城市轨道交通BIM建模及技术应用研究

陈宇佳

（广州地铁设计研究院股份有限公司）

城市化建设中，城市轨道交通项目是完善城市交通体系的重要工具，但由于城市轨道交通项目所处环境的复杂性，传统的勘测、管理技术已经无法满足项目的建设需求。因此，相关人员尝试将BIM技术应用在城市轨道交通中，借此利用BIM模型直观、生动呈现城市轨道交通项目的整个生命周期，加强项目各阶段的勘测与管理。

厦门市轨道交通2号线为城市东西向骨架线，构建了本岛与海沧区快速跨海连接通道，并通过换乘与轨道交通1、3、4、5号线衔接。2号线一期工程正线起于芦坑，止于五缘湾，正线长26.1km，设站23座，其中换乘站7座，均为地下敷设，区间线路穿越了海沧区、湖里区以及思明区3个城区。二期工程西起天竺山站，向东穿越蔡尖尾山后接入一期工程芦坑站。线路全长15.3km，均为地下线。共设车站9座，均为地下站，其中换乘站3座：在马銮西站、马銮中心站与规划6号线换乘、在翁角路站与规划8号线（机场快线）换乘。

最大站间距2864m，为海沧大道站-东渡路站跨海区间，最小站间距704m，为观音山站-林边站区间，平均站间距为1130m。该工程于2014年12月底开工建设，计划于2019年4月试运行。

BIM技术是多种技术支撑下所形成的“建筑信息模型”，城市轨道交通工程建设中BIM技术同样可建立城市轨道交通工程的“信息模型”，从而用可视化的立体模型，优化城市轨道交通建设中的构筑物设计，协调项目施工中的各类作业，加强施工进度、质量管理。在国家的“十三五规划”文件中指出：“各地区应持续改进、推广应用BIM技术，挖掘BIM建模的优势所在，多层次地控制各类工程项目中的成本投入，为城市轨道交通工程的集成化管理做出贡献”[1]。

城市轨道交通项目中，BIM技术的应用前景良好，可分别应用在该类工程的整体规划、设计、施工建设、运维管理中。相关人员通过建立城市轨道交通BIM模型，可以在项目建设规划阶段中获取更可靠的数据支持，直观地分析轨道交通设计中的质量风险、成本风险，保障城市轨道交通工程的建设质量。比如，BIM技术可对城市轨道交通工程进行施工模拟，用生动、直观的现场图示，模拟施工作业，便于管理者有序地安排各项施工任务，规范化进行施工管理，提升城市轨道交通工程施工效率。

BIM技术支持下的城市轨道交通工程的信息模型中，项目基础数据完整、透明，可以呈现出城市轨道交通建设全过程的数据信息，使建设方利用BIM模型有效地进行施工管理、成本控制、风险管理，具体建模思路如图1所示[2]。

图1 城市轨道交通工程建模流程图

除此之外，城市轨道交通工程在建立BIM模型时需依靠Revit、Navisworks、Magi CAD等软件完成项目各阶段的建模工作。其中，Revit软件可支持土建工程模型的建立，并校验、核对土建工程平面图设计，Navisworks可以整合轨道交通中的机电模型、建筑物结构模型，实施碰撞检查，模拟施工作业。MagiCAD负责简单专业的BIM建模任务，以及城市轨道交通工程中的需定制的机电设备BIM模型[3]。

5.1 项目规划

城市轨道交通项目建设中，BIM技术可利用项目周围管线布置、地形信息、建筑物分布情况，仿真模拟车站内外部空间，用立体、可视化的3D模型分析城市轨道交通项目选址的合理性，科学地规划城市轨道交通线路。在厦门市轨道交通2号线项目中，BIM技术可支持2号线轨道模型的建立，使建设方准确地评估车站的空间方位、客流量、位置、地形条件等关键参数。利用2号线的BIM三维模型模拟车站客流量后，相关人员可判断该项目的空间需求，合理地开发地下空间、布设车站入口及其他配套设施。此外，城市轨道交通项目前期规划过程中，BIM技术可构建车站实体模型，使建设方全方位地把控周围供配电设备、城市各类管线的分布情况，预测项目设计中可能面临的问题，提前采集城市轨道交通设计所需的数据信息[4]。

