摘要：BIM碰撞檢查和管線綜合優(yōu)化可以排除碰撞點，設(shè)計人員根據(jù)檢測結(jié)果，通過數(shù)次優(yōu)化變更，能夠形成達到多專業(yè)交叉配合的理想模型；對管線排布方案進行優(yōu)化，避免后期的設(shè)計變更及施工返工，提高了設(shè)計效率，降低了施工成本。

關(guān)鍵詞：BIM；碰撞檢查；管線綜合；管線排布；零碰撞；深化設(shè)計

隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，城市化進程加快，城市的人數(shù)急劇增加，民用汽車持有量增長，城市交通的擁擠狀況越來越嚴(yán)峻。城市軌道交通具有大運量、高速度、低能耗等優(yōu)勢，作為一種高效低碳的公共交通，成為城市居民出行的首選。城市軌道交通的發(fā)展有效緩解城市交通擁擠現(xiàn)象使居民更容易出行，大大提高城市發(fā)展水平?！癇IM”出現(xiàn)《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中，隨后發(fā)布的《關(guān)于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》深化BIM概念，推動了BIM技術(shù)在我國工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM技術(shù)的探索實踐不僅在建筑業(yè)應(yīng)用廣泛，在地鐵施工中的應(yīng)用也很廣泛和深入。BIM技術(shù)在國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用正迅速發(fā)展。北京、上海、廣州、深圳、長沙、洛陽等多個城市的交通軌道項目中都應(yīng)用了BIM技術(shù)。大部分項目應(yīng)用BIM進行3D建模、進度管理、管綜綜合優(yōu)化以及自動碰撞檢測等。

BIM是英文“Building Information Modeling”的縮寫，BIM 技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，由Chuck Eastman 教授創(chuàng)立。他想通過建模技術(shù)將復(fù)雜的建設(shè)過程通過模型表達出來，使建設(shè)過程更加直觀和可量化。

目前碰撞檢查和管線綜合優(yōu)化是BIM技術(shù)在城市軌道交通項目中應(yīng)用最為廣泛的，BIM碰撞檢查通過碰撞測試將模型中出現(xiàn)的碰撞問題在施工前進行調(diào)整完善，對管線排布方案進行優(yōu)化，避免后期的設(shè)計變更及施工返工，提高了設(shè)計效率，降低了施工成本。

一、BIM碰撞檢查

現(xiàn)代城市軌道交通設(shè)計一直是多專業(yè)、多工種、多領(lǐng)域相互配合協(xié)作而成的復(fù)雜工程。特別是在地鐵車站的站廳和站臺頂部空間，水、電、通風(fēng)、弱電等專業(yè)的各類管線數(shù)量龐大、規(guī)格異常復(fù)雜，合理高效的管線綜合排布是設(shè)計人員追求的目標(biāo)，也能夠反映出設(shè)計單位的設(shè)計水平。設(shè)計圖中交錯復(fù)雜的管線路由可以用不同寬度、不同顏色的線條在CAD視圖界面上來進行區(qū)分，而在工程藍圖上這些管線路由給施工人員呈現(xiàn)的是密密麻麻、交錯排列的線條，分辨難度大。因為二維的問題，各專業(yè)管線的高度只能通過文字描述，無法直觀呈現(xiàn)。在相對局促的空間，如走廊交叉路口、上下樓層聯(lián)通孔洞、大小拐角等，圖紙是沒有辦法通過局部放大的方法呈現(xiàn)具體做法，給施工帶來二次設(shè)計成本。而BIM技術(shù)碰撞檢查功能可以檢測出不易發(fā)現(xiàn)的碰撞點。將“有壓讓無壓、小管讓大管”“暖通管大先高排、強弱電整合、水管靠邊走低”等基礎(chǔ)設(shè)計原則錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)就可以依照初始設(shè)定檢測管線路由間的碰撞情況。比如，對于通信設(shè)備間的弱電引入孔的水平橋架是否會影響其他專業(yè)的垂直向管線，可以清晰給出結(jié)果，提示設(shè)計人員確認(rèn)開孔位置和設(shè)備間內(nèi)布置。因此，通過BIM技術(shù)，不斷深化原始設(shè)計，從而得到滿足專業(yè)及施工要求的“零碰撞”模型，是現(xiàn)代軌道交通工程設(shè)計中非常必要的手段。

（一）碰撞檢查

工程中的碰撞指實體相交，或者實體間的距離小于設(shè)定公差，影響施工或不能滿足特定要求。碰撞既包含單專業(yè)內(nèi)的碰撞，也可以是多專業(yè)之間的碰撞。碰撞根據(jù)碰撞方式分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞是指實體與實體之間交叉碰撞，這種碰撞類型極為常見；軟碰撞相較于硬碰撞，各實物在空間上并未發(fā)生實際性碰撞，但實物之間預(yù)留空間過小，預(yù)留的空間對施工和后期檢修都無法滿足，稱之為“間隙碰撞”。軟碰撞也包括在動態(tài)施工過程中，時間上的碰撞。由于二維圖紙不能用于空間的表達，使得圖紙具有局限性，“隔斷式”的設(shè)計方式使各專業(yè)分工作業(yè)，導(dǎo)致設(shè)計往往存在專業(yè)間的碰撞，導(dǎo)致施工階段屢屢出現(xiàn)問題，需要返工，降低了施工效率。

