上海軌道交通工程中的BIM技術應用案例賞析

2021/09/17
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作者:網絡
簡要:17號線BIM應用過程中,開發了協同管理平臺,預制構件信息管理系統,運維管理平臺等基于BIM的項目管理平臺工具。這些平臺工具能極大的提高項目的信息化水平,降級信息丟失和協調難度。因此,在后續新建線路上,這些平臺工具將進一步的開發與應用,使地鐵建設信息化真正落地。

一、項目概況

上海市軌道交通17號線是一條貫穿于青浦區東西向的區域級軌道交通線,西起歷史文化古鎮朱家角鎮(東方綠舟),東至上海市規劃的重要交通樞紐—虹橋樞紐,線路的建設對青浦新城新的規劃和建設具有重要意義。

 

線路全長約為35.341km,采用高架和地下結合的敷設方式,其中地下線長度約為16.157km,高架線長度約為18.479km,敞開段長度約為0.705 km。

 

二、BIM 技術應用概況

1、建模范圍

據上海軌道交通17號線建設范圍,制定BIM技術應用的建模范圍。

2、應用目標

上海市軌道交通17號線BIM技術深度應用于項目設計、施工、運維全過程,實現基于BIM技術的城市軌道交通全生命期信息管理,優化設計方案和設計成果,控制施工進度,減少工期,降低成本投入,提高設計質量和施工管理水平,保障工程項目的順利完成,同時通過在運維階段BIM應用提高運維管理水平。

 

以BIM 為核心,整合應用GIS、物聯網等技術,形成合力,突破行業發展瓶頸,實現上海軌道交通行業向信息化和工業化

的轉型升級。

 

在設計階段BIM應用旨在創建精確且滿足應用需求的各專業三維信息模型,通過平立剖檢查、場地現狀仿真、沖突檢測及三維管線綜合、豎向凈空優化、工程量復核、裝修效果仿真等多個應用點優化設計方案,提高設計質量,控制項目造價。

 

在施工階段BIM應用通過施工專項方案模擬與優化、施工進度的科學管理及竣工模型構建等多項應用點的開展,減少工期,提高施工質量,促進施工安全,控制項目造價,提高施工管理水平。

 

在運維階段BIM應用目標在于基于建設期形成的軌道交通項目標準化BIM 數據,整合運維過程中采集的動態數據,借助運維管理系統,實現數字化的軌道交通運維管理,提高設施設備運維管理水平和公共服務水平。

 

3、組織架構

本項目BIM技術應用采用業主牽頭協調,委托BIM總體單位主導,BIM分項單位具體實施,各參與方配合的組織模式。各司其職,共同推進本項目 BIM 技術的深入應用。

4、BIM 應用點列表

三、BIM技術應用成果與特色

1、初步設計階段

(1)場地現場仿真

通過場地周邊環境數據、地形圖、航拍圖像等資料,對車站、停車場、區間穿越重要節點的周邊場地及環境進行仿真建模,創建包括但不限于周邊環境模型等各類場地要素之間的距離關系,輔助車站主體設計方案的決策。

此外,17號線東方綠舟站還嘗試了利用三維激光掃描還原車站周邊環境,將BIM模型與點云數據進行整合,確定出入口與主要道路、綠化的距離,以三維可視化的形式展現各個方案的優缺點,協助設計及項目公司進行方案比選、整體優化及最終方案確定。

(2)管線搬遷

根據管線物探資料,對車站實施范圍內的現狀市政管線進行仿真建模,盡量精準的表達管線截面尺寸、埋深,窖井的位置及尺寸;根據地下管線搬遷方案,建立各階段管線搬遷方案模型,輔助設計方案的穩定及管線搬遷的優化。車站主體結構建成后復位的管線作為重要地下管線基礎資料。

2、施工圖設計階段

(1)鋼筋建模探索

17號線蟠龍路站作為試點,進行了鋼筋建模的探索。分別使用兩款軟件(Tekla與Revit)進行建模,對比不同軟件建模效率及工程量的準確性,為其他車站的鋼筋建模提供軟件選項參考。

