BIM技术在铁路综合管廊设计中的应用

马雯骏

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

BIM技术是在CAD技术基础上不断优化和完善发展起来的，其作为建模技术应用范围越来越广泛，BIM技术可以创建全面性建筑模型，且具有较高的数字化特征，通过BIM技术对管廊设计进行优化。综合管廊涉及多种管线和管道，具有建设难度较大的特点。在综合管道建设中应用BIM技术可以实现设计信息共享，以此避免各专业设计冲突，促使管廊设计更加科学合理。

1 铁路综合管廊的优势

1.1 提高管线的使用寿命

管廊对管线起到一定的保护作用，有效降低地下水对管道的损伤，促使管线使用寿命延长。综合管廊是将原来直埋水平管道转变成纵深方向排列，这是一种利用地下纵深空间的技术，有效避免铁路反复开挖的问题。另外，通过管廊建设可以将多根管线集中放在一起，减少地下环境对管线的锈蚀，促使管线自身承受力增强，进而降低路面压力带来的荷载。铁路管廊配备自动化监控设备，通过自动监控设备找到管线中存在的安全隐患，并采取正确方法进行修复，及时消除管线故障，铁路管廊在节约铁路建设用地的基础上，也有利于延长管线使用年限。

1.2 具有一定的综合性

铁路管廊可以减少管线维修次数和成本，由于管线敷设会挖掘道路，导致被挖铁路无法正常运行，而铁路并不像普通路段一样有多种选择路线，部分铁路仅有一条行动轨迹，因此开挖对铁路的负面影响非常大。就铁路而言，涉及通信、电力等管线，并且还需要根据不同管线功能，采用不敷设手段，也需要采用不同方式进行定期维修养护。而铁路综合管廊能够容纳多种管线，在对管线进行维修、改造只需要在综合管廊中进行即可。

1.3 铁路管廊设计和施工难度较高

管廊属于附属工程，其涉及的内容比较广泛，并且地下空间施工环境多变复杂，具有一定的施工难度。管廊建设不仅需要考虑目前以及未来功能使用、维修养护、扩容等内容，还需要充分考虑各种管线之间的相互影响。比如，综合管廊内通信管线和电力管道不可以处于一个管廊中，需要充分考虑各管线使用的情况进行建设，很有可能导致管廊的深度就会增加。铁路综合管廊通常采用明挖开挖方式，如果施工环境不适合明挖开挖方式可以采用盾构施工或人工暗挖的方式，这些设施在道路上还需要与城市道路景观协调发展。

2 BIM技术在铁路综合管廊的设计应用

2.1 BIM技术的设计建模流程

铁路综合管廊BIM模型建立在工程设计基础上，通过Revit软件对通信、给排水、电力、信号等进行建模。管廊部分工程施工主要分为标准段、节点段，考虑节点需求，需要对节点施工进行单独设计，包括构造图、钢筋图。节点3D建模可以作为综合管廊建设标高参考，但是不可以作为结构模型参照，保准段模型需要另行设计，通过整合模型以中心文件的形式开展协同设计建模，管廊建设流程主要有以下几点内容，首先借助BIM技术明确标高，绘制墙体、梁、柱、支撑结构等内容；其次在结构设计基础上提取相应信息，利用BIM技术自动生成计算模型和结果，对一些不符合设计标准的内容给出详细报告，根据反馈来的报告对此进行优化和完善，进而完成结构设计模型建设。最后通过BIM技术建立三维立体模型，利用专业的BIM技术信息模型，借助BIM技术建设空间负荷单元，以此进行管线和设备热负荷精密计算工作，并创建共享系统，实现碰撞检测，以此明确解决问题的方案，完善设计模型。不断完善和优化，BIM模型建设的质量和精准度得以提升。

