（上海同冉建筑科技有限公司 上海 200000）
【摘 要】针对传统地铁建设机电管线综合中存在的问题，研究了利用BIM技术进行三维管线综合设计的方法，并将其应用到上海轨道交通13号线的管线综合工作中。结果表明，BIM技术三维管线综合有效控制了管线碰撞造成的返工，节省了工期。
【关键词】轨道交通；管线综合；建筑信息模型
【中图分类号】U231 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）14-0058-03
1.引言
1.1 背景
目前，我国城市轨道交通正处于大规模建设和高速发展阶段，全国36个大中城市共已通车路线96条，规划或在建路线446条。上海市全网运营线路总长已达617公里，车站增至366座（364座＋磁浮2座）。“十三五”期间，上海申通集团还将承担约220公里的轨交新线（段）建设任务。
地铁建设中涉及专业极其繁多，包括供电、通信、信号、消防、FAS等多达41个大小专业。各专业之间相互独立，信息共享不畅，再加上地铁本身空间有限，因此各专业的各个结构件、设备和管线之间难免会相互影响，发生碰撞[1，2]，故而设计阶段的各专业管线综合排布便尤为重要，合理的设计，不仅可以充分地利用地下空间，而且可以有助于加快施工进度，减少返工修改，避免不必要的人力、材料等的浪费[2]。
1.2 二维管线综合的缺陷
传统的碰撞检测的方法即二维管线综合设计的方式。最初各个专业分别设计好自己专业的二维图纸，之后各专业在同一张建筑底图上，根据管线综合专业的规则，分别绘制出各自专业的结构件、设备和管线。在协调会议上，根据一定的原则商讨解决已经发现的碰撞冲突[3，2]。
二维管线综合设计协调了各专业之间的工作，修改了部分明显的碰撞，在一定程度上方便了施工。然而，二维设计自身缺陷也比较明显。第一：二维平面视图并不能进行方向的切换，无法对场景进行全方位、多角度的观察，只能靠人脑想象；第二：二维设计省略部分信息，如管道保温层、结构构件等，容易导致错漏；而且要修改一个碰撞冲突发生点，势必要手动修改所有相关联的图纸，工作量很大；第三：二维图纸管线标高多为原则性确定相对位置，大量的管线没有全面精确的确定标高，给施工带来随意性，后期需要大量的时间成本和人力成本去深化和复核。因此，二维管线综合设计的方法需要升级和优化，寻求更好的解决办法。
1.3 BIM的特点
BIM全称 Building Information Modeling，即建筑信息模型，其基础是项目参与方各自建立的三维模型，与一般的3D建模技术不同的是，它还需要各个参与方把与项目有关的信息数据输入到模型中形成信息模型。
BIM技术有可视化、参数化、协调性、可出图性4个优点。第一，BIM技术平台是一个三维可视化平台，弥补了二维设计没有空间感的缺点，更加形象、直观和真实；第二，信息模型的信息以数字化形式存储在一个数据库中，如果修改了某一处的信息，则模型中相关联的视图将进行相应的改变；第三，BIM平台对信息模型进行了高度集成，管线综合模型可通过载入各专业模型来直接生成，无需另行绘制，方便省事[2]。
2.工程概况
上海轨道交通13号线为申通集团建设的全国第一条全信息化建设地铁线路。线路全长38千米，均为地下线，共有31座车站和2座车场。现已开通19站，包括一起工程和二期工程长寿路站至世博大道站。二期剩余段（长清路站——华夏中路站区间），三期（华夏中路站——张江路站）在建，预计于2018年贯通并试运营。
3.BIM技术在地铁管线综合里的应用
3.1 BIM 相关软件
目前BIM软件主要是提供一个三维设计平台，方便各专业之间模型与数据的共享。本项目选用欧特克（Autodesk）公司的Revit软件搭建各专业模型，利用Navisworks Manage 2016对模型进行碰撞检测和管线综合排布。
3.2 BIM 应用中模型碰撞检测流程
图1为基于BIM的地铁管线综合设计流程如下图所示：
图1 于BIM的地铁管线综合设计流程
（1）建立模型
建立项目的三维信息模型是BIM技术应用于碰撞检测的基础[4]。