在搭建的BIM平臺上，不同專業(yè)的工程師利用BIM軟件搭建與實際工程一致的建筑模型，各專業(yè)通過BIM協(xié)同設(shè)計，使不同專業(yè)的設(shè)計師共享信息全面獲取相關(guān)專業(yè)信息，在同一平臺進行全專業(yè)三維建模。通過BIM的碰撞檢查測試，可以排查出在圖紙中人眼難以發(fā)現(xiàn)的碰撞點，經(jīng)過反復(fù)的碰撞檢查測試與設(shè)計調(diào)整后，可以得到施工需要的“零碰撞”模型，并且可以生成圖紙，供施工人員使用。

（二）BIM碰撞檢查流程

碰撞檢查是在BIM設(shè)計流程中，可通過檢測平臺，將不同專業(yè)的模型進行碰撞模擬，通過軟件沖突檢查功能查找沖突可疑點，軟件將發(fā)現(xiàn)的疑點進行報警，系統(tǒng)生成碰撞檢查報告，各專業(yè)設(shè)計人員可根據(jù)碰撞報告，人工核對檢查，對各專業(yè)圖紙進行設(shè)計整改，然后返回建筑模型中，進行專業(yè)修改。

BIM技術(shù)碰撞測試檢查流程主要分為以下五個階段：

第一階段，搭建平臺，各個專業(yè)使用軟件建立本專業(yè)的子模型提交。

第二階段，子模型綜合，構(gòu)成整體BIM模型。

第三階段，通過系統(tǒng)進行檢查，形成碰撞檢查報告。

第四階段，根據(jù)碰撞報告，各專業(yè)人員修改優(yōu)化模型。

第五階段，重復(fù)以上工作，直到無碰撞為止。

二、BIM管線綜合

（一）管線綜合的概念

管線綜合其實就是機電設(shè)計深化的過程，將建筑空間內(nèi)的各專業(yè)管線、設(shè)備進行匯總，根據(jù)專業(yè)的功能特點、安裝工藝、運維管理要求，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及精裝設(shè)計的限制條件，對管線和設(shè)備進行綜合調(diào)整。最終使設(shè)計成果滿足現(xiàn)場安裝需求，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

城市軌道交通設(shè)計中參與人員多專業(yè)廣，站內(nèi)部管線多、工作量大、管線的綜合排布非常困難。BIM技術(shù)具有碰撞檢查功能，利用這種技術(shù)可以第一時間進行“錯漏碰缺”檢查，工程設(shè)計師可以很直觀地發(fā)現(xiàn)存在的問題，避免了設(shè)備管線之間的沖突，大大提升了設(shè)計與工程施工質(zhì)量。在BIM 設(shè)計時管線綜合的內(nèi)容包括碰撞檢查分析、凈高分析、沖突協(xié)調(diào)等，管線綜合的目的是避免管線與周圍的碰撞，解決管道平面布局、立體交會的沖突，以及合理安排安裝施工的工序流程。

（二） BIM管線綜合設(shè)計流程

1.管線綜合任務(wù)規(guī)劃

根據(jù)項目內(nèi)容確定建模標(biāo)準(zhǔn)、工程師進行任務(wù)劃分，并制定相應(yīng)的任務(wù)時間節(jié)點。

2.各專業(yè)BIM建模

各專業(yè)BIM工程師根據(jù)任務(wù)分配和進度計劃創(chuàng)建模型，一般機電模型是基于建筑、結(jié)構(gòu)模型進行創(chuàng)建的，設(shè)計師創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)模型后，機電工程師再創(chuàng)建相應(yīng)的模型。

3.單專業(yè)模型自檢

對專業(yè)子模型的碰撞檢查，比如給水管道的碰撞問題、排風(fēng)管與送風(fēng)管之間的問題。檢測發(fā)現(xiàn)問題后生成碰撞報告，工程師根據(jù)碰撞報告進行修改，直到無碰撞問題后將模型提交。

4.管線綜合調(diào)整

管線綜合是將已經(jīng)沒有單專業(yè)碰撞問題的模型進行整合，進行全專業(yè)模型碰撞檢查，然后檢測出不同專業(yè)間的碰撞問題，生成碰撞報告。設(shè)計人員根據(jù)問題報告對管線布局進行優(yōu)化，進行管線避讓、解決時間、空間上的碰撞問題，建模人員根據(jù)設(shè)計人員修改意見進行調(diào)整最終建立滿足施工要求的模型。

