BIM技術在鐵路綜合管廊設計中的應用

馬雯駿

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

BIM技術是在CAD技術基礎上不斷優化和完善發展起來的，其作為建模技術應用范圍越來越廣泛，BIM技術可以創建全面性建筑模型，且具有較高的數字化特征，通過BIM技術對管廊設計進行優化。綜合管廊涉及多種管線和管道，具有建設難度較大的特點。在綜合管道建設中應用BIM技術可以實現設計信息共享，以此避免各專業設計沖突，促使管廊設計更加科學合理。

1 鐵路綜合管廊的優勢

1.1 提高管線的使用壽命

管廊對管線起到一定的保護作用，有效降低地下水對管道的損傷，促使管線使用壽命延長。綜合管廊是將原來直埋水平管道轉變成縱深方向排列，這是一種利用地下縱深空間的技術，有效避免鐵路反復開挖的問題。另外，通過管廊建設可以將多根管線集中放在一起，減少地下環境對管線的銹蝕，促使管線自身承受力增強，進而降低路面壓力帶來的荷載。鐵路管廊配備自動化監控設備，通過自動監控設備找到管線中存在的安全隱患，并采取正確方法進行修復，及時消除管線故障，鐵路管廊在節約鐵路建設用地的基礎上，也有利于延長管線使用年限。

1.2 具有一定的綜合性

鐵路管廊可以減少管線維修次數和成本，由于管線敷設會挖掘道路，導致被挖鐵路無法正常運行，而鐵路并不像普通路段一樣有多種選擇路線，部分鐵路僅有一條行動軌跡，因此開挖對鐵路的負面影響非常大。就鐵路而言，涉及通信、電力等管線，并且還需要根據不同管線功能，采用不敷設手段，也需要采用不同方式進行定期維修養護。而鐵路綜合管廊能夠容納多種管線，在對管線進行維修、改造只需要在綜合管廊中進行即可。

1.3 鐵路管廊設計和施工難度較高

管廊屬于附屬工程，其涉及的內容比較廣泛，并且地下空間施工環境多變復雜，具有一定的施工難度。管廊建設不僅需要考慮目前以及未來功能使用、維修養護、擴容等內容，還需要充分考慮各種管線之間的相互影響。比如，綜合管廊內通信管線和電力管道不可以處于一個管廊中，需要充分考慮各管線使用的情況進行建設，很有可能導致管廊的深度就會增加。鐵路綜合管廊通常采用明挖開挖方式，如果施工環境不適合明挖開挖方式可以采用盾構施工或人工暗挖的方式，這些設施在道路上還需要與城市道路景觀協調發展。

2 BIM技術在鐵路綜合管廊的設計應用

2.1 BIM技術的設計建模流程

鐵路綜合管廊BIM模型建立在工程設計基礎上，通過Revit軟件對通信、給排水、電力、信號等進行建模。管廊部分工程施工主要分為標準段、節點段，考慮節點需求，需要對節點施工進行單獨設計，包括構造圖、鋼筋圖。節點3D建模可以作為綜合管廊建設標高參考，但是不可以作為結構模型參照，保準段模型需要另行設計，通過整合模型以中心文件的形式開展協同設計建模，管廊建設流程主要有以下幾點內容，首先借助BIM技術明確標高，繪制墻體、梁、柱、支撐結構等內容；其次在結構設計基礎上提取相應信息，利用BIM技術自動生成計算模型和結果，對一些不符合設計標準的內容給出詳細報告，根據反饋來的報告對此進行優化和完善，進而完成結構設計模型建設。最后通過BIM技術建立三維立體模型，利用專業的BIM技術信息模型，借助BIM技術建設空間負荷單元，以此進行管線和設備熱負荷精密計算工作，并創建共享系統，實現碰撞檢測，以此明確解決問題的方案，完善設計模型。不斷完善和優化，BIM模型建設的質量和精準度得以提升。

