天津地铁5号线BIM技术应用

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天津,因漕运而兴起,明永乐筑城。历经600多年,造就了天津中西合璧、古今兼容的独特城市风貌。作为中国开放前沿和近代“洋务”运动基地,天津经济发达,工商、金融业兴盛繁荣。

天津漕运

国务院常务会议将天津定位为“环渤海地区经济中心,国际港口城市,北方经济中心,生态城市”。2014年,世界500强已有156家在天津落地生根,投资项目465个。2016年,生产总值达到17885亿元。

随着经济发展,天津不仅公路、铁路、航空、海运系统高度发达,市内交通也越发便捷。M(中心城区线路)、B(滨海新区线路)、Z(市域快速线路)和C(海河中游线路)四部分轨道交通线路形成网络化的格局,给市民出行带来了方便。

坐地铁去听相声

天津地铁5号线是天津市快速轨道交通网中的南北线,工程总投资179.7亿元,北起北辰区北辰科技园北,南至西青区李七庄,线路总长35km,贯穿北辰、河北、河东、河西、南开、西青6个行政区。

地铁运量大、污染小,提升了天津城市形象

天津地铁5号线于2012年全面开工建设,正值BIM技术在地铁应用的探索初期。这是天津第一条BIM实践应用的地铁线路,经充分考察,依据可能产生的效益,最终选择了以管线综合、设计咨询、施工配合等为主的建设周期BIM方案。

天津地铁5号线的BIM方案选型过程和实际效果究竟怎样,让我们一起来看。


方案选型

国内轨道交通行业BIM技术应用的主要模式大致归为四类(见下图):翻模和碰撞检测;管线综合辅助设计;建设周期应用;全生命周期应用。

BIM应用主要模式

目前,单纯的管线综合在我国轨道交通建设中应用较多,也有一些项目扩大到建设周期或者全生命周期,但设计阶段核心工作采用“翻模和碰撞检测”方式。

在BIM方案的选择中,预期收益和投入是很重要的考虑因素。基于对全国已(在)建的地铁项目进行调查,发现BIM的预期效果不仅与投入有关,也与具体方案选型、BIM技术服务单位的设计能力与经验、业主管理能力与经验、以及专业配合度和具体项目实施阶段等有关。

  • BIM应用模式的升级,会引起BIM投入的增加。但是两者间并不是严格的直线关系,而是落在一组范围内。这也意味着:通过合理的应用点的选择和调整,可以获得较高水平的BIM应用,同时控制BIM投入在合理范围内。

不同BIM应用方案与投入的关系

  • BIM方案的应用点组合对应用模式、投资额和最终效果有至关重要的影响。BIM方案选型体现为选择适合各专业开展设计工作的BIM工作方式,根据项目特点在设计、施工各阶段选择调整合适的应用点,确认可适配设计和施工各阶段工作效率的管理模式以及最终是否能够解决问题,解决多少问题有决定性的影响。

如果只有做翻模和碰撞检测的预算,就无法选择更高端的方案(全生命周期BIM)。在预算范围内,可选择全生命周期中的某几个应用点来组合应用。

  • BIM设计能力与经验值高,可解决的问题明确、效益高。我国轨道交通行业设计和施工工期紧。在不影响进度的情况下,要求从原来的2D设计方式替换为3D设计,还有很大困难。目前主要通过BIM咨询服务单位来介入和完成BIM工作。

BIM服务提供者的经验、能力与BIM效益的关系

  • BIM效益由BIM投入、BIM方案、实施单位能力等因素决定。“适合设计的工作方式”“基于项目特点的应用点取舍”等是方案选型的主要构成和影响因素,不独立作用于BIM效益的产生。BIM投入虽然会对BIM方案选型有影响,但当资金投入达到一定规模后,会有多种组合模式可以待选。

经过详细调研,天津地铁5号线BIM方案定位为:在有效控制项目中的BIM投入前提下,实现建设周期BIM应用。从设计阶段要求BIM辅助设计、设计咨询等,有效地解决设计中问题,从而实现优化设计的目的;施工阶段引入BIM施工配合,确保按BIM图施工,以保证BIM成果在施工中落地和BIM的应用效果。