(2)三維管線綜合設計

17號線探索了BIM融入設計流程的方式。不同于傳統的碰撞檢查及出碰撞報告,17號線BIM工程師直接負責管線綜合及碰撞調整,各專業設計負責成果審核,最終BIM工程師參與圖紙會簽,確保通過三維管線綜合優化的成果通過施工圖紙傳遞到施工階段。

 

這也是BIM工程師直接進行三維管線綜合設計的初次探索,發現并解決管線與結構之間、各專業管線之間的設計碰撞問題,優化管線設計方案,減少施工階段因設計“錯漏碰缺”而造成的損失和返工工作。

(3)三維出圖

完成管綜設計后,為了提高優化成果在BIM與機電各專業之間的傳遞效率,研究并打通了三維模型到二維出圖技術路線。并二次開發了Revit導cad插件,實現導出的cad圖紙滿足各專業設計對圖紙圖層的要求,機電各專業可在BIM模型導出的圖紙基礎上,深化出圖。

另外為確保施工現場預留孔洞的準確性,從BIM模型導出每面墻體的管線孔洞剖面圖,提供二次結構圖紙深度。

 

(4)大型設備運輸路徑檢查

基于BIM模型,結合設計方案的二維運輸路徑平面圖,動態可視化模擬大型設備的安裝、檢修路徑,發現運輸路徑中存在的碰撞沖突問題,提前優化運輸路徑設計方案,從而為后續設備的運輸、安裝工作提供保障。

(5)多專業整合與優化

基于車站BIM模型,將FAS、ACS、EMCS、氣滅(或高壓細水霧)、信號、屏蔽門、通信、動照、給排水9個專業的各墻面箱柜(設備)進行整合。結合BIM技術對各專業墻面箱柜(設備)布置進行優化,明確安裝方式及安裝位置,使其滿足車站功能要求、裝修原則,達到墻面箱柜(設備)布置美觀、整齊。

(6)裝修效果仿真

利用BIM技術實現裝修設計的模擬仿真,根據二維裝修設計施工圖創建BIM模型并做場景模擬,對BIM模型對象賦予材質信息,顏色信息以及光源信息,模擬場景效果,生成效果圖,輔助方案溝通并優化裝飾方案,提高裝修設計效率。

(7)專項設計方案配合

根據17號線工程建設的實際需求,借助BIM模型及相應軟件,對工程建設涉及到的重要設計專項方案進行仿真模擬,可視化分析方案的可行性,輔助設計專項方案的推進、落實及優化。

 

車控室方案布置優化:通過BIM技術將車控室內的各設備,運營物品布置規范,設計單位、運營單位通過模型優化設備、物品的放置位置,滿足設備功能要求,之后運營需求。

 

車站公共藝術方案配合:17號線將青浦區特色文化融入至車站的裝修風格中,通過三維可視化效果,對比各設計方案,確定最終公共藝術方案。

車站內導向安裝方案優化:為確保17號線車站美觀性及安全性,由于高架車站層高過高,從天花頂打吊桿會使懸掛牌不穩定,易搖晃,因此采用綜合支架固定安裝。為考慮美觀性,盡量借用原有管線綜合支架為原則。通過原有全專業BIM模型中的綜合支吊架,添加連桿或是新增綜合支吊架方式,輔助導向安裝。

(8)設備廠商族庫

待各機電設備完成招標后,17號線率先開始了設備廠商族模型的深化工作。與設備供應商相互配合,實現設備廠商族模型按照運營養護的最小單元拆分,并添加運維所需的主要技術參數及產品實際材質參數。另外,除廠商族模型外,還整理了一套完整的設備數據信息,如技術規格書、設備說明書、驗收文件等資料。將這些數據存放于運維管理平臺,實現模型與數據的關聯,為運維階段的基于BIM的運維管理平臺奠定數據基礎。

