中鐵設計：鐵路項目BIM設計管理與應用案例賞析

一. 項目概況

中鐵工程設計咨詢集團有限公司(以下簡稱“中鐵設計”)作為新建深惠城際鐵路(前保至坪地)項目的勘察設計總體總包單位，以鐵路BIM聯(lián)盟標準、深圳市地鐵集團BIM標準為實施依據(jù)，以提高設計質量、施工應用效率為核心，依托內部BIM協(xié)同設計平臺與構件庫，在項目的可行性研究、初步設計、施工圖階段開展了全線BIM設計管理與應用工作。

項目起于深圳市前保站，止于深圳市坪地站，途經深圳市前海合作區(qū)、寶安區(qū)、南山區(qū)、龍華區(qū)、龍崗區(qū)，東莞市鳳崗鎮(zhèn)，正線長度59.380 km(深圳市53.326km，東莞市6.054km)，設站11座，全線采用地下敷設方式。

項目車站全部位于城市核心區(qū)，由于沿線建(構)筑物密集，下穿大量建筑物、既有及在建地鐵、運營鐵路、市政及高速公路(路基、橋梁和隧道)、河渠，沿線控制點及風險源多，穿越電力、給排水、燃氣管線等重大管線，市政管線復雜，導致線站位方案設計穩(wěn)定難度大。

圖1 項目概況

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二. BIM應用情況

2.1實施思路

項目實施過程中，結合國鐵集團制定的以BIM技術為核心的全生命周期信息化管理的頂層規(guī)劃，本項目采用“一套標準體系、一套數(shù)據(jù)、一個平臺”的實施技術路線，開展BIM設計與管理工作，推動深惠城際鐵路工程的信息化、智能化建設。

圖2 項目實施思路

2.2 BIM技術綜合應用

1.協(xié)同設計平臺應用

通過建立本項目的協(xié)同設計平臺，將貫穿于項目設計過程中的信息以三維模型為載體進行集中、有效的管理，讓各專業(yè)設計人員在集中統(tǒng)一的環(huán)境下工作，隨時獲取所需的項目信息。在充分利用各專業(yè)設計軟件的基礎上，實現(xiàn)各設計專業(yè)之間信息順暢溝通、實時統(tǒng)一，使各專業(yè)設計工作的數(shù)據(jù)文件一致、上下專業(yè)間的設計工作銜接協(xié)同有序，節(jié)省工作時間，提高工作效率，確保設計工作合理、有序、高效地完成。

圖3 協(xié)同設計流程圖

2.全線無人機航拍

利用無人機航拍技術，將深惠城際鐵路全線無人機航拍，將航拍結果與GIS相結合，綜合分析沿線控制點、風險源等內容。

圖4 無人機航拍

3.線站位比選

通過創(chuàng)建并整合本項目線站位模型，并集合周邊環(huán)境模型，可視化分析設計方案線路所穿越的地層、地下水與不良地質情況，展現(xiàn)站點設計狀況，探索合理的線路走向，以供決策。利用BIM與GIS相結合的方式可比選不同的線站位方案，提高設計方案的合理性和適用性。

圖5 線站位比選

4.管線遷改模擬

項目沿線存在給水管道、截污管涵、電力管線、高壓燃氣管道等，對管線的調查、勘測以及遷改是項目前期順利推進的關鍵。通過建立既有管線模型、道路現(xiàn)狀模型與各階段交通疏解模型，實現(xiàn)交通疏解和管線遷改方案的優(yōu)化和模擬，輔助交通管理部門和周邊相關單位進行溝通協(xié)調，合理選擇疏解道路路徑。

5.設計接口檢查

創(chuàng)建工程BIM模型及其周邊影響模型，開展三維設計接口檢查工作，針對設計方案與既有工程、沿線地上和地下道路工程進行設計接口檢查。通過新建工程BIM模型與周邊工程模型的定位整合、可視化檢查和仿真漫游，驗證接口處工程設計的可行性與合理性，提高設計質量。

6.工程量計算

在BIM正向設計的背景下，搭建土建BIM模型，通過應用土建算量系統(tǒng)，設計人員利用BIM模型在統(tǒng)一的計算規(guī)則下自動導出相應的工程量，可節(jié)省大量時間，避免重復勞動，實現(xiàn)設計算量一體化，從而使得工程量計算更快速、精準，同時對于后續(xù)施工過程中的變更計量、驗工計價以及進度款支付提供可靠的工程量數(shù)據(jù)，打通設計階段到計量階段的數(shù)據(jù)共享道路。

圖6 基于BIM的車站土建算量系統(tǒng)