以地铁车站为例，建筑专业的模型最为重要，在金字塔顶端，处于支配地位，结构、暖通、给排水和电气专业的模型设计都要继承建筑专业的信息数据[3]。为防止管线在空间上重叠，要明确管线标高，因为管线标高受建筑与结构模型标高的影响，所以建筑和结构的模型必须要搭建完成[5]。
各个专业的模型由不同参与方设计，因此在碰撞检测之前要将所有模型整合为一个整体。 模型整合要特别注意各模型单位等的统一。
展开“常用”选项卡的“项目”面板中的“附加”下拉列表，列表中的“合并”选项可用来整合模型，融合之后保存模型为NWF格式即可[6]。
（2）模型碰撞检测
Navisworks 软件的“常用”选项卡的“工具”面板中的 clash detective 工具可以用来做碰撞检测。单击弹出clash detective对话框。
碰撞检测的步骤如下：
①创建测试
展开测试面板，点击“添加测试”，对测试进行命名。
②选择碰撞检测的专业
首先应该检测各个专业内部的任意两组图元之间的碰撞,然后再分别选择两种专业的任意一组图元进行碰撞检测。
激活“选项”这个选项卡，设置“选择A”与“选择B”两组图元，再分别设置参加碰撞的图元类别。
③选择碰撞检测的类型
碰撞检测类型有4类，分别为硬碰撞、硬碰撞(保守)、间隙碰撞和重复项。其中硬碰撞和间隙碰撞较为常用。硬碰撞是两组图元直接的几何接触；间隙碰撞又叫软碰撞，图元间隙小于设定的值视为的碰撞，属于间隙碰撞[6]。
④设置碰撞检测的条件
选择完碰撞类型后，还需要设定公差值，公差值的意义随着碰撞类型的不同而不同。在硬碰撞中,如果图元之间距离小于公差值，那么此碰撞可以忽略。在间隙碰撞中,若不同图元之间的最小距离小于所设公差值,碰撞不可以忽略[6]。
⑤点击“运行检测”，将自动跳到“结果”选项卡，显示碰撞结果。
（3）碰撞检测报告
Navisworks 软件clash detective对话框中“报告”选项卡中可以设置导出报告，导出的碰撞检测结果为HTML格式，是标准的外部浏览器格式，可用IE浏览器等外部浏览器查看报告结果，为了方便查看，可以自己按自己需要的格式重新编制碰撞检查报告。
（4）专业协调，修改设计
碰撞点可大致分为以下两类：
一为深化设计类碰撞点，根据碰撞检测报告,按照施工要求，施工人员修改模型以满足设计规范的要求,这碰撞点可称为深化设计类,最终还要把调整方案交给设计院签字认可。
一为设计变更类碰撞点，不同于深化设计类碰撞点,施工人员不能自行修改模型,不能调整在施工过程中可能需要较大变动的碰撞点。一般这类碰撞点要由设计院提交修改方案[6]。
将碰撞点按专业分类，由管线综合专业负责来协调各专业工作，将对应的问题交由对应的专业，从而解决管线碰撞问题[3]。
3.3 BIM交付的成果
三维管线综合最终以电子文件形式给出最终成果文件，提供的电子文件包含具有模型树的三维PDF 格式的中间文件和设计默认的格式的三维综合管线设计文件；内容至少应包括以下内容：
（1）车站各层综合管线三维轴侧图，以及通过模型树状结构打开和关闭车站相关系统专业的三维轴测图（站厅层、站台层、站台板下层各分层表示）。
（2）车站管线综合关键节点部位的三维剖视图，例如：站厅层设备区与公共区交接部位；公共区位与出入口交接部位；管理用房集中区域设备走廊部位；结构层高有变化的部位；走廊交叉处管线变化复杂的地方；站台层安全门端门部位以及楼扶梯部位。
（3）站厅层通风系统内部碰撞检测和车站各系统专业间的管线综合碰撞检查过程；设备层、商业层、站台层各系统间的综合管线碰撞检测过程均通过录像生成AVI格式文件。
（4）车站整体综合管线三维轴测图；以及根据综合管线三维图分别切成二维的各系统专业管线图，并进行管线名称和高程的标注，形成管线综合二维专册图，以便二维管线综合设计和各系统管线施工图绘制提供依据。
3.4 案例分析——13号线陈春东路站