3、施工準備階段

(1)施工籌劃模擬

在施工準備階段,根據動態工程籌劃的需求對施工深化BIM模型進行關聯完善,內容主要包括:將施工BIM模型與工程任務結構多級分解(WBS)信息、計劃進度安排信息建立關聯。在此基礎上,開展施工三維動態工程籌劃,對施工進度進行可視化模擬與對比分析,對具有一定難度或風險的施工工藝進行模擬。

(2)施工深化設計

在地鐵車站管線綜合BIM模型基礎上,根據管道位置、尺寸和類型對綜合支吊架的放置進行深化設計與優化,可有效排除綜合支吊架與各專業的碰撞問題,優化支吊架設計方案,減少施工階段因設計“錯漏碰缺”問題而造成的損失和返工。

此外,在施工深化設計過程中,針對一些具有重要功能的機房,如車控室、環控機房、消防泵房等,依據二維施工圖紙,創建機房的各專業BIM模型,并基于該機房BIM模型,對機房的管線、設備布置進行深化設計,進行設備定位、復核預埋件位置等方案,最終實現機房布置合理美觀,確保設備安裝的操作空間及后期設備的檢修、更換操作空間,同時機房深化模型可以用于指導后期施工工作和機房布置方案匯報。

(3)高架車站外立面PC構件安裝施工模擬

在上海軌道交通17號線高架車站裝修設計圖紙要求,對外立面設計PC構件,從外面表現效果上相對較為美觀。為了輔助設計提供外立面精裝效果展示,創建外立面PC構件精細化模型,建立多視點三維效果圖,可為最終外立面方案比選、優化等決策提供幫助。同時,為了能夠實現PC構件精準、精確安裝施工的要求,通過精細化的模型指導PC構件的生產及安裝,同時為安裝工序及施工影響范圍提供有利的參考依據。

4、施工實施階段

(1)施工BIM培訓、現場交底

根據上海軌道交通17號線工程BIM應用實施進展情況,對本項目實施過程中施工單位的BIM實施工作提供技術支持,為參與項目建設的施工方技術人員開展施工階段BIM應用價值點、BIM應用系列標準、施工階段BIM模型創建、BIM模型應用等方面的培訓,并通過BIM模型進行施工現場技術交底。

 

旨在讓對施工單位深刻認識到BIM技術在施工階段的應用價值,輔助施工技術人員將BIM技術更好的應用于項目的施工進度、安全與質量管理,提升施工管理水平,合理控制施工工期、安全與質量。

 

(2)虛擬進度與實際進度對比

在施工階段,將施工進度計劃整合進施工圖BIM模型,形成4D施工模型,模擬項目整體施工進度安排,對工程實際施工進度情況與虛擬進度情況進行對比分析,檢查與分析施工工序銜接及進度計劃合理性,并借助施工管理平臺進行項目施工進度管理,切實提供施工管理質量與水平。

(3)PC外立面三維掃描

上海軌道交通17號線東方綠舟站、朱家角站、徐徑北城站外立面采用外掛PC板進行裝飾,而安裝PC掛板的結構預埋件施工誤差較大,PC板形狀復雜,構件重量重,施工安裝難度大,施工安裝完成后對外掛PC板施工質量復核存在困難,亟要引進新技術解決當前存在的問題。

 

為此,通過3D掃描技術獲取東方綠舟站、朱家角站、徐徑北城站外掛PC板的點云數據,生成相應的點云模型,與設計階段BIM模型進行比對,輔助施工單位進行車站外掛PC板施工安裝。在施工完成后,復核車站外掛PC板的施工安裝質量,固化安裝驗收完成時的原始狀態,為后期車站外掛PC板可能存在的扭曲變形、沉降監測等提供初始值,便于車站外掛PC板的維修保養。

(4)乘客疏散路徑、司機行走路徑模擬

由于17號線采用接觸軌方式供電,導致無法在軌行區進行任意走動。為確保乘客安全疏散,以及在日交接班時司機安全行走,成為了竣工交付前需要解決的重要環節。由于BIM模型整合了全專業信息,因此業主、設計人員、運營單位人員通過BIM模型,制定出每段區間、及車站與區間相連接區域的疏散路徑,直接使用BIM模型進行現場施工指導。

