及劃分

城市軌道交通工程建設和運營與周邊環(huán)境密切相關(guān)，為保證全生命周期有效管理，需創(chuàng)建并集成城市軌道交通工程涉及的不同類型項目BIM模型。城市軌道交通工程涉及的BIM模型可分為周邊環(huán)境模型和工程本體模型。其中，周邊環(huán)境模型包括地質(zhì)、建（構(gòu)）筑物、地形、地下管線等模型。（1）地質(zhì)模型可全線統(tǒng)一創(chuàng)建，基于所有鉆孔數(shù)據(jù)模擬生成，并保證模型間不同地層良好銜接，在使用過程中可按工程部位、標段等進行拆分。（2）建（構(gòu)）筑物、地形等場地模型宜全線統(tǒng)一創(chuàng)建，由于城市軌道交通線路較長、模型范圍較廣，導致軟件操作困難，可使用分段創(chuàng)建和儲存的方式，在使用時按工程部位、標段等進行拆分。（3）城市軌道交通工程涉及城市地下管線，包括雨水、污水、給水、燃氣、電力、電信等，宜根據(jù)車站主體、區(qū)間線路等外延50m范圍創(chuàng)建地下管線模型。城市軌道交通工程本體可按工程部位、專業(yè)、系統(tǒng)等方面拆分模型。例如，根據(jù)城市軌道交通工程部位劃分，可分為車站、區(qū)間、車輛段（停車場）及其出入線、主變電站（所）、控制中心等。

2應用影響因素分析

技術(shù)因素的制約也是限制BIM技術(shù)被應用于軌道車輛運維領域的重要部分。首先是BIM建模缺乏相應專業(yè)軌道車輛的建模平臺，所以就現(xiàn)階段而言建模平臺的選擇研究尤為重要，建立一個適合的軌道交通模型是最重要的基礎。其次是傳感器和實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測。將無線傳感器與BIM模型相結(jié)合，實現(xiàn)了設備維修者對故障設備的快速定位維修和系統(tǒng)性的利用BIM模型完成自動化的故障維修報告生成，以便于針對性的進行設備維修;提出了將BIM模型與傳感器和檢測系統(tǒng)相互聯(lián)系，使得實現(xiàn)對軌道交通系統(tǒng)的實時監(jiān)測，并使其得到的信息數(shù)據(jù)與各個運維信息平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這為BIM技術(shù)應用于軌道車輛運維階段提供了基礎性研究。

3城市軌道交通工程BIM模型多階段表達

3.1前處理

在利用Revit軟件創(chuàng)建車站的基坑模型（僅主體結(jié)構(gòu)）前，將基坑模型的dwg格式文件導入CAD中實現(xiàn)模型定位及單位轉(zhuǎn)換，然后在CAD中導出iges格式文件到ABAQUS中，在ABAQUS中設置基坑主體結(jié)構(gòu)及周圍土體單元。基坑主體結(jié)構(gòu)及周圍土體均剖分為四面體單元，模型的單元總數(shù)為601660個，結(jié)點總數(shù)為105237個，模型尺寸為400m（長）×100m（寬）×80m（高）。基坑采用地連墻施工，墻厚為0.9m，中間標準段寬為23.5m，兩端的擴大段寬分別為25.5m和27.5m，基坑深度為19.0m。最后，通過FLAC3D的網(wǎng)格導入功能，調(diào)用ABAQUS中創(chuàng)建的模型。

3.2總體設計階段

采用BIM技術(shù)對城市軌道交通工程設計運營功能、工程規(guī)模、工程投資等進行分析，驗證工程項目可行性、穩(wěn)定線路站位、優(yōu)化設計方案，保證總體方案的合理性、適用性和經(jīng)濟性。該階段重點是根據(jù)周邊環(huán)境確定城市軌道交通的線站位布置，BIM模型顯示外輪廓即可，包含模型單元簡單描述。因此，在總體設計階段，BIM模型的建筑墻僅需構(gòu)建外墻，無需構(gòu)建建筑內(nèi)墻，外墻的幾何表達精度要求為G2、信息深度等級要求為N1。

3.3盾構(gòu)掘進應用

本工程盾構(gòu)掘進過程中下穿既有建（構(gòu)）筑物較多，通過整合BIM模型與地上地下環(huán)境模型，立體呈現(xiàn)本工程與既有建（構(gòu)）筑物的空間位置關(guān)系，掌握既有建（構(gòu)）筑物基礎類型。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與BIM模型掛接，實時監(jiān)測既有地鐵線路沉降、位移、傾斜等變化情況，科學調(diào)整盾構(gòu)機掘進參數(shù)，及時采取相關(guān)措施。利用智慧平臺集成實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可進行如下數(shù)據(jù)處理：①模擬數(shù)據(jù)變化的趨勢及可能出現(xiàn)的后果;②實時展示盾構(gòu)掘進、同步注漿及二次注漿參數(shù)，確保同步注漿到位，及時進行二次注漿;③在下穿前進行危大工程提示，下穿過程中對監(jiān)測變化情況進行預警，嚴格按照方案采取施工措施及應急措施。

3.4初步設計階段

在初步設計階段可應用BIM技術(shù)對設計方案或重大技術(shù)問題的解決方案進行綜合分析，協(xié)調(diào)設計接口、穩(wěn)定主要外部條件，論證技術(shù)上的適用性、可靠性和經(jīng)濟上的合理性。BIM模型在總體設計基礎上需要增添車站功能分區(qū)等內(nèi)容，并根據(jù)設計方案構(gòu)建建筑內(nèi)墻。此時，建筑墻的幾何表達精度要求為G2、信息深度等級要求為N2。

3.5 BIM模型+監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化應用

本工程全線臨近既有地鐵，風險極大，雖然對既有線采用了自動化監(jiān)測，但傳統(tǒng)自動化監(jiān)測手段采集數(shù)據(jù)的頻率非常高，每天可產(chǎn)生約6000條數(shù)據(jù)，管理人員很難進行快速判斷。本工程利用BIM+GIS技術(shù)，將主體結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)等三維模型整合至輕量化平臺中，將監(jiān)測數(shù)據(jù)掛接至整合模型中，可直觀展現(xiàn)隧道的位移趨勢及數(shù)值。通過對數(shù)據(jù)變化的分析可達到實時預警的效果，使管理人員能夠快速掌握既有地鐵線點位位移情況，采取合理的施工方案。管理人員在施工現(xiàn)場可利用移動設備調(diào)取模型中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，查看任意監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化趨勢，全面掌握監(jiān)測情況。

結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)作為一個可進行深度開發(fā)的圖像應用管理技術(shù)，將其應用在軌道車輛運維領域是發(fā)展的必然，通過發(fā)揮其技術(shù)的優(yōu)勢，可以充分的解決一些目前在傳統(tǒng)運維方面無法解決的問題，具有巨大的潛在研究價值，而通過現(xiàn)在智能技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM的深度研究應用也會隨著技術(shù)的不斷提高和發(fā)展實現(xiàn)深度融合，使軌道車輛運維可以實現(xiàn)真正的高效、快捷、安全、智能，從而完成軌道車輛智能運維平臺的成熟，促進軌道車輛運維技術(shù)不斷的發(fā)展完善。

參考文獻

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