【BIM应用】BIM技术在城市轨道交通方面的应用

[导读]进入 21 世纪,我国已成为世界上城市轨道交通发展最迅速的国家。 49 条线路投入运营, 96 条线路正在建设中,未来全部规划线路超过 300 条,总里程超过 10,000 公里。一、城市轨道交...

进入 21 世纪,我国已成为世界上城市轨道交通发展最迅速的国家。 49 条线路投入运营, 96 条线路正在建设中,未来全部规划线路超过 300 条,总里程超过 10,000 公里。


一、城市轨道交通工程的特点


城市轨道交通工程建设规模大、 周期长、涉及专业众多。 工期一般长达 5 年以上;除了建筑、结构、风、水、电之外,还涉及线路、限界、轨道、通信、信号、牵引供电、 AFC、综合监控、 PIS、屏蔽门等 10 多个专业的 20 多个设备系统;在漫长的建设过程中,由于外部条件的变化, 会出现很多工程变更, 而大多数的简单变更,都要涉及多个专业与部门。


轨道交通工程工期虽然长, 但建设线路长、 空间小、施工工期紧。地下工程沿线的各种外部接口繁杂, 施工空间的局限给设备管线综合带来了很多困难, 设计及现场的接口协调消耗了大量的人力与时间;后期设备安装调试时间短;建成运行后,运营管理安全标准高、全年运行、只能夜间维护。



随着近些年全国性的城市轨道交通建设高速发展, 每年都有大量新建线路投入运营,不论是设计、施工,还是运营、管理都出现了人力资源紧张的局面。如何在保证工期、质量、安全的前提下,以合理、全面的施工组织及高效的协调手段作为支撑, 提升“效率”是建设各方都要面对的严峻问题。


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二、 BIM 在城市轨道交通工程的应用


城市轨道交通工程的社会关注度高,  建设及运营方担负了更多的社会责任与使命,因此也更加注重建设与运营水平的提升。 BIM 技术的出现,为实现这一目标提供了技术支撑。


BIM( Building Information Modeling建筑信息模型)通过三维可视化为主导的设计手段, 使得设计的建筑构件带有价格、 时间、型号和规格等工程信息,这些信息相互关联并被重复利用,经过各种深入的再分析,在施工、运营等建造过程的各个阶段传递。


(一)规划阶段


利用  BIM 的思想构造城市交通的三维模型(见下图) ,这个模型由很多的模型元素构成,包括城市经济与社会方面的资料,如人口状况、 用地状况、 城市经济结构、经济规模和经济规划等;还有城市自然条件、 环境资料、城市交通资料、 土地使用规划、出行需求等。 在这些大量翔实可靠的资料分析的基础上, 基于模型信息进行分析和计算, 如线网规模计算、日客运量计算、轨道线网平均运距等;然后再采用层次分析法和模糊决策等方法来进行线网评价和方案的优选。


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(二)设计阶段


设计决定城市轨道交通建成后的工程实体能否发挥其设计功能。在工程实体设计的阶段, 城市轨道交通工程被分解为各个系统以至于各部分构件。它们在 BIM 中既是信息的载体又是信息的表达,同时是设计人员进行设计的对象。 所有构件都基于一定的逻辑关系而生成, 因此在某一个构件上所作的修改都将引起所有与之有逻辑关系的信息的智能协同修改; 同时支持多人协同工作, 对项目进行深度开发,保证信息的实时更新。


(三)施工阶段


在 3D 模 型 基 础上 增 加 施 工 进 度 ( 4thD-Time ) 及 成 本(5thD-Cost )形成多维技术实施,进行直观的 5D 施工管理。施工模型和工程进度的链接,可以分析并得到更有效的工程进度方案;施工模型与成本的结合,可以生成费用列表用于财务分析,保持最新的、准确的造价计算;施工模型与成本、时间结合,可以准确地获得工程量、时间及成本信息,并将信息分解到生产过程,生成预定的采购计划,确定更加合理的施工工序。


(四)运营阶段


BIM 技术建立的数字模型除了包含三维信息以外, 还可以包含或后续添加设备、 管线的性能参数、 维修情况等多种对运营管理非常有价值的综合技术信息, 以集成系统的形态给运营企业提供全方位的决策支持, 甚至为将来新建项目提供一个知识积累和知识管理的平台。例如,基于 BIM 及时提供的有关列车运行记录、 维修记录、财务状况、客流数据等集成信息,可以实时进行运营成本分析、行车计划调整等。


(五)应用效果


规划阶段,从轨道交通工程的机会研究到可行性研究, 逐步细化论证的过程中, BIM 技术使更多的分析得以量化,使规划和决策更加科学和准确。设计阶段,其三维可视化、可协调性的特点,大幅度地提高沟通的效率, 通过协同设计、 管线自动碰撞检测等技术手段,最大程度地避免遗漏,减少错误,提高变更的管理水平,很好地解决轨道交通工程中出现的问题 (特别是管线综合问题 ) ;同时,大幅降低设计人员的重复劳动,提高设计效率。施工阶段,通过三维模型基础上 5D施工管理的实施, 提高施工效率, 缩短工期,同时带来成本的降低。 后期运营阶段, 通过 BIM 三维模型与综合监控系统等城市轨道交通工程既有信息系统的联合使用,大大提高运营管理效率,为设备抢修、保障全年安全运营创造好的条件,使减员增效成为可能。


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三、应用推广需解决的问题


BIM 技术在国内城市轨道交通领域的应用尚处于起步阶段,在行业内依然没有进行大规模地应用,目前主要处于研究和开发阶段。比较集中的应用是在设计阶段, 应用专业以设备专业和精装修专业为主。但是许多业主、设计及施工企业已经愈来愈重视,尤其在一些省会城市,如:北京、上海、南京、无锡、宁波等城市的轨道交通工程中, 业主在合同中已明确要求设计中标单位提供管线综合三维模型,用于指导设计及施工。


(一)政府引导,统一应用。

但随着理论探讨的不断加深,实践工作的不断进展, BIM 的发展不仅仅是现有技术的进步和更新换代, 也将表现在生产组织模式和管理方式的转型, 并长远地影响人们对于轨道交通项目管理的思维模式,必将对轨道交通业产生深远影响。因此政府,尤其是行业主管部门必须大力引导轨道交通建设各方, 在建设全过程甚至建筑物的全生命周期进行统一的 BIM 技术实践应用, 实现 BIM 的价值最大化。


(二)建立标准,协同共享


目前城市轨道交通行业内尚未形成业内统一的 BIM 标准,众多机构和使用方各自为战,相互之间不兼容,容易形成信息孤岛。为

 了促进和规范 BIM 技术在城市轨道交通中的应用, 必须建立健全相关的技术标准。 制定一套针对城市轨道交通工程的 BIM 设计标准和规范体系, 并为其赋予相应的法律效力, 指导从业人员严格按照标准规范来执行,保证 BIM 技术的协同应用和信息共享。


(三)示范推广,助推进步


通过示范工程对 BIM 技术应用加以验证与完善, 继而在全行业进行宣贯推广,推动和引导新技术的应用并转化成为行业生产力,促进城市轨道交通工程业的技术进步和产业升级。




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