城市軌道交通是以電能為主要動力能源，采用輪軌運(yùn)轉(zhuǎn)體系的大運(yùn)量快速公共交通系統(tǒng)。它主要負(fù)責(zé)無障礙兼短距離的旅客運(yùn)輸，通常由輕型動車組或有軌電車作為運(yùn)送載體，有效緩解城市內(nèi)部密集客流的交通壓力。

軌道與公路一起，構(gòu)成完美的城市交通網(wǎng)絡(luò)

我國城市軌道交通發(fā)展迅猛，已建成或正興建的城軌交通包括地鐵、輕軌、磁懸浮、有軌電車等各種類型，已成為我國大中城市公共交通的骨干。

《鐵路技術(shù)創(chuàng)新》雜志于2016年開始出版城市軌道專刊，每年3期，其主題策劃、運(yùn)營維護(hù)、產(chǎn)業(yè)裝備、節(jié)能環(huán)保等欄目精彩紛呈。歡迎投稿與訂閱。

在城市軌道交通系統(tǒng)中，地鐵系統(tǒng)建設(shè)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展態(tài)勢。地鐵建設(shè)工程投資大、工期長、技術(shù)復(fù)雜、施工場地狹窄、參與工種多、返修問題突出。針對上述特點(diǎn)，地鐵建設(shè)開始探索BIM技術(shù)應(yīng)用，特別在優(yōu)化車站土建施工流程、管線綜合及裝修效果模擬等方面已取得一定成效。

研究表明，地鐵項(xiàng)目在使用BIM管線綜合后大幅減少了專業(yè)摩擦、返工和誤工，有效降低費(fèi)用30％，節(jié)省工期約10％，為后期維護(hù)管理帶來了潛在效益。

• 上海地鐵11號線龍耀路車站，事前檢測各類管線碰撞112處，自行規(guī)避93處，報設(shè)計(jì)修訂19處。
• 無錫地鐵2號線在梁溪大橋站建設(shè)中，應(yīng)用BIM管線綜合，節(jié)省了因返工造成的經(jīng)濟(jì)損失，工期提前一個月。

帥氣清新的無錫地鐵2號線“小綠”

碰撞檢測

管線綜合是BIM在地鐵工程中的重要應(yīng)用，今天主要探討使用BIM解決地鐵工程中碰撞檢測的問題。

碰撞產(chǎn)生

碰撞指空間中2個不可穿透的圖形對象產(chǎn)生交集，如在進(jìn)行管線綜合時，不同專業(yè)的管線間或者管線與構(gòu)件間發(fā)生碰撞。

供電管溝與綜合管溝、給水管發(fā)生碰撞

地鐵項(xiàng)目中，大部分管線設(shè)計(jì)圖紙是各專業(yè)獨(dú)立完成，既沒與其他專業(yè)充分溝通，也不滿足現(xiàn)場施工所要求的深度，錯漏、碰撞數(shù)量突出。

碰撞類型

碰撞分為硬碰撞、軟碰撞和間隙碰撞3種類型。

• 硬碰撞：兩實(shí)體在空間上存在交集。如果各專業(yè)在設(shè)計(jì)階段沒做好溝通或約定，可能產(chǎn)生在建筑構(gòu)件與管線間或不同專業(yè)管線間的硬碰撞
• 軟碰撞：兩實(shí)體在空間上有交集，就是發(fā)生了碰撞。在一些基礎(chǔ)工程中通過碰撞檢測控制實(shí)現(xiàn)對象之間的軟碰撞。軟碰撞在一定的范圍內(nèi)是允許的
• 間隙碰撞：當(dāng)兩實(shí)體距離小于規(guī)定間距，在空間上雖沒交集，但被認(rèn)為兩者產(chǎn)生了間隙碰撞

傳統(tǒng)碰撞檢測

以管線協(xié)調(diào)為例，傳統(tǒng)方法是疊圖法。用透明圖紙制作各專業(yè)管線的平面設(shè)計(jì)圖，將透明圖紙疊放在一起并使平面坐標(biāo)對齊，技術(shù)人員借助光線進(jìn)行比較，檢查有無重疊、碰撞現(xiàn)象。這種作業(yè)法易造成疏漏，導(dǎo)致返工和延誤，面對大型、復(fù)雜程度高的項(xiàng)目問題更多。

BIM碰撞檢測

以采用Revit建立的BIM模型為例，介紹應(yīng)用Navisworks進(jìn)行的碰撞檢測。

Revit和Navisworks基于BIM開發(fā)，有很好兼容性。導(dǎo)入模型數(shù)據(jù)后，Navisworks能提供多種仿真與分析功能，使用Navisworks的ClashDetective命令檢測出各種碰撞問題。在BIM模型上進(jìn)行碰撞檢測后，可結(jié)合支吊架的制作、安裝及管線安裝的具體位置，借助模型進(jìn)行合理布局，優(yōu)化管線排列布置，預(yù)留足夠的用于安裝和檢修的工作空間，盡量滿足設(shè)計(jì)的凈高要求。

