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中国勘察设计协会主管主办

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​“创新杯”12载系列报道之二十二 | BIM正向设计的应用与探索

发布时间:2022/3/15 17:06:44 浏览次数: 作者: 夏东 杨超 甄建 来源: 《中国勘察设计》杂志

核心看点

近年来,随着我国城市轨道交通进入快速发展期,建筑信息模型(BIM)也被逐渐应用于地铁工程设计中。地铁工程是一项庞大复杂的系统工程,不仅需要政府部门、业主、设计单位、咨询单位、施工单位的参与,还涉及到当地环评、景观、人文等诸多因素,仅在设计阶段就涉及线站、建筑、结构、轨道、暖通等21个专业,参与方众多、信息量巨大。目前,大多数地铁工程多采用BIM逆向设计,无法充分发挥BIM技术的协同性、模拟化、参数化、信息化等优势。本文以深圳市城市轨道交通6号线支线二期工程为例,通过对基于BIM软件的二次开发成果,从全专业协同、参数化设计、方案优化等方面,阐述BIM正向设计在地铁项目中的应用,以期为其他类似项目提供借鉴与参考。


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深圳6号线支线二期过渡段效果图


工程概况和重难点


深圳市城市轨道交通6号线支线二期工程位于光明区,途径光明中心区、凤凰城片区。该线全长4.944km,设站3座,总投资约43亿元。该项目采用“高架+地下敷设”方式,其中,高架段0.359km、地下段4.585km,采用全自动无人驾驶技术。该项目结构体系复杂,工法多样,存在高架桥梁、明挖暗埋段、盾构区间、暗挖区间等,设计难度大。


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线路走向示意图


创新引领,智慧建造


协同集成数据,平台体系开发


通过自主开发BIM+GIS集成系统,使多建模软件平台实现了设计协同。该系统可兼容多种BIM数据格式,进行自动化合模,可将BIM模型快速轻量化为较小的模型,实现BIM与GIS的交互[1],实现多源数据无缝对接和协同,提高协同性、轻量化的运行处理效率。


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BIM+GIS集成系统


设计提速增效,多样插件全面开发


自主研发大量的参数化建模与合规性检查插件,通过输入必要参数,可实现土建、机电系统等模型的快速生成,并通过参数进行调节,自动核查设计的合理性,整体提高了设计效率和出图效率。同时,开发三维配筋插件,实现BIM模型直接进行受力计算和三维钢筋配筋功能[2]


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参数化插件界面


攻克技术难关,因地制宜融入属地特色


以人为本,承载地方底蕴。该项目地处市中心,下穿光明城核心地块,在方案设计初期,必须考虑整体方案与城区的布局设置,线路走向与周边用地规划属性的匹配,对车站效果与城市景观的融合等方面提出更高要求。


敷设方式灵活多样,预留工程规划。该项目线路敷设方式多样,车站及区间类型各异,线路空间关系复杂,除预留车辆基地接轨条件外,还需预留其余工程接口。


BIM智慧模拟,巧避地下管廊。该项目正线暗挖段在下穿综合管廊、附属下穿综合管廊和220kV电力线区间中,通过BIM技术,实现精准模拟、巧妙避让。


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220kV电力保护方案


专业优化,提升品质


多专业协同设计


为解决传统BIM设计模型创建效率低、多源数据融合慢、各专业间协同难、出图效率低等痛点问题,该项目制定了协同设计标准流程。基于地铁设计所含21个专业的特点,经过充分调研,确定点状工程专业采用Autodesk平台,线性工程专业采用其他平台。为打破软件平台之间的数据壁垒,中铁第四勘察设计院集团有限公司自主开发了协同设计系统,实现数据无缝融合、成果协同优化、信息沟通及时。同时,平台预留了其他专业软件数传接口,确保多专业、全过程数字协同,最终成果在GIS中进行集成应用。BIM协同设计平台与中铁第四勘察设计院集团有限公司的计划管理平台实现无缝对接,确保工程进度、质量、安全完全可控、可追溯。


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全专业协同流程图


前期勘察利用倾斜摄影、激光雷达等测绘新技术,快速获取大范围三维空间数据,实现多源数据联合建模,自动化生成实景模型,为后续的设计应用提供基础模型。在地质方面,根据钻孔勘察数据进行批量导入和管理,在图形端沿线路纵断面自动生成地层信息,创建地质钻孔三维地质体,并可查询地质数据及相关属性信息,实现了BIM从地形选线到地质选线的突破。


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多专业集成示意图


基于勘察成果,利用自主开发选线平台,深度挖掘数据价值。创建周边建筑、地块、管线等三维环境实体模型,融合实景模型,多角度进行线路方案设计,利用模型数据辅助方案决策。在选线平台中,针对不同方案的工程难度、征地拆迁、用地影响,确保各项情况一目了然,降低政府及业主部门的决策难度,推进方案快速稳定实施。


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三维选线示意图


参数化、智能化设计区


间参数化设计:利用自主开发插件进行参数化设计和调整,快速完成梁、墩、桩的设计,并叠加GIS模型核对、优化和景观的融合度。在进行快速参数化的同时,满足了景观优化效果。



环保参数化设计:利用Dynamo编程,自动生成声屏障设计方案。接触网、声屏障BIM协同设计,通过节点驱动,将接触网与声屏障进行融合,降低了声屏障高度,节省了18%的投资。


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接触网与声屏障结合模型


车站参数化设计:对车站进行全参数化设计,自动生成梁、柱模型以及站内设施,直观预览、对比不同方案的空间效果。结合车站是文旅项目门户的功能定位,最终决定采用无柱方案,营造大空间的公共区效果。通过GIS模型结合BIM建模,快速完成不同附属方案用地影响、实施难度、工程造价的分析比较。


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车站与GIS结合示意图


客流智能化模拟:通过BIM客流模拟的二次开发,实现模拟到客流数据的应用,并实现了基于BIM模型的三维客流仿真。通过BIM与三维客流模拟,可直接对BIM模型进行客流模拟,调整优化楼扶梯布置,并验证楼扶梯布置的合理性。


设备运输路径智能化模拟:开发了基于BIM可视化虚拟建造仿真平台,实现对扶梯等大型设备运输过程进行数模计算求解,得出最优运输方案,并验证了出入口通道设计的合理性。


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多软件接口应用流程图


总结与展望


在该项目的实施过程中,项目团队基于多专业、多软件的协同设计,总结出一套协同设计方法,打通了建模软件、分析计算软件与集成软件的数据接口,使正向设计实现了可能。目前公司正在与施工单位进行对接,力争将该项目设计阶段内容应用到施工阶段,打造成一个BIM全生命周期应用的示范项目。(本文作者为中铁第四勘察设计院集团有限公司夏东、杨超、甄建)


参考文献

[1]操峰,张海兵,段高博.BIM模型轻量化问题研究[J].铁路技术创新,2020(1):79-80.

[2]李双双.基于Revit的结构施工图正向设计流程探索与突破[J].铁路技术创新,2020(1):44-49.