13号线陈春东路站为13号线二期工程，位于沪南公路与陈春路路口，沿沪南公路南北向布置。本站为地下二层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站顶出1个出入口、2组风亭，车站外挂设置的附属结构为2个出入口和1个人防出入口。将所有模型整合，然后检测各专业管线之间、管线与结构件之间的碰撞问题；之后协调各专业的工作，对管线模型进行修改优化，减少施工过程中人料机的浪费，加快施工进度。除此之外，还可以根据优化完成后的BIM模型生成各个专业的二维图纸和管线集中区域的三维轴测图，做好施工前的交底。部分成果如图3所示：
图3c 陈春东路站管线综合BIM模型碰撞检查报告
3.5 基于BIM的三维管线综合设计应用于地铁车站的优势
（1）与传统二维管线综合设计不同的是，它的表达形式是三维立体化的，按照真实的尺寸进行等比例的建模的，真实可靠；可以确定管线的标高，调整管线之间的标高关系；而且还可以利用浏览、漫游等多种手段来观察碰撞问题，可以检测出来传统方法检测不到的冲突[2]。
（2）将各个专业的模型整合在一起，方便管线综合专业协调各专业来进行模型的优化。具有可出图性，可以自动生成综合管线图，而且仅需要设置碰撞条件等，碰撞检测由软件完成，不用人工完成，省时省力。
（3）BIM软件既可检测单个专业内部的碰撞问题，还可以检测各个专业之间的碰撞冲突，生成碰撞报告并协调各专业进行修改解决，各视图之间参数化关联，理论上可消除所有管线碰撞问题。
（4）BIM碰撞检测技术相当于对真实情况进行了一个模拟，提前发现了问题并提前优化，避免了施工阶段人料机等的损失和进程的耽误[7]。BIM模型管线碰撞检测后，根据模型可以生成各个专业的二维图纸和管线集中区域的三维轴测图，做好施工前的交底，提高施工质量。
4.总结
目前，发展轨道交通已经成为了缓解大城市日益突出的交通问题的有效手段，尤其是修建地铁，因此地铁建设工程中的一系列问题都应该得到高度的重视，其中，如何进行管线综合设计是设计阶段的一个大问题，应用BIM技术平台克服了传统二维管线综合设计的不足，为这个问题提供了一种新的解决途径。
BIM在管线综合设计中的重大应用便是碰撞检测，它可以在设计阶段模拟出各个专业模型之间的碰撞冲突并解决，避免了施工阶段人力，物力，财力等的浪费，在一定程度上减少了返工修改，提高施工效率，还可以根据优化后的模型生成二维图纸等，更好地进行施工交底。
与此同时，BIM在综合管线碰撞的应用中还是存在一些问题需要解决。其一，碰撞检测的类型比较简单，可以对其进行二次开发，让它有更多的选择，比如，进行大面积间隙碰撞检测时，利用 Navisworks 软件没有可以选择的类型，需要通过漫游的方式检查碰撞冲突；其二，虽然碰撞报告已经可以被用来分析碰撞点发生的原因，协调各方的工作，但是它目前还没有完全被设计单位所认可，而且也没有统一的格式。
参考文献
[1]高继传，江文化.三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨[J].铁道标准设计,2015（07）.
[2]李煜一.基于BIM的综合管线碰撞检测研究[D].兰州交通大学,2014.
[3]何舢,李晨,梁大坚,王志刚.BIM技术在天津地铁红旗南路站管线综合设计中的应用[J].发电与空调,2013(03).
[4]刘卡丁，张永成，陈丽娟.基于BIM技术的地铁车站管线综合安装碰撞分析研究[J].土木工程与管理学报,2015(1):53-58.
[5]陈丹.基于虚拟建设的城市轨道交通建设管理模式研究[D]. 华中科技大学,2011.
[6]王忠诚，王磊，张桥.基于BIM技术的地铁车站机电综合管线排布应用[J].土木建筑工程信息技术,2016（03）.
[7]沈亮峰.基于BIM技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应用[J].工业建筑,2013(06).
论文作者:方瑾
论文发表刊物:《建筑知识》2017年14期
论文发表时间:2017/7/14
标签：管线论文; 模型论文; 专业论文; 地铁论文; 各专业论文; 车站论文; 标高论文; 《建筑知识》2017年14期论文;