浅谈BIM技术在五象车辆段工程中的应用

肖潜飞

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

0 引言

南宁地铁4号线五象车辆段定位为定修段，承担本线车辆定、临修及部分列车周、月检和列检运用，并在该车辆段范围内设置了综合维修中心、物资总库。段内共有单体23个（不含主变所、消防站），总建筑面积约9.55 万m2。该车辆段的顺利验收[1]，将为南宁地铁4号线通车运营提供保障，进一步加强了邕江南岸东西方向的直接联系。

车辆段是轨道交通车辆进行维护检修的重要场所。车辆段设计通常包括工艺设计、站场道路及排水设计、路基设计、建筑设计、结构设计、低压配电设计、给排水及消防设计、通风空调及采暖设计、绿化景观设计、工程筹划及概预算设计、综合管线设计以及与各系统专业的配套设计。其中，综合管线设计的重要性不亚于土建设计。由于管线通常敷设于地下（道路下或股道下，室内也采用架空方式），车辆段管线种类多、数量大，涉及专业多，在设计过程中高程干涉之处难以发现。综合管线设计的难度和工作量都较大，对总平面布置也有较大的影响。综合管线设计成功与否，是衡量或判定车辆段（场）设计成功与否的第一道关口[2]。

车辆段室外管线工程涵盖了站场、地路、建筑、结构、桥梁、电力、通信、信号及给排水等多个专业室外部分设计内容。车辆段内涉及管线主要包括站场排水沟（管）、供电电缆沟、供电管线、杂散电流管线、低压配电管线、通信管线、生活污水管、生活给水管、生产废水管、消防水管、燃气管和接触网等，其中与市政管线接驳的站场排水沟（管）、生活污水管、生活给水管以及燃气管等。段（场）内管线种类多、数量大，管线综合设计的难度和工作量都较大。车辆段内房屋较多，其一般以运用库、检修库为核心，段内还设置了各类生产辅助房屋，包括洗车库、轮对踏面、受电弓检测棚、临修库、不落轮镟库、物质总库以及综合楼等。而地铁车辆段涉及专业多，接口多，协调工作量大。从以往的工程设计实践中可以看出，传统的二维设计校核检验困难，存在管线碰撞和专业接口衔接不当等问题。

BIM设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计的基础，是使设计目标更立体化、形象化的1种新兴设计方法，是传统二维设计方式的1种升级。为了减少废弃工程的产生，应用BIM技术也有利于日后运营维护，一方面是提高设计者的职业素质，另一方面需要更新设计思路[3]。

1 室外综合管线BIM建模应用

1.1 室外综合管线BIM设计流程

现阶段车辆段室外综合管线BIM设计需要先完成室外综合管线二维施工图设计，根据二维图纸完成BIM模型建模；并判断碰撞情况；最终输出综合管线碰撞报告及调整说明。

现阶段现场施工仍然需要二维图纸作为施工依据。采用以上方法的设计周期长，工作量较大，通常设计周期难以满足现场需求。存在上述问题的关键在于目前没有由BIM模型快捷生成二维图纸的解决方案，即使BIM三维模型构建完成，仍然需要重新绘制二维图纸，为了解决上述问题，课题组成员对BIM模型自动导出二维图纸的方法进行研究，解决了BIM正向设计的难点，实现车辆段室外综合管线正向设计流程，具体流程如图1所示。BIM技术具有可视化、虚拟化等优势，能很好地解决管线综合设计的难题。通过整合多方建设信息，BIM技术更能够进行协同管理，提升工程决策、规划、设计施工和运营管理的整体水平，减少返工浪费、有效缩短工期，提高工程质量和投资效益[4]。

图1 室外综合管线BIM正向设计流程

1.2 BIM标准化模型库构建

在标准化模型库构建过程中，除了赋予模型常规的几何、材质等信息外，还对管线模型库中模型进行了类型、图层、颜色、切图样式等信息的标准化定制。给后续智能化标准化出图提供了信息基础。如图2所示。

