1、城市軌道交通工程特點(diǎn)
城市軌道交通工程建設(shè)規(guī)模大、周期長(zhǎng)、涉及專業(yè)眾多。工期一般長(zhǎng)達(dá)5年以上;除了建筑、結(jié)構(gòu)、風(fēng)、水、電之外，還涉及線路、限界、軌道、通信、信號(hào)、牽引供電、AFC、綜合監(jiān)控、PIS、屏蔽門等10多個(gè)專業(yè)的20多個(gè)設(shè)備系統(tǒng);在漫長(zhǎng)的建設(shè)過程中，由于外部條件的變化，會(huì)出現(xiàn)很多工程變更，而大多數(shù)的簡(jiǎn)單變更，都要涉及多個(gè)專業(yè)與部門。
軌道交通工程工期雖然長(zhǎng)，但建設(shè)線路長(zhǎng)、空間小、施工工期緊。地下工程沿線的各種外部接口繁雜，施工空間的局限給設(shè)備管線綜合帶來了很多困難，設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)的接口協(xié)調(diào)消耗了大量的人力與時(shí)間;后期設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)間短;建成運(yùn)行后，運(yùn)營管理安全標(biāo)準(zhǔn)高、全年運(yùn)行、只能夜間維護(hù)。
隨著近些年全國性的城市軌道交通建設(shè)高速發(fā)展，每年都有大量新建線路投入運(yùn)營，不論是設(shè)計(jì)、施工，還是運(yùn)營、管理都出現(xiàn)了人力資源緊張的局面。如何在保證工期、質(zhì)量、安全的前提下，以合理、全面的施工組織及高效的協(xié)調(diào)手段作為支撐，提升“效率”是建設(shè)各方都要面對(duì)的嚴(yán)峻問題。
2、BIM技術(shù)簡(jiǎn)介
BIM全稱建筑信息模型(Building Information Modeling)或建筑信息管理(Building Information Management)，它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性的數(shù)字化表達(dá)，與其他常見建模軟件不同的是BIM實(shí)體模型內(nèi)不僅包含三維幾何形狀信息，還包含了大量的非幾何形狀信息，如建筑構(gòu)件的材料、重量、價(jià)格和進(jìn)度等，因而可用于模擬真實(shí)世界的行為，從而對(duì)施工管理起到較好的模擬和輔助作用。
3、BIM在城市軌道交通施工中的應(yīng)用價(jià)值
BIM在施工中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面:各類工程模型的可視化展示、施工工藝、工序以及施工進(jìn)度的模擬、機(jī)電專業(yè)的深化設(shè)計(jì)、施工成本的管理和數(shù)字化構(gòu)件的加工等。BIM在施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下:
3.1 、提高溝通效率
城市軌道交通工程建設(shè)涉及多個(gè)單位和專業(yè)人員之間的相互配合，通過BIM軟件可以將二維的平面圖紙轉(zhuǎn)化成更加生動(dòng)直觀的三維立體模型，人以真實(shí)感和直接的視覺沖擊，能有效節(jié)省讀圖和匯報(bào)時(shí)間、便于非工程類專業(yè)人員理解設(shè)計(jì)及匯報(bào)意圖，從而便于加強(qiáng)各參建單位之間的溝通質(zhì)量和效率，更利于施工問題的解決。
(1)設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少返工
利用BIM的三維可視化功能再加上時(shí)間維度，可以提前對(duì)施工工藝和工序進(jìn)行模擬，通過BIM施工模擬可以有效發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙施工過程中存在的問題，并及時(shí)在施工前與相關(guān)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通處理，減少不必要的返工和人員、機(jī)械、材料的浪費(fèi)。
(2)精確計(jì)劃，減少浪費(fèi)
BIM數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可以精細(xì)化到構(gòu)件級(jí)別，可以讓相關(guān)管理?xiàng)l線快速、準(zhǔn)確、全面地獲得工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為施工單位制定更詳盡的人員、機(jī)械、設(shè)備投入計(jì)劃提供了有效支撐，為減少浪費(fèi)和實(shí)現(xiàn)消耗控制提供了技術(shù)支撐。
(3)多算對(duì)比，有效管控
BIM數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)工程基礎(chǔ)信息的實(shí)時(shí)快速獲取，通過合同、計(jì)劃與實(shí)際施工的消耗量、分項(xiàng)單價(jià)、分項(xiàng)合價(jià)等數(shù)據(jù)的多算對(duì)比，可以有效了解在建項(xiàng)目的運(yùn)營盈虧，以及消耗量有無超標(biāo)、進(jìn)貨分包單價(jià)有無失控等等問題，以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)的有效控制。
