中鐵設(shè)計(jì)：鐵路項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)管理與應(yīng)用案例賞析

一. 項(xiàng)目概況

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司(以下簡稱“中鐵設(shè)計(jì)”)作為新建深惠城際鐵路(前保至坪地)項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)總體總包單位，以鐵路BIM聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)、深圳市地鐵集團(tuán)BIM標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)施依據(jù)，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工應(yīng)用效率為核心，依托內(nèi)部BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)與構(gòu)件庫，在項(xiàng)目的可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖階段開展了全線BIM設(shè)計(jì)管理與應(yīng)用工作。

項(xiàng)目起于深圳市前保站，止于深圳市坪地站，途經(jīng)深圳市前海合作區(qū)、寶安區(qū)、南山區(qū)、龍華區(qū)、龍崗區(qū)，東莞市鳳崗鎮(zhèn)，正線長度59.380 km(深圳市53.326km，東莞市6.054km)，設(shè)站11座，全線采用地下敷設(shè)方式。

項(xiàng)目車站全部位于城市核心區(qū)，由于沿線建(構(gòu))筑物密集，下穿大量建筑物、既有及在建地鐵、運(yùn)營鐵路、市政及高速公路(路基、橋梁和隧道)、河渠，沿線控制點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)源多，穿越電力、給排水、燃?xì)夤芫€等重大管線，市政管線復(fù)雜，導(dǎo)致線站位方案設(shè)計(jì)穩(wěn)定難度大。

圖1 項(xiàng)目概況

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二. BIM應(yīng)用情況

2.1實(shí)施思路

項(xiàng)目實(shí)施過程中，結(jié)合國鐵集團(tuán)制定的以BIM技術(shù)為核心的全生命周期信息化管理的頂層規(guī)劃，本項(xiàng)目采用“一套標(biāo)準(zhǔn)體系、一套數(shù)據(jù)、一個(gè)平臺(tái)”的實(shí)施技術(shù)路線，開展BIM設(shè)計(jì)與管理工作，推動(dòng)深惠城際鐵路工程的信息化、智能化建設(shè)。

圖2 項(xiàng)目實(shí)施思路

2.2 BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

1.協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)用

通過建立本項(xiàng)目的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，將貫穿于項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的信息以三維模型為載體進(jìn)行集中、有效的管理，讓各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在集中統(tǒng)一的環(huán)境下工作，隨時(shí)獲取所需的項(xiàng)目信息。在充分利用各專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各設(shè)計(jì)專業(yè)之間信息順暢溝通、實(shí)時(shí)統(tǒng)一，使各專業(yè)設(shè)計(jì)工作的數(shù)據(jù)文件一致、上下專業(yè)間的設(shè)計(jì)工作銜接協(xié)同有序，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率，確保設(shè)計(jì)工作合理、有序、高效地完成。

圖3 協(xié)同設(shè)計(jì)流程圖

2.全線無人機(jī)航拍

利用無人機(jī)航拍技術(shù)，將深惠城際鐵路全線無人機(jī)航拍，將航拍結(jié)果與GIS相結(jié)合，綜合分析沿線控制點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)源等內(nèi)容。

圖4 無人機(jī)航拍

3.線站位比選

通過創(chuàng)建并整合本項(xiàng)目線站位模型，并集合周邊環(huán)境模型，可視化分析設(shè)計(jì)方案線路所穿越的地層、地下水與不良地質(zhì)情況，展現(xiàn)站點(diǎn)設(shè)計(jì)狀況，探索合理的線路走向，以供決策。利用BIM與GIS相結(jié)合的方式可比選不同的線站位方案，提高設(shè)計(jì)方案的合理性和適用性。

圖5 線站位比選

4.管線遷改模擬

項(xiàng)目沿線存在給水管道、截污管涵、電力管線、高壓燃?xì)夤艿赖?，?duì)管線的調(diào)查、勘測(cè)以及遷改是項(xiàng)目前期順利推進(jìn)的關(guān)鍵。通過建立既有管線模型、道路現(xiàn)狀模型與各階段交通疏解模型，實(shí)現(xiàn)交通疏解和管線遷改方案的優(yōu)化和模擬，輔助交通管理部門和周邊相關(guān)單位進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，合理選擇疏解道路路徑。

5.設(shè)計(jì)接口檢查

創(chuàng)建工程BIM模型及其周邊影響模型，開展三維設(shè)計(jì)接口檢查工作，針對(duì)設(shè)計(jì)方案與既有工程、沿線地上和地下道路工程進(jìn)行設(shè)計(jì)接口檢查。通過新建工程BIM模型與周邊工程模型的定位整合、可視化檢查和仿真漫游，驗(yàn)證接口處工程設(shè)計(jì)的可行性與合理性，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

6.工程量計(jì)算

在BIM正向設(shè)計(jì)的背景下，搭建土建BIM模型，通過應(yīng)用土建算量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員利用BIM模型在統(tǒng)一的計(jì)算規(guī)則下自動(dòng)導(dǎo)出相應(yīng)的工程量，可節(jié)省大量時(shí)間，避免重復(fù)勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)算量一體化，從而使得工程量計(jì)算更快速、精準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)于后續(xù)施工過程中的變更計(jì)量、驗(yàn)工計(jì)價(jià)以及進(jìn)度款支付提供可靠的工程量數(shù)據(jù)，打通設(shè)計(jì)階段到計(jì)量階段的數(shù)據(jù)共享道路。

圖6 基于BIM的車站土建算量系統(tǒng)

