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[分享]城市轨道交通工程施工中的BIM技术应用

发表于2018-08-25    653人浏览    1人跟帖    总热度:114  

近年来,随着科学技术的不断发展,我国建筑行业的技术发展迅速,"BIM"已成为大家口中的常用词,就像3D打印、虚拟现实一样,BIM技术为工程人员提供了另外一种视角。随着我国城市化进程加快,城市轨道交通作为一种绿色、安全、便捷的交通工具快速发展,BIM技术的应用开发性、协同性及全生命周期的管理理念与城市轨道交通工程完美契合。本文基于BIM研究在城市轨道交通建设全周期中的项目管理、设计、施工及交付运营阶段提出应用管理思路,从BIM应用价值,BIM管理组织等方面,分析BIM技术在城市轨道交通工程中的应用。

城市轨道交通工程施工中的BIM技术应用_1

1、城市轨道交通工程特点

城市轨道交通工程建设规模大、周期长、涉及专业众多。工期一般长达5年以上;除了建筑、结构、风、水、电之外,还涉及线路、限界、轨道、通信、信号、牵引供电、AFC、综合监控、PIS、屏蔽门等10多个专业的20多个设备系统;在漫长的建设过程中,由于外部条件的变化,会出现很多工程变更,而大多数的简单变更,都要涉及多个专业与部门。

轨道交通工程工期虽然长,但建设线路长、空间小、施工工期紧。地下工程沿线的各种外部接口繁杂,施工空间的局限给设备管线综合带来了很多困难,设计及现场的接口协调消耗了大量的人力与时间;后期设备安装调试时间短;建成运行后,运营管理安全标准高、全年运行、只能夜间维护。

随着近些年全国性的城市轨道交通建设高速发展,每年都有大量新建线路投入运营,不论是设计、施工,还是运营、管理都出现了人力资源紧张的局面。如何在保证工期、质量、安全的前提下,以合理、全面的施工组织及高效的协调手段作为支撑,提升“效率”是建设各方都要面对的严峻问题。

2、BIM技术简介

BIM全称建筑信息模型(Building Information Modeling)或建筑信息管理(Building Information Management),它是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,是对工程项目设施实体和功能特性的数字化表达,与其他常见建模软件不同的是BIM实体模型内不仅包含三维几何形状信息,还包含了大量的非几何形状信息,如建筑构件的材料、重量、价格和进度等,因而可用于模拟真实世界的行为,从而对施工管理起到较好的模拟和辅助作用。

3、BIM在城市轨道交通施工中的应用价值

BIM在施工中的应用主要包括以下几个方面:各类工程模型的可视化展示、施工工艺、工序以及施工进度的模拟、机电专业的深化设计、施工成本的管理和数字化构件的加工等。BIM在施工中的应用优势如下:

3.1 、提高沟通效率

城市轨道交通工程建设涉及多个单位和专业人员之间的相互配合,通过BIM软件可以将二维的平面图纸转化成更加生动直观的三维立体模型,人以真实感和直接的视觉冲击,能有效节省读图和汇报时间、便于非工程类专业人员理解设计及汇报意图,从而便于加强各参建单位之间的沟通质量和效率,更利于施工问题的解决。

(1)设计优化,减少返工

利用BIM的三维可视化功能再加上时间维度,可以提前对施工工艺和工序进行模拟,通过BIM施工模拟可以有效发现设计图纸施工过程中存在的问题,并及时在施工前与相关设计单位进行沟通处理,减少不必要的返工和人员、机械、材料的浪费。

(2)精确计划,减少浪费

BIM数据库的数据可以精细化到构件级别,可以让相关管理条线快速、准确、全面地获得工程的基础数据,为施工单位制定更详尽的人员、机械、设备投入计划提供了有效支撑,为减少浪费和实现消耗控制提供了技术支撑。

(3)多算对比,有效管控

BIM数据库可以实现工程基础信息的实时快速获取,通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比,可以有效了解在建项目的运营盈亏,以及消耗量有无超标、进货分包单价有无失控等等问题,以实现对项目成本风险的有效控制。

3.2、提高施工质量

通过BIM模型的展示,可以使得参建各方更加直观、清楚地理解设计的意图,排查施工重难点及风险源,从而协同各方采取针对性措施,对工程施工的质量、安全及进度进行有效控制。通过BIM的应用,不仅能够使得施工方、监理方,甚至是非工程行业出身的相关领导都能对工程项目建设中存在的各种问题和情况取得直观的了解。此外,通过BIM技术的应用,结合施工方案、施工模拟和现场实时监测,可大幅减少施工质量和安全问题,减少返工和整改。

3.3、节省施工成本和工期

通过BIM的应用,可以随时随地、直观快速地将施工计划与实际进展进行对比,同时进行有效协同,施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。

4、BIM组织实施

4.1、组织架构图

4.2、工作流程

(1)熟悉工程图纸,利用Revit等软件完成建模工作;

(2)依据模型进行碰撞检测、工程算量、受力分析及4D模拟;

(3)接收甲方及顾问单位工程指令信息,及时调整BIM信息;

(4)为各部门管理人员快速提供相关数据(表、图形);

(5)将有关工程建造过程发生的信息输入BIM;