3.2、提高施工質(zhì)量
通過BIM模型的展示，可以使得參建各方更加直觀、清楚地理解設(shè)計(jì)的意圖，排查施工重難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)源，從而協(xié)同各方采取針對(duì)性措施，對(duì)工程施工的質(zhì)量、安全及進(jìn)度進(jìn)行有效控制。通過BIM的應(yīng)用，不僅能夠使得施工方、監(jiān)理方，甚至是非工程行業(yè)出身的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)都能對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)中存在的各種問題和情況取得直觀的了解。此外，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可大幅減少施工質(zhì)量和安全問題，減少返工和整改。
3.3、節(jié)省施工成本和工期
通過BIM的應(yīng)用，可以隨時(shí)隨地、直觀快速地將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)進(jìn)行有效協(xié)同，施工方、監(jiān)理方、甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)都對(duì)工程項(xiàng)目的各種問題和情況了如指掌。
4、BIM組織實(shí)施
4.1、組織架構(gòu)圖
4.2、工作流程
(1)熟悉工程圖紙，利用Revit等軟件完成建模工作;
(2)依據(jù)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)、工程算量、受力分析及4D模擬;
(3)接收甲方及顧問單位工程指令信息，及時(shí)調(diào)整BIM信息;
(4)為各部門管理人員快速提供相關(guān)數(shù)據(jù)(表、圖形);
(5)將有關(guān)工程建造過程發(fā)生的信息輸入BIM;
(6)BIM的更新版本備份管理，為物業(yè)管理提供詳實(shí)數(shù)據(jù)。
5、BIM管理協(xié)同
5.1、原則
(1)合同對(duì)應(yīng)的一致原則
與合同原則相一致，各分包商所負(fù)責(zé)的BIM內(nèi)容與實(shí)體合同負(fù)責(zé)的內(nèi)容相一致。
(2)實(shí)施過程的同步原則
BIM工作在實(shí)施過程中，應(yīng)與實(shí)際進(jìn)度保持同步，過程中的BIM工作BIM模型和模型信息應(yīng)及時(shí)更新，確保模型處于完善的可用狀態(tài)。
(3)管理職責(zé)的一致原則
BIM工作在實(shí)施過程中，各參與方對(duì)BIM工作所承擔(dān)的管理職責(zé)，總承包商對(duì)主承包商和分承包商，主承包商對(duì)分承包商，對(duì)應(yīng)工程管理職責(zé)和合同義務(wù)，同時(shí)也負(fù)有對(duì)下的BIM管理、整合、查驗(yàn)等同等的職責(zé)。
(4)持續(xù)更新原則
BIM模型要求將根據(jù)實(shí)施過程中的反饋意見，并且隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行更新。
5.2、各方職責(zé)
參建各方相關(guān)職責(zé)見表1。
主流軟件
目前國內(nèi)使用較多的BIM設(shè)計(jì)軟件主要有奔特力（Bentley）、歐特克（Autodesk）、達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systems），它們均有各自的BIM系統(tǒng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)交換接口，并提出了各自的解決方案。Bentley在水電行業(yè)應(yīng)用最為成熟，Autodesk在建筑上應(yīng)用最多，DassaultSystems在航天、航空和汽車制造業(yè)應(yīng)用廣泛。以下從軟件建模功能、軟件接口及軟件開放性等方面對(duì)BIM軟件進(jìn)行選型比較。
Bentley系統(tǒng)以Microstation為統(tǒng)一的工程內(nèi)容創(chuàng)建平臺(tái)，此平臺(tái)具有完備的各專業(yè)應(yīng)用軟件，包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、土木工程、電氣工程、地理信息、鐵路等多個(gè)方面。
Autodesk是世界領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建公司，用于建筑設(shè)計(jì)、土地資源開發(fā)、生產(chǎn)、公用設(shè)施、通信、媒體和娛樂多個(gè)行業(yè)。在二維 CAD領(lǐng)域，Autodesk占據(jù)了絕對(duì)的霸主地位，三維建筑設(shè)計(jì)中，以Revit系列產(chǎn)品為主。
Dassault Systems是世界產(chǎn)品生命周期管理解決方案的領(lǐng)航者 ，CATIA和 SolidWorks都是其推出的三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品。