7.換乘仿真

本工程樞紐車站數(shù)量較多，交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與多條鐵路、城際、地鐵線路交叉銜接，對(duì)于線路間的換乘要求較高。以深圳北站為BIM換乘仿真工作切入點(diǎn)，模擬乘客換乘走向，驗(yàn)證新建深惠城際車站與深圳北站及既有地鐵4、5、6號(hào)線換乘方案的可行性和便利性，為車站布局的優(yōu)化、換乘方案比選提供參考依據(jù)，提高車站運(yùn)營安全可靠性和乘客服務(wù)水平。

8.客流模擬

本工程樞紐車站比例高，換乘客流較大，基于BIM客流模擬軟件，結(jié)合收集的行人特性、客流參數(shù)、環(huán)境特征等參數(shù)，進(jìn)行樞紐車站客流仿真模擬，三維可視化高峰時(shí)段、平峰時(shí)段下的客流狀況，明確乘客走行路線，避免客流組織的交叉混亂。

圖7 客流模擬

9.參數(shù)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目區(qū)間工程采用中鐵設(shè)計(jì)自主研發(fā)的CECBIM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件是在Bentley公司Openrail建模軟件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二次開發(fā)，以“參數(shù)化驅(qū)動(dòng)”的理念，提升三維設(shè)計(jì)效率。車站采用Revit進(jìn)行設(shè)計(jì)。以標(biāo)準(zhǔn)化車站的總體設(shè)計(jì)思路，根據(jù)車站的特點(diǎn)，對(duì)出入口樓梯、加腋梁等部位進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。針對(duì)車站中的機(jī)電管線設(shè)計(jì)，探索BIM+AI技術(shù)，通過設(shè)定設(shè)計(jì)參數(shù)，自動(dòng)布置三維管線。在生成管線中，根據(jù)規(guī)則和定義，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避讓與翻彎，大幅提升設(shè)計(jì)效率。在設(shè)計(jì)過程中，探索三維正向出圖，開發(fā)快速標(biāo)注工具完善圖紙細(xì)節(jié)，按照?qǐng)D冊(cè)目錄開發(fā)快速出圖，可快速生成分層平面圖、剖面圖等。

三. BIM應(yīng)用效果

通過BIM技術(shù)應(yīng)用在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率、綜合管理等多方面得到提升，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)效。

3.1設(shè)計(jì)質(zhì)量效率

(1)區(qū)間建模輔助工具：通過應(yīng)用軌道、隧道、接觸網(wǎng)等專業(yè)快速建模工具，在模型精細(xì)度、建模速度等方面有了較大提升，初步統(tǒng)計(jì)可提高建模效率30%。

(2)車站快速建模輔助工具：通過應(yīng)用車站軸網(wǎng)布置、構(gòu)件定位、構(gòu)件查詢等專業(yè)快速建模工具，可提高車站建模速度10%。

(3)模型審核輔助工具：通過應(yīng)用車站模型自動(dòng)審核、問題清單導(dǎo)出工具，在車站模型審核效率上有較大提升，可提高審核效率20%。

(4)出圖輔助工具：通過應(yīng)用車站出圖屬性標(biāo)注等工具，在車站模型出圖標(biāo)注效率上有較大提升，可提高出圖標(biāo)注效率40%。

(5)設(shè)計(jì)校核：通過將車站重點(diǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)審核、設(shè)計(jì)校核，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題建筑專業(yè)57處、結(jié)構(gòu)專業(yè)11處，提高設(shè)計(jì)出圖質(zhì)量。

(6)數(shù)字化交付：按照交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成果歸納，形成設(shè)計(jì)成果交付目錄樹;所有成果在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)中歸檔，形成數(shù)字資產(chǎn)。

3.2綜合管理效益

(1)線站位方案比選：全線無人機(jī)航拍，核查項(xiàng)目范圍內(nèi)紅線、綠線、河道藍(lán)線、高壓黃線以及周邊既有建、構(gòu)筑物間的空間關(guān)系，輔助方案匯報(bào)、溝通。

(2)車站建筑方案比選：基于BIM模型的可視化、可模擬等特點(diǎn)，直觀展示車站空間布局、文化景觀藝術(shù)，開展建筑設(shè)計(jì)方案比選，輔助方案匯報(bào)、溝通。

(3)客流模擬與換乘仿真：模擬高峰時(shí)段、平峰時(shí)段下，客流特征及造成擁堵情況，基于BIM模型進(jìn)行車站客流、換乘情況展示，直觀仿真換乘方案，并形成相應(yīng)方案比選報(bào)告，為車站布局的優(yōu)化、換乘方案比選提供依據(jù)，提高車站運(yùn)營安全可靠性和乘客服務(wù)水平。

(4)基于BIM模型的工程量計(jì)算：基于BIM模型精細(xì)化的特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)模式大幅度提高了計(jì)算的速度和準(zhǔn)確度，降低工程量計(jì)算偏差，可為概預(yù)算編制、招標(biāo)工程量清單校核、計(jì)量支付、竣工結(jié)算等提供工程量數(shù)據(jù)支撐。

四. 項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況

依托深惠城際BIM綜合應(yīng)用成果，中鐵設(shè)計(jì)在參加的省級(jí)、行業(yè)、股份公司的BIM大賽中陸續(xù)取得優(yōu)異成績，包括2021年中國圖學(xué)學(xué)會(huì)第十屆“龍圖杯”全國BIM大賽設(shè)計(jì)組“一等獎(jiǎng)”、2022年第四屆廣東省BIM應(yīng)用大賽設(shè)計(jì)組“一等獎(jiǎng)”、2022年鐵路BIM聯(lián)盟第四屆“聯(lián)盟杯”鐵路工程BIM應(yīng)用大賽設(shè)計(jì)組“一等獎(jiǎng)”、2022年第三屆中國中鐵“卓越杯”BIM大賽成果賽綜合類“金獎(jiǎng)”等獎(jiǎng)項(xiàng)。

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