7.換乘仿真

本工程樞紐車站數(shù)量較多，交通網(wǎng)絡結構復雜，與多條鐵路、城際、地鐵線路交叉銜接，對于線路間的換乘要求較高。以深圳北站為BIM換乘仿真工作切入點，模擬乘客換乘走向，驗證新建深惠城際車站與深圳北站及既有地鐵4、5、6號線換乘方案的可行性和便利性，為車站布局的優(yōu)化、換乘方案比選提供參考依據(jù)，提高車站運營安全可靠性和乘客服務水平。

8.客流模擬

本工程樞紐車站比例高，換乘客流較大，基于BIM客流模擬軟件，結合收集的行人特性、客流參數(shù)、環(huán)境特征等參數(shù)，進行樞紐車站客流仿真模擬，三維可視化高峰時段、平峰時段下的客流狀況，明確乘客走行路線，避免客流組織的交叉混亂。

圖7 客流模擬

9.參數(shù)化設計

本項目區(qū)間工程采用中鐵設計自主研發(fā)的CECBIM軟件進行設計，該軟件是在Bentley公司Openrail建模軟件的基礎上，進行了二次開發(fā)，以“參數(shù)化驅動”的理念，提升三維設計效率。車站采用Revit進行設計。以標準化車站的總體設計思路，根據(jù)車站的特點，對出入口樓梯、加腋梁等部位進行參數(shù)化設計。針對車站中的機電管線設計，探索BIM+AI技術，通過設定設計參數(shù)，自動布置三維管線。在生成管線中，根據(jù)規(guī)則和定義，實現(xiàn)自動避讓與翻彎，大幅提升設計效率。在設計過程中，探索三維正向出圖，開發(fā)快速標注工具完善圖紙細節(jié)，按照圖冊目錄開發(fā)快速出圖，可快速生成分層平面圖、剖面圖等。

三. BIM應用效果

通過BIM技術應用在項目的設計質量、效率、綜合管理等多方面得到提升，實現(xiàn)了項目的創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)效。

3.1設計質量效率

(1)區(qū)間建模輔助工具：通過應用軌道、隧道、接觸網(wǎng)等專業(yè)快速建模工具，在模型精細度、建模速度等方面有了較大提升，初步統(tǒng)計可提高建模效率30%。

(2)車站快速建模輔助工具：通過應用車站軸網(wǎng)布置、構件定位、構件查詢等專業(yè)快速建模工具，可提高車站建模速度10%。

(3)模型審核輔助工具：通過應用車站模型自動審核、問題清單導出工具，在車站模型審核效率上有較大提升，可提高審核效率20%。

(4)出圖輔助工具：通過應用車站出圖屬性標注等工具，在車站模型出圖標注效率上有較大提升，可提高出圖標注效率40%。

(5)設計校核：通過將車站重點區(qū)域的設計審核、設計校核，發(fā)現(xiàn)設計問題建筑專業(yè)57處、結構專業(yè)11處，提高設計出圖質量。

(6)數(shù)字化交付：按照交付標準進行成果歸納，形成設計成果交付目錄樹;所有成果在協(xié)同設計平臺中歸檔，形成數(shù)字資產。

3.2綜合管理效益

(1)線站位方案比選：全線無人機航拍，核查項目范圍內紅線、綠線、河道藍線、高壓黃線以及周邊既有建、構筑物間的空間關系，輔助方案匯報、溝通。

(2)車站建筑方案比選：基于BIM模型的可視化、可模擬等特點，直觀展示車站空間布局、文化景觀藝術，開展建筑設計方案比選，輔助方案匯報、溝通。

(3)客流模擬與換乘仿真：模擬高峰時段、平峰時段下，客流特征及造成擁堵情況，基于BIM模型進行車站客流、換乘情況展示，直觀仿真換乘方案，并形成相應方案比選報告，為車站布局的優(yōu)化、換乘方案比選提供依據(jù)，提高車站運營安全可靠性和乘客服務水平。

(4)基于BIM模型的工程量計算：基于BIM模型精細化的特點，相對于傳統(tǒng)模式大幅度提高了計算的速度和準確度，降低工程量計算偏差，可為概預算編制、招標工程量清單校核、計量支付、竣工結算等提供工程量數(shù)據(jù)支撐。

四. 項目獲獎情況

依托深惠城際BIM綜合應用成果，中鐵設計在參加的省級、行業(yè)、股份公司的BIM大賽中陸續(xù)取得優(yōu)異成績，包括2021年中國圖學學會第十屆“龍圖杯”全國BIM大賽設計組“一等獎”、2022年第四屆廣東省BIM應用大賽設計組“一等獎”、2022年鐵路BIM聯(lián)盟第四屆“聯(lián)盟杯”鐵路工程BIM應用大賽設計組“一等獎”、2022年第三屆中國中鐵“卓越杯”BIM大賽成果賽綜合類“金獎”等獎項。

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