羅 偉 水 濱

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限責任公司，武漢 430014)

1 工程概況

武漢市軌道交通12號線作為武漢市遠景軌道交通線網(wǎng)“環(huán)+放射”骨架結(jié)構(gòu)中的重要一環(huán)[1]。繞行三鎮(zhèn)，將兩穿長江，一穿漢水，成為武漢的首條環(huán)線地鐵，是促進主城發(fā)展和推動城市功能完善的重要交通戰(zhàn)略性工程，武漢軌道交通12號線目前正在開展初步設(shè)計。

雙墩站為地下三層14m雙柱島式車站，車站主體位于建設(shè)大道和漢西路交叉路口東側(cè)，與既有3號線雙墩站換乘，沿漢西路南北向呈一字型布置。

車站共設(shè)置3個出入口、3組風亭、2個安全出口(兼消防救援)，出入口分別設(shè)于漢西路東西兩側(cè)，風亭設(shè)于車站東側(cè)綠化內(nèi)。

2 應(yīng)用價值

伴隨著城市化進程，城市軌道交通因其運量大、綠色節(jié)能、快速高效的特性，成為緩解城市公共交通壓力的重要手段。城市軌道交通具有涉及專業(yè)眾多； 參與方較多，項目復(fù)雜程度高，建設(shè)周期長； 投資數(shù)額較大，資金管理難度大； 收益周期較長； 建設(shè)限制性因素較多； 工期要求嚴格的特點[2]。

采用傳統(tǒng)技術(shù)及管理手段進行設(shè)計時，由于各專業(yè)溝通不暢，造成信息不對稱； 為后期的實施留下諸多隱患[3]。尤其在初步設(shè)計階段，各個專業(yè)之間基于自身需求進行設(shè)計作業(yè)，導(dǎo)致方案協(xié)調(diào)不到位，出現(xiàn)各種矛盾，進而導(dǎo)致工期延誤，成本增加，甚至工程的質(zhì)量問題。如何將所有信息進行融合后再設(shè)計，將城市地面信息、地下空間信息、地質(zhì)地貌信息與城市發(fā)展規(guī)劃信息相結(jié)合，進行綜合考量，成為初步設(shè)計階段制約設(shè)計成果質(zhì)量及后續(xù)優(yōu)化施工圖設(shè)計的關(guān)鍵。為了保證工程建設(shè)的成本、時間、質(zhì)量要求，亟需新型技術(shù)及管理措施來推動生產(chǎn)方式的變革。

BIM是一種用于指導(dǎo)項目建設(shè)運營全過程的信息系統(tǒng)，此概念的雛形為1975年美國喬治亞理工大學的查克·伊士曼提出的建筑描述系統(tǒng)(Building Description System，BDS)[4-7]。通過信息及數(shù)據(jù)與模型的融合，實現(xiàn)數(shù)字孿生的可視化功能； 同時利用數(shù)據(jù)與模型可分離的特性，可將數(shù)據(jù)復(fù)用于性能分析，進而進行設(shè)計優(yōu)化及建筑物建設(shè)運營管理。

在雙墩站的初步設(shè)計階段中，利用城市數(shù)字沙盤進行模擬分析，優(yōu)化站位及出入口布置，提升車站服務(wù)水平； 利用模型可視化及信息化特性，預(yù)見建設(shè)及運營階段的問題，對設(shè)計方案進行及時優(yōu)化調(diào)整。對于設(shè)計企業(yè)，通過應(yīng)用BIM技術(shù)可以大幅提升工作效率，避免返工與大量機械化作業(yè)； 對于業(yè)主，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，可以在初步設(shè)計階段即對方案整體進行科學有效的把控，同時對工程造價和實施難點有前瞻性規(guī)劃，對后期項目的落地實施提供有效保障。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 方案比選

城市軌道交通站點周邊限制條件眾多，既要滿足規(guī)劃退距要求，還要考慮重要建筑設(shè)施、地下工程、管線及文物等防護要求。傳統(tǒng)的二維設(shè)計通常難以綜合考慮多種限制性因素，利用BIM技術(shù)，實現(xiàn)城市軌道交通規(guī)劃信息與城市整體規(guī)劃信息的整合。利用城市數(shù)字沙盤，在將自然條件、社會經(jīng)濟條件等宏觀因素納入整體信息平臺中，整合線路及站點周邊的客流、用地、及建設(shè)條件，以數(shù)據(jù)對設(shè)計方案進行客觀評價，避免考慮不全面造成的設(shè)計返工。將建筑物與周邊重要設(shè)施的退距要求寫入模型中，結(jié)合Revit構(gòu)建的城市沙盤，形成方案熱力圖。其中，紅色代表“禁止建設(shè)范圍”，橙色代表“Ⅰ級風險源范圍”，黃色代表“Ⅱ級風險源范圍”，綠色代表“Ⅲ/Ⅳ級風險源范圍”。通過基于C#語言的二次開發(fā)進行計算機語言與模型的交互，為線站位的選擇提供直觀明確的依據(jù)。