(6)BIM的更新版本备份管理,为物业管理提供详实数据。

5、BIM管理协同

5.1、原则

(1)合同对应的一致原则

与合同原则相一致,各分包商所负责的BIM内容与实体合同负责的内容相一致。

(2)实施过程的同步原则

BIM工作在实施过程中,应与实际进度保持同步,过程中的BIM工作BIM模型和模型信息应及时更新,确保模型处于完善的可用状态。

(3)管理职责的一致原则

BIM工作在实施过程中,各参与方对BIM工作所承担的管理职责,总承包商对主承包商和分承包商,主承包商对分承包商,对应工程管理职责和合同义务,同时也负有对下的BIM管理、整合、查验等同等的职责。

(4)持续更新原则

BIM模型要求将根据实施过程中的反馈意见,并且随着BIM技术的发展,进行更新。

5.2、各方职责

参建各方相关职责见表1。

主流软件

目前国内使用较多的BIM设计软件主要有奔特力(Bentley)、欧特克(Autodesk)、达索系统(Dassault Systems),它们均有各自的BIM系统平台和数据交换接口,并提出了各自的解决方案。Bentley在水电行业应用最为成熟,Autodesk在建筑上应用最多,DassaultSystems在航天、航空和汽车制造业应用广泛。以下从软件建模功能、软件接口及软件开放性等方面对BIM软件进行选型比较。

Bentley系统以Microstation为统一的工程内容创建平台,此平台具有完备的各专业应用软件,包括建筑设计、结构设计、管道设计、土木工程、电气工程、地理信息、铁路等多个方面。

Autodesk是世界领先的设计软件和数字内容创建公司,用于建筑设计、土地资源开发、生产、公用设施、通信、媒体和娱乐多个行业。在二维 CAD领域,Autodesk占据了绝对的霸主地位,三维建筑设计中,以Revit系列产品为主。

Dassault Systems是世界产品生命周期管理解决方案的领航者 ,CATIA和 SolidWorks都是其推出的三维设计产品。

建模功能

Bentley采用参数化的模型创建技术。在建模初期,总体组制定建模方案,明确各专业任务,各专业应用专业软件采用参数化建模方式建立专业模型。而后由总体专业负责装配,共享模型数据,最终形成一个多专业的建筑信息模型。此外,对于轨道交通行业,Bentley也有相应的铁路(Rail Track)模块,基于Rail Track模块可开发出轨道交通行业相关的专有模型,如南京地铁3号线秣周车辆段Bemtley模型。

▲秣周车辆段 Bentley 模型

Revit包含Revit Architrecture、Revit Structural、Revit MEP系列专业软件,针对建筑、结构和管道可以分别采用专业软件进行设计建模,如厦门地铁 1 号线高崎车站综合管线Revit模型、综合管线干涉检查Revit模型。通过Revit族库,可把大量的Revit族按照特性、参数等属性分类归档进而形成数据库,通过设计人员不断完善数据库,在后续的设计中可以直接调用族库内数据,并根据实际情况修改参数,大幅提高工作效率。此外,Revit与AutoCAD同属Autodesk公司产品,在三维模型转化为二维工程图方面,Revit 有其他三维软件无法比拟的优势。

▲高崎车站综合管线 Revit 模型


▲综合管线干涉检查 Revit 模型(单位:mm)

CATIA软件虽然也具有工厂设计模块,有自己的模型库,但与轨道交通行业需求还有一定差距,如下图中,使用CATIA软件对武汉地铁4号线黄金口停车场进行仿真模拟,需花费大量的人力、物力开发适用于轨道交通行业的模型库。

▲黄金口停车场 CATIA 模型

城市轨道交通工程施工中的BIM技术应用_2

软件接口

城市轨道交通工程施工中的BIM技术应用_3

Bentley系统的各三维设计模块均基于Microstation平台,与Dassault Systems的CATIA、Solidworks和Autodesk平台下的Revit等主流三维设计软件格式均有较好的互转性,但由于均是信息化模型,Bentley 模型中附有的一些属性在转化至其他软件的过程中会发生数据遗失。

 Revit在主流格式(如 DWG、DXF、DGN、IFC等)与其他BIM软件间互相导入、导出和链接数据时,会出现数据丢失现象。

CATIA通过三维文件通用格式可以实现模型文件在不同三维系统中的相互转换。经实际操作,对单一较小模型文件,兼容性较好;对于大型装配体模型,在转换文件过程中丢失信息较多。

城市轨道交通工程施工中的BIM技术应用_4

软件开放性

城市轨道交通工程施工中的BIM技术应用_5

Microstation平台有良好的开放性,铁四院采用Addins的编程方法,在.net环境下对Microstation进行二次开发,目前已开发出“轨道交通检修库三维设计软件”、“轨道交通车辆段室外综合管线三维设计系统”等软件,极大地提高了设计效率。

Revit系统具有应用程序编程接口,具有Revit SDK API函数 ,API功能强大,只要设计人员具有一定的编程基础和熟悉API的使用方法,就可以根据需要对Revit软件进行二次开发,扩展其所需功能。

CATIA在航空、机械领域已大量使用,国内很多科研院所、高校和企业结合自己实际,对CATIA二次开发做了大量研究。为方便用户的二次开发,CATIA为用户提供二次开发接口和开放式的内部命令集合 。


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 发表于2018-08-25   |  只看该作者      

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