2.2 利用BIM技术建设管廊廊体模型图

建筑设计图中，图纸只表示点线面图形，对建筑中某个实体而言，图纸并不具备代表性，在实体准确度和空间方面会受到设计工具的制约。在设计过程中建筑设计空间被剥离出去，仅重视平面效果和功能，对一些复杂的建筑物，无法进行三维立体显示，进而导致CAD图纸变更难度频繁、难度高。文中综合管廊模型建设采用Revit建模软件，这个软件可以导出建筑三维模型的体积、设计尺寸的数据，为建筑概算和预算计算提供数据支撑，建模的精确度越准确概预算数据越精准。在此技术上，用Revit软件建设的平面图与立面图可以完全对应，认为人为因素对设计图的质量影响较小。此外，传统设计模型的反复修改量较高，一定程度上消耗了设计师大量的精力和时间，传统软件仅是针对某一项问题进行修复，而CAD软件可以解决多种问题。在建设综合管廊过程中，会遇到口径较大的管线，因此对立面图模型建设软件的要求较高。Revit可以通过其他软件导入建模，具有一定的便捷性。Revit软件包含的内容较多，如建筑、结构、协同等内容。

2.3 利用BIM技术建设入廊管线模型图

铁路综合管廊设计包括众多管线，并且各类管道敷设都应当遵守相应的规章制度进行敷设。借助BIM技术对工程主体结构、通信管线、电力管线建设模型，并在模型中精准地体现出各种管道的详细数据信息。充分利用BIM技术建设施工模型，有效节省各项信息数据的汇总时间，并且有利于信息共享，便于查看建筑主体及部件的结构和位置，能够深入分析和刨切各个部门，且能够精确到具体位置，并且能够帮助各类技术人员准确、快速地掌握建筑结构的具体尺寸、位置、结构形式等一系列信息，BIM技术的任意剖切也是三维立体建模的一个优势。在此基础上对管廊内部的管线进行调整，如图1所示是管廊内管线排布示意图。

图1 管廊内管线排布

2.4 电缆槽选用方法

缆槽通常情况下会与通信信号管线通槽，而电力管线则采用分槽的方式敷设，敷设过程中一般会在通信信号槽与电力槽之间增设隔板进行隔离，电缆槽一般敷设在路肩上。铁路路基电缆槽根据通信信号槽和电缆槽的尺寸可以划分为6种类型，在设计过程中应当根据铁路建设规模以及电力槽和通信槽的实际需求进行选择。电缆槽一般采用预制的形式，其中泄水孔应当采用工厂预制成孔方式，而其他预留孔则可以进行现场钻孔。

2.5 BIM技术的协同设计

传统设计中利用CAD软件设计二维平面图，图纸协同通常借助设计院技术会议实现的，各项专业基于CAD技术进行人工校对，这样的工作模式下人员工作量大，图纸校对效率不高，进度缓慢。CAD图纸展示出来的二维形式，具有一定的抽象性，且存在很多隐藏的问题，工作人员很难发现，导致施工过程中出现冲突与碰撞，促使施工设计不断变更，工期拖延，施工成本不断增加。然而，BIM技术的协同设计能够有效解决上述问题，BIM技术的协同设计是借助统一设计平台为各专业人士提供沟通协调机会，在平台中更方便各专业人士的交流，进而解决设计环节中信息汇总、交流不畅、工作不协调的问题，且也有利于减少各专业设计产生各种冲突现象。通过BIM技术能够实现不同专业设计人员之间合作，不仅提升了设计工作效率，对降低工作错误也具有一定的促进作用。应用BIM技术协同设计，各专业人员可以在同一设计阶段内建立模型，为快速准确完成设计建模提供便捷。在BIM软件中建设中心模型，促使软件集成共享平台为各专业人员提供交流平台，并且在平台中能够对模型文件进行存储，以便于后期工程施工中各方沟通的依据，充分发挥出建筑模型文件价值。目前由于信息技术还需不断进步，很多设计文件并不能够对后期施工进行自动同步。基于此，可以利用时间错峰的机会完成文件、计划同步操作，以此保证建模文件能够满足建设要求。