硬碰撞及間隙碰撞檢測

廣州地鐵9號線岐山車輛段覆蓋土建、軌道、機(jī)電設(shè)備安裝及電務(wù)工程。施工前，采用Revit建模并采用Navisworks進(jìn)行碰撞檢測，將不合理設(shè)計(jì)位置整理后反饋給設(shè)計(jì)方。經(jīng)過多輪優(yōu)化、調(diào)整，施工圖出圖滿足施工要求。

廣州地鐵9號線岐山車輛段地鐵上蓋

建筑構(gòu)件與管線碰撞

實(shí)例1

站場一座建筑原設(shè)計(jì)中，空調(diào)新風(fēng)管在結(jié)構(gòu)梁中硬穿過去，風(fēng)管與結(jié)構(gòu)梁發(fā)生了硬碰撞。

空調(diào)新風(fēng)管與結(jié)構(gòu)梁相交碰撞

解決辦法：通過修改設(shè)計(jì)，將該風(fēng)管的位置調(diào)整到結(jié)構(gòu)梁底下，從而避開碰撞。

新風(fēng)管標(biāo)高降到結(jié)構(gòu)梁下

實(shí)例2

車間電纜橋架原設(shè)計(jì)在管線綜合時，橋架與結(jié)構(gòu)柱和雨水管產(chǎn)生碰撞。

電纜橋架與雨水管、結(jié)構(gòu)柱相交碰撞

解決辦法：對電纜橋架的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，將其平移到足以避開結(jié)構(gòu)柱和雨水管的位置。

電纜橋架避開雨水管、結(jié)構(gòu)柱

屋面構(gòu)件的間隙碰撞

根據(jù)設(shè)計(jì)，倉庫屋面，為雙層現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板。BIM碰撞檢測發(fā)現(xiàn)，這2層鋼筋混凝土面板的間距只有300mm，無法進(jìn)行拆除上層面板底部模板的工作，這意味著發(fā)生了間隙碰撞。

倉庫2層屋面板間的間隙碰撞

解決辦法：在上層面板的采用１層厚1mm的壓型鋼板作為板底部模板，免除拆模工序，使間隙碰撞問題得到較好解決。

限界檢查中的動態(tài)碰撞檢測

項(xiàng)目實(shí)踐中，地鐵列車有可能在站內(nèi)運(yùn)行時與檢修平臺或者接觸網(wǎng)發(fā)生碰撞。碰撞一方是列車沿軌道運(yùn)動時其外殼的運(yùn)動軌跡所生成的邊界面，另一方是檢修平臺或接觸網(wǎng)。在BIM模型中對雙方是否產(chǎn)生碰撞進(jìn)行檢查，以確定地鐵列車在運(yùn)行過程中對接觸網(wǎng)以及檢修平臺的平面、高程是否存在侵界問題。

固定式架車機(jī)設(shè)備與軌道列車限界檢查

接觸網(wǎng)與軌道列車限界檢查

經(jīng)過碰撞檢測發(fā)現(xiàn)了檢修平臺出現(xiàn)了侵界現(xiàn)象，地鐵列車將不能通過。

檢修平臺侵界，碰到運(yùn)行列車

以檢測結(jié)果為依據(jù)，及時修改設(shè)計(jì)，確保地鐵列車順利通過。

軟碰撞檢測

維多利亞地鐵站是英國倫敦最繁忙的地鐵站之一，為應(yīng)付與日俱增的客流量，需對車站升級改造，增建入口通道。由于地質(zhì)條件惡劣，工程位于沙礫沉積物堆積帶，潮濕、松散，難以開挖。

維多利亞地鐵站

使用高壓灌漿技術(shù)可固結(jié)沙礫沉積物，為開挖創(chuàng)造條件。根據(jù)設(shè)計(jì)，需要安設(shè)2500個噴射灌漿柱，灌漿柱需根據(jù)現(xiàn)狀向不同方向、不同深度來設(shè)置，設(shè)計(jì)要求灌漿后灌漿柱直徑1.6m，為保證灌漿后不留空隙，相鄰的2根灌漿柱需要有不小于150mm的重疊。

采用MicroStation建立BIM模型，模型包括現(xiàn)有設(shè)施位置及噴射灌漿柱，使灌漿柱的鉆孔位置、方向、深度信息都存儲在模型中。然后對該模型中的灌漿柱進(jìn)行軟碰撞檢測，以保證相鄰2根灌漿柱的重疊部分有150mm。

維多利亞地鐵站灌漿加固

由于在施工過程中根據(jù)BIM模型隨時校正灌漿柱方位，校正的數(shù)據(jù)來源于密切監(jiān)測灌漿過程中實(shí)際情況的變化，正是以上措施保證整個灌漿工作都能夠按照設(shè)計(jì)要求順利完成。

由于采用BIM技術(shù)，維多利亞地鐵站升級改造進(jìn)行順利，按期完成。

地鐵工程投資大、周期長、場地狹窄、技術(shù)復(fù)雜，BIM已經(jīng)成為地鐵工程科學(xué)施工的亮點(diǎn)。應(yīng)用BIM進(jìn)行硬碰撞、軟碰撞和間隙碰撞檢測已在地鐵工程中廣泛應(yīng)用。可應(yīng)用在地鐵工程中的BIM技術(shù)還有很多，對于優(yōu)化施工方案、縮短工期、降低成本，有顯著效果。