圖1 場地風險等級判別

3.2 可視化設(shè)計

傳統(tǒng)CAD設(shè)計過程中，設(shè)計人員使用平面圖、立面圖、剖面圖表達和展現(xiàn)設(shè)計成果，這種方式造成信息割裂，圖紙成果的一致性難以保證。軌道交通工程具有空間復(fù)雜，設(shè)計專業(yè)眾多的特點，BIM技術(shù)的可視化特點為設(shè)計人員提供了直觀的設(shè)計平臺，方便設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計不合理及存在隱患的地方，提升設(shè)計質(zhì)量。同時三維可視化的設(shè)計成果也是溝通的有效媒介，可以快速準確地解決各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通問題。

在雙墩站的初步設(shè)計過程中，利用Revit構(gòu)建圍護結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)的土建三維模型，并對后期裝修效果中的燈帶、龍骨、標識標牌及主要設(shè)施等進行布置，做到“所建即所得”[8]，方便業(yè)主在初步設(shè)計階段即對后期實施效果有直觀的認識，對未來設(shè)計成果的認識也由二維圖紙向虛擬的三維空間轉(zhuǎn)換。

圖2 雙墩站模型

3.3 三維結(jié)構(gòu)計算

雙墩站作為地下三層換乘車站，車站埋深約30m，屬于重大風險源工程，其換乘通道及盾構(gòu)井部位屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)節(jié)點，利用傳統(tǒng)二維計算，難以保證結(jié)果質(zhì)量。利用Midas-Gen，構(gòu)建三維有限元模型，綜合考慮結(jié)構(gòu)與地下環(huán)境的綜合作用，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供準確的依據(jù)。

圖3 室內(nèi)裝修模型

圖4 三維有限元計算模型

3.4 碰撞檢查

地鐵車站涉及風、水、電等多專業(yè)，管線種類多，空間位置交錯復(fù)雜[9]，BIM技術(shù)的可視化及數(shù)據(jù)分析特性為快速尋找專業(yè)內(nèi)及專業(yè)間的碰撞問題提供了可能。土建專業(yè)的碰撞問題主要為“軟碰撞”，即凈空不足問題； 管線專業(yè)內(nèi)部及與土建專業(yè)的碰撞問題多因?qū)嵤┫群箜樞蚧驅(qū)I(yè)間溝通不暢導(dǎo)致的“硬碰撞”，即空間關(guān)系重疊問題。在雙墩站的實踐應(yīng)用中，利用Naviswork進行土建模型與機電模型的成果整合，對不同專業(yè)模塊設(shè)置個性化碰撞檢查標準，并自動進行碰撞檢查。通過規(guī)范化的提資格式及三維的問題截圖，有利于專業(yè)間的快速溝通。

3.5 工程量統(tǒng)計

BIM技術(shù)能夠?qū)?gòu)件信息、三維立體模型、施工流程等系統(tǒng)整合，對工程量的編制和成本管理有著重要的意義[10-11]。在利用Revit進行設(shè)計過程中，將自動生成相關(guān)構(gòu)件的性能、面積、體積等信息。在建模過程中，規(guī)范各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的種類屬性及材料信息。通過Revit的明細表功能，實現(xiàn)工程量的自動統(tǒng)計及實時更新。在實施過程中，通過對族名稱、材質(zhì)等特性進行分類，可以方便快速分類統(tǒng)計工程量。同時Revit中的明細表統(tǒng)計工具可以用于建筑面積、圖紙目錄、防火分區(qū)、房間面積等多重信息，節(jié)省了大量設(shè)計中簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作量。

圖5 碰撞檢查報告

圖6 工程量統(tǒng)計表

圖7 Revit出圖樣板

3.6 自動出圖

利用Revit中的圖紙工具，可對圖框樣式、圖幅、視圖位置、圖紙比例及顯示樣式等進行自定義，滿足圖審及后期施工要求。當模型改變時，所有相關(guān)圖紙會聯(lián)動更改，大幅提高了工作效率。同時僅需對圖紙剖切即可自動關(guān)聯(lián)圖紙，節(jié)省了大量工時。但目前由于缺少三維出圖的相關(guān)規(guī)范，軟件自身的設(shè)置又難以滿足傳統(tǒng)制圖規(guī)范要求，因此后續(xù)需要進行相關(guān)二次開發(fā)來適應(yīng)圖審需求。

4 結(jié)論

BIM技術(shù)在城市軌道交通初步設(shè)計階段的應(yīng)用，主要以優(yōu)化方案布置和提升設(shè)計效率為主。初步設(shè)計的成果是后期建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，利用BIM技術(shù)的信息化、可視化特點，易于方案比選，且可以有效規(guī)避很有傳統(tǒng)二維作業(yè)模式下功能要求考慮不足的情況。利用模型進行的工程量統(tǒng)計可以得到準確的工程量數(shù)據(jù)，大幅減少了造價人員的計量工作。圖紙與模型的聯(lián)動，實現(xiàn)了批量出圖，提升了設(shè)計人員的工作效率[8]。

但目前由于缺少相關(guān)出圖及交付規(guī)范，BIM設(shè)計只能用于方案推敲及優(yōu)化，而難以一次性形成圖審文件。未來配合相應(yīng)的二次開發(fā)工具，有望推動BIM技術(shù)在軌道交通設(shè)計領(lǐng)域的大面積推廣應(yīng)用。