5.2 项目设计

城市轨道交通项目中设计阶段BIM技术的建模作用主要集中在以下内容中：其一，建立设计模型、分析轨道交通结构、统计工程量、制作本项目的3D渲染图。其二，使用Revit、Navisworks、Magi CAD等软件分别建立地铁内机电、暖通、给排水、建筑物的设计模型。其三，用BIM技术模型表达设计意图，更直观的向业主介绍设计内容，满足其基本需求[5]。在此期间，由于BIM技术可实现各专业的碰撞检查目标，所以可提升设计阶段城市交通轨道项目的设计质量。厦门市轨道交通2号线项目中，由于地铁站内所涉及的管线复杂、机电设备多，相关人员可基于BIM技术建立地铁站的3D信息模型，经Navisworks软件渲染处理后，分别呈现各区域的立体设计图，建立可精确到局部的信息数据库。

5.3 技术交底

BIM技术不仅能够支持精细化3D模型的建立，同样能够通过动画演示的方式模拟施工工艺、施工作业的实施过程，从而帮助城市轨道交通项目中的相关主体进行技术交底。具体来说，首先，BIM技术模型能够模拟城市轨道交通项目施工建设中“组装钢筋笼”、“轨道排列”、“浮置板道床施工”，直观地进行技术交底，继而避免因交底不到位而引起的返工风险[6]。

其次，基于BIM技术，城市轨道交通项目可联合应用VR设备、BIM模型打造图文并茂的交底文档，使一线施工人员凭借可视化的文档浏览施工信息，更规范地实施各项施工工艺。逐步地提升该类项目的技术交底效率，使管理者高效安排各项施工任务，预防交叉作业、施工操作不规范等情况。

最后，在利用BIM技术进行技术交底时，相关人员可建立各项子工程的BIM模型，辅助各子工程的现场施工管理。以城市轨道交通项目中的基坑开挖作业为例，BIM模型可直观展示地层分布信息，模拟基坑开挖的全过程，并通过预演基坑开挖方案，筛选出最佳的施工方案，同时为一线施工人员提供技术指导，使其有序地完成各项施工作业[7]。

5.4 工程量计算

城市轨道交通项目中，BIM技术可应用在项目工程量的计算上，比如在厦门市轨道交通2号线地铁站中，相关人员可分别建立地铁站土建工程模型、地铁道床模型，模拟施工现场的实际情况，优化施工方案。同时根据模型中的各项数据参数，计算工程量、材料需求量。具体应用BIM技术时工程量的计算需依赖于软件Revit，分析A型、B型地铁隧道内道床，详细地统计站内道床工程量，计算道床成本，如表1所示。

表1 某地铁隧道工程内道床工程量统计表

5.5 项目运维管理

参数化是BIM技术应用在城市轨道交通项目的技术优势之一，能够实现项目数据集中分析的目标，有利于降低城市轨道交通设备、建筑物运维难度，建立三维立体的运维管理模型。在BIM建模功能支持下，相关人员根据BIM模型统计各环节信息数据，建立项目信息数据库，准确监控各环节的作业流程，多维度地分析项目成本、子工程的运行及施工质量[8]。比如在城市轨道交通中机电专业的设备运维中，BIM模型可统计设备参数，快速地结合设备编码查找设备位置，评估设备运行状态，并在设备故障后快速预警，定位故障点，从而提升机电设备运维管理效率。另外，通过BIM模型中直观的设备信息，相关人员可最大程度的节约城市轨道交通中机电设备运维人力、物力成本，推进项目建设进度，保障运维管理方案的可靠性。

综上所述，BIM技术与城市轨道交通事业的融合，为我国城市交通系统的创新建设带来了更多可能性。因此，在数据信息时代中，相关主体在建设城市轨道交通项目时，还应充分利用BIM技术的建模优势，动态模拟城市轨道交通产生的全过程，严格把控规划环节、设计环节、施工环节的质量风险，提升城市轨道交通中各项基础数据的利用率，为该类项目集成化管理目标的实现打好基础。

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