BIM方案组成与特点

BIM辅助设计

①管线综合设计

地铁车站空间有限,专业多(近20个专业),管线复杂,容易发生拆改现象,造成返工、材料浪费、延误工期。在设计阶段引入BIM管线综合设计,充分考虑安装和运维的空间要求等因素,可指导施工的BIM管线综合设计成果。

②设计咨询

地铁车站的超过10个专业部署在相对狭小的车站空间内,各专业难免发生冲突;建筑、结构的布局可能加剧设备空间的挤迫。有经验的设计咨询单位可给出合理的设计建议,实现设计优化,提高设计质量。

BIM施工配合

①培训

进入施工阶段后首先对业主代表、施工单位和监理进行培训,让他们能熟练使用BIM辅助设计成果并根据BIM图进行综合支吊架的设计和下料,实现材料预加工,保证BIM成果顺利的从设计阶段传递到施工阶段。

②施工配合

施工配合主要是审核施工单位的综合支吊架是否改变原BIM设计以及根据现场实际情况优化BIM图。

③现场检查

现场检查主要是配合业主、监理到现场检查施工单位是否做到按BIM图施工,对没有做到按BIM图施工的提出整改意见,以确保施工单位按图施工。

通过以上管理办法,实现设计和施工的统一、BIM图和施工竣工图的统一,将BIM成果从设计阶段传递到施工阶段,为天津地铁5号线的未来运维管理打下基础,这是天津地铁应用BIM技术的最大成功之处。

下面用图片为大家展示天津地铁5号线的设计与施工的实际效果。

站厅层BIM设计效果:

站厅层公共区局部透视

站厅层设备走廊局部透视

站台层BIM设计效果:

站台层公共区局部透视

设备房间BIM设计效果:

环控电控室透视

弱电综合机房透视

复杂区域局部设计和实际施工效果:

a.设计                                       b.现场

出入口横穿下翻梁的BIM设计与现场施工对比

a.设计                                           b.现场

变配电室BIM管综设计与现场施工对比


经济效益

天津地铁5号线已经基本建成,BIM的核心价值得到了显著体现。

首先,BIM技术应用实现了前期设计阶段就能有效地发现和解决各专业冲突、优化设计,提高设计质量的目标。这最终意味着在设计阶段为施工阶段实现无拆改、无返工现象提供了保证。

其次,BIM成果对天津地铁5号线的运维管理产生无形价值。

  • 检修空间有保证,为后期设备和管线的运维提供了技术保证。

  • BIM成果的直观性,使得运维过程中能利用BIM成果进行工作指导。

  • BIM成果带有属性,通过属性可知管线、设备的一些信息,为运维提供直观的三维数据。

  • 由于三维和二维的联动性,利用三维生成二维图,避免后期工程改造时寻找蓝图及核对的烦恼。

  • BIM成果为后期工程改扩建提供设计依据。

  • BIM成果中的有效信息为后期运维管理数据集成提供数据来源。

BIM应用除了业主获益,施工单位也获益且经济效益较明确、可衡量。在天津地铁5号线北段8个车站管线施工完毕后,组织施工单位进行了BIM技术应用的效益统计。

通过对已施工车站的调查,利用BIM技术后,每站可节约1月以上工期,节约因拆改产生的各类费用合计近100万元,同时大大降低建设单位和设计单位以及施工单位的管理成本。5号线共计21个站采用了BIM辅助设计技术,合计产生经济效益保守估计有几千万元。如果考虑因施工进度缩减产生的经济效果,5号线BIM总收益将更大。

天津地铁5号线BIM技术的应用达到了控制投入、确保效益的目标。接下来,天津地铁将继续探索扩大BIM应用领域,将对包括车辆段停车场、管线迁改、公共区装修设备的BIM模拟分析和优化设计、BIM施工配合等都将开展进一步探索和务实的应用,更好地为天津地铁建设服务。


参考文献:

方新涛,等. BIM技术在天津地铁5号线中的应用探讨.

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本文作者2018-1-12 10:07
BIM
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