2.2 利用BIM技術建設管廊廊體模型圖

建筑設計圖中，圖紙只表示點線面圖形，對建筑中某個實體而言，圖紙并不具備代表性，在實體準確度和空間方面會受到設計工具的制約。在設計過程中建筑設計空間被剝離出去，僅重視平面效果和功能，對一些復雜的建筑物，無法進行三維立體顯示，進而導致CAD圖紙變更難度頻繁、難度高。文中綜合管廊模型建設采用Revit建模軟件，這個軟件可以導出建筑三維模型的體積、設計尺寸的數據，為建筑概算和預算計算提供數據支撐，建模的精確度越準確概預算數據越精準。在此技術上，用Revit軟件建設的平面圖與立面圖可以完全對應，認為人為因素對設計圖的質量影響較小。此外，傳統設計模型的反復修改量較高，一定程度上消耗了設計師大量的精力和時間，傳統軟件僅是針對某一項問題進行修復，而CAD軟件可以解決多種問題。在建設綜合管廊過程中，會遇到口徑較大的管線，因此對立面圖模型建設軟件的要求較高。Revit可以通過其他軟件導入建模，具有一定的便捷性。Revit軟件包含的內容較多，如建筑、結構、協同等內容。

2.3 利用BIM技術建設入廊管線模型圖

鐵路綜合管廊設計包括眾多管線，并且各類管道敷設都應當遵守相應的規章制度進行敷設。借助BIM技術對工程主體結構、通信管線、電力管線建設模型，并在模型中精準地體現出各種管道的詳細數據信息。充分利用BIM技術建設施工模型，有效節省各項信息數據的匯總時間，并且有利于信息共享，便于查看建筑主體及部件的結構和位置，能夠深入分析和刨切各個部門，且能夠精確到具體位置，并且能夠幫助各類技術人員準確、快速地掌握建筑結構的具體尺寸、位置、結構形式等一系列信息，BIM技術的任意剖切也是三維立體建模的一個優勢。在此基礎上對管廊內部的管線進行調整，如圖1所示是管廊內管線排布示意圖。

圖1 管廊內管線排布

2.4 電纜槽選用方法

纜槽通常情況下會與通信信號管線通槽，而電力管線則采用分槽的方式敷設，敷設過程中一般會在通信信號槽與電力槽之間增設隔板進行隔離，電纜槽一般敷設在路肩上。鐵路路基電纜槽根據通信信號槽和電纜槽的尺寸可以劃分為6種類型，在設計過程中應當根據鐵路建設規模以及電力槽和通信槽的實際需求進行選擇。電纜槽一般采用預制的形式，其中泄水孔應當采用工廠預制成孔方式，而其他預留孔則可以進行現場鉆孔。

2.5 BIM技術的協同設計

傳統設計中利用CAD軟件設計二維平面圖，圖紙協同通常借助設計院技術會議實現的，各項專業基于CAD技術進行人工校對，這樣的工作模式下人員工作量大，圖紙校對效率不高，進度緩慢。CAD圖紙展示出來的二維形式，具有一定的抽象性，且存在很多隱藏的問題，工作人員很難發現，導致施工過程中出現沖突與碰撞，促使施工設計不斷變更，工期拖延，施工成本不斷增加。然而，BIM技術的協同設計能夠有效解決上述問題，BIM技術的協同設計是借助統一設計平臺為各專業人士提供溝通協調機會，在平臺中更方便各專業人士的交流，進而解決設計環節中信息匯總、交流不暢、工作不協調的問題，且也有利于減少各專業設計產生各種沖突現象。通過BIM技術能夠實現不同專業設計人員之間合作，不僅提升了設計工作效率，對降低工作錯誤也具有一定的促進作用。應用BIM技術協同設計，各專業人員可以在同一設計階段內建立模型，為快速準確完成設計建模提供便捷。在BIM軟件中建設中心模型，促使軟件集成共享平臺為各專業人員提供交流平臺，并且在平臺中能夠對模型文件進行存儲，以便于后期工程施工中各方溝通的依據，充分發揮出建筑模型文件價值。目前由于信息技術還需不斷進步，很多設計文件并不能夠對后期施工進行自動同步。基于此，可以利用時間錯峰的機會完成文件、計劃同步操作，以此保證建模文件能夠滿足建設要求。

