【BIM应用】城市轨道交通工程BIM研究及应用

1、引言

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在全球进入信息化时代的今天，信息技术及其应用已成为国家实现发展战略的杠杆。对于建设领域，工业化与信息化的融合就是用信息技术系统来管控建筑全生命周期的每一个环节。建筑信息模型（Building Information Modeling—BIM），作为创建并利用数字化模型对建设工程项目的设计、建造和运营全过程进行管理和优化的过程、方法和技术，就是建筑行业两化融合的技术手段，正在变革建筑业的未来。为此，推广应用建筑信息模型技术已列入沈阳市城乡建设委员会《推进我市建筑信息模型应用的工作方案》（沈建发[2016]27号）文件中，成为沈阳市建委年度十项重点工作之一。

2、BIM技术简介

BIM( Building Information Modeling，建筑信息模型) 技术是继CAD( 计算机辅助设计) 技术之后的建设领域又一重要计算机应用技术。它是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点，为建筑物从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程，并在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，支持和反映其各自职责的协同作业。

目前，在城市中的管线大多直接埋设于地下，各专业分开布置、自成系统，无法适应城市高密度化的发展趋势，而综合管廊能够充分利用道路地下空间，不仅能够合理有序的布置各专业管线，多管线统一监管，提高管理效率，而且能够通过建设”立体道路”（即立交桥、地面道路和地下隧道）来缓解城市日益拥挤的交通压力，更重要的是可以减少道路开挖次数，延长道路使用年限。

3、工程概况

沈阳市南北快速干道综合管廊工程项目总长2.313公里，等宽设置在南北快速干道南段隧道暗埋段顶部，分为下部行车隧道层和管廊层，入廊管线包括电力、通讯、给水、热力、污水箱涵及雨水箱涵，管廊上部设有投料口、给水电信分支口、热力分支口、电力分支口、风井和逃生口，功能性用房分别为附属用房、电机房、废水泵房和通风排风机房。管廊标准断面总宽度21.1米，内高3米，全钢筋混凝土结构。如图1所示。

图1 综合管廊主体图

4、BIM技术研究与应用情况

基于BIM技术的综合管廊以顺利建设为目标，建立科学合理的综合管廊建设协调体系，以综合管廊模型为基础，形成管线安装预先模拟、方案更加合理及节约工期等机制于一体的综合管廊信息管理平台，实现全产权单位综合管廊信息共享、各专业建设工作的无缝对接，促进综合管廊建设工程顺利进行。

4.1 建立三维模型

管廊模型的建立，主要是以Revit为建模工具，以变形缝为分割段，实行全专业精细化建模，最后以链接的方式，将BIM模型进行协同管理，构建模型内容为：工程标段隧道主体结构、管廊主体结构、雨水仓、污水仓、给水管线、热力管线及电信电力管线等BIM模型，模型详细程度等级均达到LOD300（见《北京市民用建筑信息模型设计标准》第12页）已上，为实现BIM技术的深度应用奠定基础条件。

通过在所构建的模型上实现各种信息的关联，不仅可以实时查看主体全部位置信息，而且还可以对任意部位进行剖切查看，使技术人员快速掌握主体的结构形式及其位置尺寸信息。在施工开始之前就可实现各种信息融合，使项目的建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化和信息一致性的状态下进行，提高项目施工效率。BIM信息表达如图2、3所示。

图2 管廊结构功能图

图3 管廊纵剖面图

4.2 基于BIM的设计图纸错漏碰撞检测

传统管廊二维设计包含管廊平剖面图，由于CAD软件绘制的图纸缺乏关联，图纸之间信息是各自孤立的，需要依靠人工来完成图纸之间的信息关联，出现图纸之间的错漏碰撞就很难避免。再加上综合管廊自身的特点，譬如说管线排遣、管线入廊及既有管线错综复杂的位置关系成为设计的难点。在这种情况下，传统的管廊二维设计便暴露出了一些缺陷：