3 BIM技术的拓展应用

BIM技术应用在综合管廊设计中主要包括出图、算量、检查图纸、优化设计、模拟工程施工工序、可视化模型技术交底、空间分析、结构计算等内容。

3.1 利用BIM技术进行出图和算量

管廊设计完成之后，Revit软件的明细表功能可以直接导出部分工程量，目前技术能够对全部模版图以及部分钢筋图进行绘制，可以充分满足行业出图的需求，并且能够生成三维立体模型图，通过三维图将图纸的内容充分地表达出来，以此强化图纸的可读性。BIM技术建模能够实现与工程量实现联动，为材料统计工作提供数据支撑，在精准创建模型的基础上，BIM技术自动化算量具有较高的精准度，能够满足工程造价以及工程算量的需求。

3.2 检查图纸以及优化设计

在建模的过程中，需要根据各专业图纸进行模型建设，但是在整合各专业内容时，很容易会出现专业之间的设计矛盾和冲突。通常情况下矛盾和冲突的类型有以下几种，分别是数据相互矛盾、缺乏关键位置标注，图纸绘制不符、模型相互碰撞等问题，这些问题都会影响到模型建设的效率。

3.3 模拟施工工序

铁路综合管廊建设过程中，会存在穿越轨道的问题，为了保证综合管廊施工过程中不会对轨道使用产生影响，文章采用分基坑开挖方式进行施工。借助BIM技术创建基坑开挖模型，对整个工程施工过程进行模拟，也为施工方案论证顺利通过提供基础保障和有效依据。

3.4 模型可视化技术交底

如图2所示是管廊节点模型可视化技术交底图，综合管廊会存在较多管廊舱室的情况，在这种情况下，综合管廊设计节点具有较高的复杂性，简单的二维图纸对管廊的节点设计显示并不突出，很难根据图纸制定完善的建筑施工方案，这也不利于发现图纸中存在的潜在问题，这样在进行技术交底时就很容易忽略潜在的风险。通过软件能够促使复杂的阶段进行三维设计，依赖Revit版本前强大的建模能力可以将复杂的节点以三维的形式展示处理，只需要对参数修改即可进行设计。通过三维立体模型促使施工人员了解工程结构、工程概况、施工技术、施工方法等，进而保证施工过程的安全性。

图2 铁路管廊复杂节点模型示意图

3.5 空间分析

铁路管廊建设空间高度和宽度都应当满足管廊中后期管线维修、养护工作的需求，通过BIM技术将管廊模型导入到信息化虚拟平台中，进而对管廊的高度和宽度进行空间模拟，并对此进行分析，促使管廊模型建设能够符合实际需求。文章采用Revit技术平台，在平台中可以根据维修人物的实际身高模拟出维修人员，通过漫游进行实景维修场景模拟，并利用智能自动化技术进行测量，包括人物活动空间测量、机械设备使用空间测量等内容，计算出铁路管廊内部空间是否满足后期对管道的维修和养护工作要求，并且生成分析报告。

3.6 结构计算

BIM技术生成的模型可以通过Revit-midas技术转换成mct文件，并利用参数化构件对软件中结构进行受力分析计算，之后通过Midas软件实现模型结构计算，以受力分析计算结果作为依据对管廊模型进行优化，通过Revit技术对模型进行适当调整。Midas和Revit之间能够进行互导，以此减少二次建模的时间，促使模型建设和优化效率得以提升，最大程度上发挥出BIM模型一模多用的价值。

4 结论

综上所述，BIM技术能够有效改善铁路管廊设计质量和效率，凸显管廊设计高效性和共享性，充分利用BIM技术有利于表达设计阶段各专业的设计信息，及时发现设计过程中存在的问题，促使设计工作稳定有序完成。BIM技术可以设计图纸以三维立体形式呈现出来，有利于优化和完善设计方案，提高铁路管廊设计效果，促使设计更加科学化。同时三维立体有利于为后期铁路管廊建设施工提供数据支持，促使设计信息能够贯穿整个施工阶段。