建模功能
Bentley采用參數(shù)化的模型創(chuàng)建技術(shù)。在建模初期，總體組制定建模方案，明確各專業(yè)任務(wù)，各專業(yè)應(yīng)用專業(yè)軟件采用參數(shù)化建模方式建立專業(yè)模型。而后由總體專業(yè)負(fù)責(zé)裝配，共享模型數(shù)據(jù)，最終形成一個(gè)多專業(yè)的建筑信息模型。此外，對(duì)于軌道交通行業(yè)，Bentley也有相應(yīng)的鐵路（Rail Track）模塊，基于Rail Track模塊可開發(fā)出軌道交通行業(yè)相關(guān)的專有模型，如南京地鐵3號(hào)線秣周車輛段Bemtley模型。
秣周車輛段 Bentley 模型
Revit包含Revit Architrecture、Revit Structural、Revit MEP系列專業(yè)軟件，針對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)和管道可以分別采用專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，如廈門地鐵 1 號(hào)線高崎車站綜合管線Revit模型、綜合管線干涉檢查Revit模型。通過Revit族庫，可把大量的Revit族按照特性、參數(shù)等屬性分類歸檔進(jìn)而形成數(shù)據(jù)庫，通過設(shè)計(jì)人員不斷完善數(shù)據(jù)庫，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用族庫內(nèi)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況修改參數(shù)，大幅提高工作效率。此外，Revit與AutoCAD同屬Autodesk公司產(chǎn)品，在三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖方面，Revit 有其他三維軟件無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
高崎車站綜合管線 Revit 模型
綜合管線干涉檢查 Revit 模型（單位：mm）
CATIA軟件雖然也具有工廠設(shè)計(jì)模塊，有自己的模型庫，但與軌道交通行業(yè)需求還有一定差距，如下圖中，使用CATIA軟件對(duì)武漢地鐵4號(hào)線黃金口停車場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，需花費(fèi)大量的人力、物力開發(fā)適用于軌道交通行業(yè)的模型庫。
黃金口停車場(chǎng) CATIA 模型
軟件接口
Bentley系統(tǒng)的各三維設(shè)計(jì)模塊均基于Microstation平臺(tái)，與Dassault Systems的CATIA、Solidworks和Autodesk平臺(tái)下的Revit等主流三維設(shè)計(jì)軟件格式均有較好的互轉(zhuǎn)性，但由于均是信息化模型，Bentley 模型中附有的一些屬性在轉(zhuǎn)化至其他軟件的過程中會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)遺失。
Revit在主流格式（如 DWG、DXF、DGN、IFC等）與其他BIM軟件間互相導(dǎo)入、導(dǎo)出和鏈接數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。
CATIA通過三維文件通用格式可以實(shí)現(xiàn)模型文件在不同三維系統(tǒng)中的相互轉(zhuǎn)換。經(jīng)實(shí)際操作，對(duì)單一較小模型文件，兼容性較好；對(duì)于大型裝配體模型，在轉(zhuǎn)換文件過程中丟失信息較多。
軟件開放性
Microstation平臺(tái)有良好的開放性，鐵四院采用Addins的編程方法，在.net環(huán)境下對(duì)Microstation進(jìn)行二次開發(fā)，目前已開發(fā)出“軌道交通檢修庫三維設(shè)計(jì)軟件”、“軌道交通車輛段室外綜合管線三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)”等軟件，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。
Revit系統(tǒng)具有應(yīng)用程序編程接口，具有Revit SDK API函數(shù) ，API功能強(qiáng)大，只要設(shè)計(jì)人員具有一定的編程基礎(chǔ)和熟悉API的使用方法，就可以根據(jù)需要對(duì)Revit軟件進(jìn)行二次開發(fā)，擴(kuò)展其所需功能。
CATIA在航空、機(jī)械領(lǐng)域已大量使用，國內(nèi)很多科研院所、高校和企業(yè)結(jié)合自己實(shí)際，對(duì)CATIA二次開發(fā)做了大量研究。為方便用戶的二次開發(fā)，CATIA為用戶提供二次開發(fā)接口和開放式的內(nèi)部命令集合 。
軌道交通行業(yè)BIM設(shè)計(jì)軟件功能及特點(diǎn)對(duì)比
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