图2 模型切图信息标准化定制

1.3 碰撞关系识别与调整

基于AEcosim三维设计平台和Navigator碰撞检测平台，通过定于管线的碰撞检查原则，对五象车辆段的室外综合管线BIM模型进行了碰撞核查，其中对碰撞的定义除了包括管线发生物理空间上的干涉外，还包括不满足碰撞检查原则情况，例如当供电管线与通信信号管线平行距离不满足安全距离要求的情况，也视为发生碰撞。除了管线与管线之间的碰撞外，该研究汇总还对管线与其他构筑物的碰撞进行检测，检测出的碰撞情况如图3所示。图3为污水管与地梁碰撞，采用在模型中降低污水管标高至地梁以下的方法，避免管线与土建工程冲突。

图3 污水管与地梁冲突

1.4 BIM成果输出

1.4.1 平面图标准切图与标注

随着BIM技术的普及应用，以二维图纸为主要信息载体的设计交付体系，将逐步过渡到以BIM模型为主并关联生成二维视图的交付体系，这是BIM模式下图纸交付的总体趋势和方向。但是，现阶段BIM软件生成的二维视图并不能完全满足在施工应用中二维制图的规范要求。为了解决这些问题，通过对Bentley平台软件进行二次开发，采用切图工具完成标准化切图操作，切图过程如图4所示，切图后模型在剖切面上按标准切图样式进行显示。首先完成管线标注设置。然后根据设置自动输出标注结果，输出管线间距标注[5]。

1.4.2 二维图纸批量输出

对bentley平台软件进行二次开发，基于OpenDWG的信息转化技术，实现软件bentley平台和CAD软件的图纸信息接口互通，基于BIM模型的标准化切图样式管理，实现图纸的批量化输出。设计输出图纸包括总平面布置图、电缆总布置图及复杂节点设计图。

1.4.3 三维PDF输出

完成的BIM模型可导出三维PDF文件，如图5所示为五象车辆段的PDF输出文件中模型轴侧视图，文件中附带了尺寸、高程及贴图等模型信息。复杂节点的设计成果得到了更加直观和灵活的展示，可以直接用于指导施工过程，减少工程建设的反复。

图4 切图演示

图5 总装三维PDF文件输出

2 BIM技术在五象车辆段房建工程中应用

2.1 定修库模型构建

传统检修库设计多采用二维手进行设计，因二维设计的局限性，不可避免地会产生设计遗漏及误差。因此，利用BIM三维技术进行检修库设计，设计人员可以通过对各类标准数据库进行调用实现检修库的快速建模，并通过对三维模型进行剖切形成二维图纸，实现三维设计，二维出图的目标，有效减小了设计误差，提高了设计质量。定修库BIM模型如图6所示。

图6 定修库人视图

2.2 定修库模型应用

2.2.1 工艺设备布置优化

地铁定修库库内设备BIM模型如图7所示，通过对定修库库内工艺设备模型进行标准化模型库的模型调用，快速完成了月检库设备的布置，发现月检库作业平台与起重机的布置存在作业干扰，从而优化工艺设备布置设计，合理确定起重机的工作高度及起吊范围。

图7 定修库设备布置BIM模型

2.2.2 库房结构设计优化

通过土建结构模型与工艺设备模型等多专业模型的融合，发现在工艺流线中存在的干涉问题，转向架运输线路与结构剪刀撑冲突，对转向架运输线路上的人员作业存在影响，通过优化剪刀撑的高度使问题得到解决。

3 结语

目前，BIM三维管线设计已经成功地应用在五象车辆段室外综合管线、定修库及周月检库工艺厂房等一系列工程设计中。通过建立轨道交通车辆段工艺设备、土建、各类工艺管线标准库和非标准库，实现资源共享，在车辆基地工程BIM设计时，实现各单元模块的快速调用和标准化，提高BIM设计效率。

为了提升轨道交通车辆段工程质量和工程设计效率，利用BIM三维设计系列软件，对传统的二维辅助工程设计方法进行革新，通过建立三维建筑模型、综合管线模型、机电设备以及电缆桥架及内装模型等主要构筑物和设施的全信息模型，将三维设计应用于轨道交通车辆段设计。在三维协同条件下进行专业内和专业间的碰撞检查和校核工作，方便施工、监理等单位直观理解综合管线布局，多角度、多方位指导工程设计与施工，工程设计质量和服务水平。