（1）由于缺乏完整详细的地下管线资料，在设计管廊时如果仍靠想象来设计绘制平剖面，极易出现错漏并造成施工过程中的困扰。

（2）由于管线众多且穿插频繁，会在调整管线位置时产生连锁反应，即调整一处碰撞又会产生新的碰撞，这种错误在二维设计中很容易被忽略。

（3）即便设计人员思路清晰，复杂的二维图纸在汇报时也会带来困扰，业主无法快速理解设计人的意愿，造成沟通上的不便。

本项目通过使用BIM技术在所构建的模型上实现各种信息的关联，在施工开始之前就可实现各种信息融合，提前发现并修改设计图纸中的错漏碰撞等问题，避免在施工过程中出现设计变更及返工等，减少浪费。如图4所示。

图4 管廊二维与三维图

4.3 管线洞口预留

在传统施工方式下，由于技术条件和工作模式等方面的限制，预制混凝土部品、构件和现浇混凝土墙、板等的洞口很难实现预留，往往需要等到管线安装施工时才能准确确定洞口的大小和位置，只能采用后开洞口的方式实现管线的安装。后开洞口不仅会造成穿过洞口的钢筋被截断，产生安全隐患（对于预制构件隐患更大），且所需要的费用也高于BIM技术的实施费用，同时也造成材料、人工等的浪费，不符合国家绿色施工的发展方向。

BIM技术的应用可以完全突破传统方式的限制，在施工之前就能够预先精确确定各种洞口的尺寸和位置，避免施工过程中的各种开洞所产生的安全隐患，保障施工质量，见图5。

图5 管廊洞口示意图

4.4 既有管线定位及与主体的碰撞检查

地下既有管线错综复杂，定位困难，管线排迁及土方开挖难度大。在实际建造过程中可能产生错挖，导致施工停滞，工程进度受阻。因此，依据项目任务要求，第一阶段重点解决项目所急需的施工路段地下既有管线排布情况及其与主体结构之间的相对位置关系，以便为施工企业制定既有管线排迁、土方开挖、桩体施工等方案提供技术依据，以及在施工之前与各管线相关产权单位进行协调沟通提供更加直观、全面、准确的项目信息，从而大幅度提高项目施工效率。如图6所示。

图6 既有管线与主体关系图

4.5 管线入廊方案模拟

由于本项目中入廊管线中的给水和热力管线属于大口径管道，在安装过程中，通过BIM技术模拟管线的入廊安装过程，对施工方案的推敲，施工技术交底等都带来很大的便利。由于管廊空间狭小，预留足够的空间给后续建造工作的开展成为重要的问题，而BIM技术的运用，可以很好的解决工作空间有限的问题，提高施工效率，对合理安排工程进度起到了很大的帮助。通过BIM 模拟，直观、立体地展示了整体施工工序之间的衔接情况，技术人员从4D 模拟中找出进度的关键点，解决了传统制定施工进度计划的纸质化和理想化。通过模拟成果，对进度及时纠偏，以便及时采取控制措施，保证施工进度按期完成。如图7所示。

图7 入廊管线模拟图

4.6 运维管理

云技术是一种利用互联网实现随时按需便捷地访问共享资源的计算模式。基于BIM的城市地下综合管廊运营管理系统构建的核心思想，是将以物联网技术为基础的管廊综合监控系统移植到云平台上，并将综合管廊主体及附属设施信息数字化存储于云平台，采用GIS技术和BIM技术实现对上述数据的整合，建立统一的综合管廊运营管理云平台门户，用户可通过台式电脑，智能手机或者平板电脑等移动设备实现综合管廊运营过程的监控。一方面通过已建成的数字模型为基础，采用BIM+二维码或者RFID技术对综合管廊进行可视化监控和管理。另一方面，通过通讯设备获取综合管廊监测监控实时数据，经处理后写入监测监控实时数据库和历史数据库。以此来实现了综合管廊运行全生命周期内数据的统一存储、分析、判断，并向管理层提供决策支持。

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