(5)竣工模型建立

在項目竣工交付階段,在施工模型的基礎上,對工程竣工模型的竣工信息進行補充完善,生成各專業竣工模型。同時搜集整理各類非結構化的施工過程文件,形成以竣工BIM模型為中心的工程竣工數據庫,并與竣工BIM模型實現關聯,歸檔完成后交付至業主單位。

5、運維階段

(1)模型三維漫游

軌道交通行業基于BIM模型三維漫游,主要以車站和區間的模型漫游為主,可使運營管理人員快速熟悉運營管理對象,準確掌握車站和區間的重要設施設備分布情況以及關鍵出入口位置,方便管理人員對現場情況的掌握管理。

(2)結構安全管理

軌道交通行業基于BIM模型的結構安全管理,主要是以區間的盾構管片結構安全管理為主,基于BIM模型和盾構管片上的傳感器獲取的監測數據,實現對管片沉降、收斂變形、結構裂縫、結構差異變形、滲漏監測和閾值預警等,并將這些信息與相應的管片進行綁定,從而實現基于BIM的盾構管片結構安全管理,方便現場人員對具體管片病害的了解。

(3)設備運行管理

軌道交通行業涉及的設施設備專業種類繁多,數據量大,包括:供電、照明、給排水、通風、通信、消防、視頻監控、乘客廣播系統、屏蔽門等,將這些設備的動態運行信息與BIM模型構件進行關聯,實現對軌道交通行業設備的運行管理和數據統計分析,方便現場人員對設備運行狀態的管理。

(4)車站運營管理

軌道交通車站的運營管理主要以地鐵車站的客服、乘務和質安等的工作調度管理為主,基于BIM技術,結合室內定位、移動互聯技術,實現基于BIM的車站運營管理,方便車站運營管理人員準確掌握現場情況實現車站運營管理業務服務的高效管理。

(5)資產管理

基于二維碼標簽和BIM技術,將BIM模型和現實實物用二維碼標簽連接起來,實現基于BIM的軌道交通資產管理,方便軌道交通的運營管理人員迅速掌握資產的具體空間位置,而不僅僅只是傳統資產表中某一項枯燥數據。

(6)維保管理

軌道交通行業在運營過程中,除站內的具體對乘客的運營事務管理外,還有一大部分設備的巡檢、養護、維修工作,需要設備巡檢人員能夠主動、及時發現穩態,排除潛在的隱患,以提高整個項目的運營管理水平。

 

基于BIM、移動互聯技術和二維碼標簽實現軌道交通行業的維保管理,能夠使現場工作人員在設備故障時能夠迅速基于移動端查詢設備的相關文檔信息進行現場故障排除,提高設備在故障時的應急響應能力。

(7)預案管理

軌道交通行業的預案管理主要以預案編制、預案演練和應急處置管理功能為主;贐IM技術的預案管理,能夠基于BIM模型和現場的實時情況,及時定位事故發生地點,提供可視化的事故信息與應急資源信息,規劃車站人員應急疏散路線,監控相關機電系統的處置動作,掌握軌道交通項目應急時的全局狀態,為現場和遠程應急指揮提供決策依據,及時更新善后處理信息。

(8)能耗管理

將軌道交通行業各專業的傳感器、探測器以及儀表獲取的能耗數據,依據BIM模型按照區域和專業進行統計分析,使得管理人員能夠更直觀的發現能耗數據異常的區域,并針對性的對異常區域進行檢查,發現可能的事故隱患或者調節設備的運行參數,以達到排除故障、降低能耗維持軌道交通項目業務正常運行的目的。

17號線BIM應用過程中,開發了協同管理平臺,預制構件信息管理系統,運維管理平臺等基于BIM的項目管理平臺工具。這些平臺工具能極大的提高項目的信息化水平,降級信息丟失和協調難度。因此,在后續新建線路上,這些平臺工具將進一步的開發與應用,使地鐵建設信息化真正落地。

 

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