5.深化出圖

根據(jù)模型生成滿足現(xiàn)場施工的二維、三維圖紙以及動態(tài)漫游文件，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

6.管線綜合資料整理

整理各階段的設(shè)計成果、碰撞報告、深化后的模型及施工圖等資料，驗收交付使用。

三、洛陽城市軌道交通1號線BIM應(yīng)用

洛陽城市軌道交通1號線，于2021年3月28日開通運營一期工程（紅山站至楊灣站）。線路全長22.97千米，其中高架線長度0.9千米、過渡段長度0.5千米、地下線長度21.57千米；共設(shè)置19座車站，其中高架站1座、地下站18座。洛陽城市軌道交通1號線長安路站全站采用裝配式施工，應(yīng)用BIM技術(shù)對管線安裝進行有效設(shè)計深化及綜合管理，利用BIM模型結(jié)合現(xiàn)場施工條件及運輸能力，分區(qū)域?qū)C合管線進行機電管綜模塊化設(shè)計。利用BIM可視化、模擬化對各專業(yè)管線路由、標(biāo)高進行統(tǒng)籌考慮，解決了各部件連接不合理的問題。機房是機電工程的心臟，BIM技術(shù)的管線優(yōu)化使機房的工期縮短了30%，提升了安裝精度，避免了人工返工、減少了物料浪費。

洛陽城市軌道交通1號線在管線綜合BIM深化設(shè)計中充分考慮管線施工操作空間、設(shè)備及管線的維修空間、機房設(shè)備安裝及機房管線的布置、各專業(yè)設(shè)備的分布特點及施工順序的合理布置，BIM深化設(shè)計后滿足各專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計要求、避免專業(yè)碰撞、具有足夠的安裝空間及檢修空間、改進施工方式、節(jié)約材料與成本、美觀與環(huán)保，實現(xiàn)了各專業(yè)的管線及設(shè)備排布整齊合理美觀、管線無碰撞、施工零變更。

（一）BIM管線綜合設(shè)計應(yīng)用分析

BIM管線綜合設(shè)計是將碰撞位置的管線按一定的要求進行重新布局，包括高度的調(diào)整、平面位置的調(diào)整、局部管線避讓等，調(diào)整優(yōu)化后的管線就是最終安裝完成后的效果。利用BIM有效解決管線設(shè)計問題，實現(xiàn)管線和橋架的大部分有效避讓，節(jié)省設(shè)計調(diào)整管線的時間，直觀、高效地實現(xiàn)綜合管線設(shè)計和施工中的精細(xì)化和信息化。

1.凈高要求與模型完善

所有區(qū)域的管線凈高都必須滿足區(qū)域內(nèi)的凈高要求， BIM管線深化設(shè)計在滿足設(shè)計需求與安裝空間要求的情況下對管線進行抬高處理。根據(jù)設(shè)計圖紙補充BIM模型內(nèi)缺失管線、管線、設(shè)備；對不正確的墻、梁、板、柱進行修改；對管線進行保溫及防火添加，完善BIM模型。

2.管線排布

管線排布原則：風(fēng)管在最上層，中間橋架，下層水管，其中大橋架需在小橋架上層。水管不宜放于橋架上方，水管與橋架同層排布時，橋架與水管邊緣距離大于300mm；強電橋架與弱電橋架同層排布之間的距離大于300mm，動照橋架與其他管線的上層距離大于250mm比較適宜。管線排布過程中需要充分考慮支吊架橫杠、立桿、連接件、底座大小等。設(shè)計人員基于BIM模型對管線綜合排布進行深化，使管線排布正確合理。

3.路徑優(yōu)化

基于BIM模型進行路徑優(yōu)化，對管線路徑進行修改和變遷，解決管線綜合存在的專業(yè)碰撞問題，更好地實現(xiàn)系統(tǒng)功能，節(jié)約材料，安裝方式更合理，管綜設(shè)計更美觀。

4.復(fù)雜區(qū)域綜合排布

利用BIM對復(fù)雜區(qū)域進行綜合排布后管線平鋪、分層清晰、左右上下相距一致，綜合管線排布合理美觀。

四、結(jié)束語

BIM是一種新的設(shè)計與管理理念，提前解決了碰撞問題，有效地實現(xiàn)管線綜合的優(yōu)化。應(yīng)用BIM技術(shù)可以有效提高項目建設(shè)的工作效率和工程質(zhì)量，在專業(yè)間協(xié)作施工時，也可提供更為科學(xué)的解決方案，減少爭議，避免因現(xiàn)場錯誤而導(dǎo)致的返工，提高經(jīng)濟效益。

作者單位：邱智鋮 洛陽鐵路信息工程學(xué)校

參" 考" 文" 獻

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[2] 程偉，李林，劉亮亮，等.BIM技術(shù)管線綜合應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2020：5-7.