3 BIM技術的拓展應用

BIM技術應用在綜合管廊設計中主要包括出圖、算量、檢查圖紙、優化設計、模擬工程施工工序、可視化模型技術交底、空間分析、結構計算等內容。

3.1 利用BIM技術進行出圖和算量

管廊設計完成之后，Revit軟件的明細表功能可以直接導出部分工程量，目前技術能夠對全部模版圖以及部分鋼筋圖進行繪制，可以充分滿足行業出圖的需求，并且能夠生成三維立體模型圖，通過三維圖將圖紙的內容充分地表達出來，以此強化圖紙的可讀性。BIM技術建模能夠實現與工程量實現聯動，為材料統計工作提供數據支撐，在精準創建模型的基礎上，BIM技術自動化算量具有較高的精準度，能夠滿足工程造價以及工程算量的需求。

3.2 檢查圖紙以及優化設計

在建模的過程中，需要根據各專業圖紙進行模型建設，但是在整合各專業內容時，很容易會出現專業之間的設計矛盾和沖突。通常情況下矛盾和沖突的類型有以下幾種，分別是數據相互矛盾、缺乏關鍵位置標注，圖紙繪制不符、模型相互碰撞等問題，這些問題都會影響到模型建設的效率。

3.3 模擬施工工序

鐵路綜合管廊建設過程中，會存在穿越軌道的問題，為了保證綜合管廊施工過程中不會對軌道使用產生影響，文章采用分基坑開挖方式進行施工。借助BIM技術創建基坑開挖模型，對整個工程施工過程進行模擬，也為施工方案論證順利通過提供基礎保障和有效依據。

3.4 模型可視化技術交底

如圖2所示是管廊節點模型可視化技術交底圖，綜合管廊會存在較多管廊艙室的情況，在這種情況下，綜合管廊設計節點具有較高的復雜性，簡單的二維圖紙對管廊的節點設計顯示并不突出，很難根據圖紙制定完善的建筑施工方案，這也不利于發現圖紙中存在的潛在問題，這樣在進行技術交底時就很容易忽略潛在的風險。通過軟件能夠促使復雜的階段進行三維設計，依賴Revit版本前強大的建模能力可以將復雜的節點以三維的形式展示處理，只需要對參數修改即可進行設計。通過三維立體模型促使施工人員了解工程結構、工程概況、施工技術、施工方法等，進而保證施工過程的安全性。

圖2 鐵路管廊復雜節點模型示意圖

3.5 空間分析

鐵路管廊建設空間高度和寬度都應當滿足管廊中后期管線維修、養護工作的需求，通過BIM技術將管廊模型導入到信息化虛擬平臺中，進而對管廊的高度和寬度進行空間模擬，并對此進行分析，促使管廊模型建設能夠符合實際需求。文章采用Revit技術平臺，在平臺中可以根據維修人物的實際身高模擬出維修人員，通過漫游進行實景維修場景模擬，并利用智能自動化技術進行測量，包括人物活動空間測量、機械設備使用空間測量等內容，計算出鐵路管廊內部空間是否滿足后期對管道的維修和養護工作要求，并且生成分析報告。

3.6 結構計算

BIM技術生成的模型可以通過Revit-midas技術轉換成mct文件，并利用參數化構件對軟件中結構進行受力分析計算，之后通過Midas軟件實現模型結構計算，以受力分析計算結果作為依據對管廊模型進行優化，通過Revit技術對模型進行適當調整。Midas和Revit之間能夠進行互導，以此減少二次建模的時間，促使模型建設和優化效率得以提升，最大程度上發揮出BIM模型一模多用的價值。

4 結論

綜上所述，BIM技術能夠有效改善鐵路管廊設計質量和效率，凸顯管廊設計高效性和共享性，充分利用BIM技術有利于表達設計階段各專業的設計信息，及時發現設計過程中存在的問題，促使設計工作穩定有序完成。BIM技術可以設計圖紙以三維立體形式呈現出來，有利于優化和完善設計方案，提高鐵路管廊設計效果，促使設計更加科學化。同時三維立體有利于為后期鐵路管廊建設施工提供數據支持，促使設計信息能夠貫穿整個施工階段。