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BIM技术助力地铁轨道工程项目应用碰撞检测

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BJ-BIM-卜爷 发表于 2018-1-31 18:22:10 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
城市轨道交通是以电能为主要动力能源,采用轮轨运转体系的大运量快速公共交通系统。它主要负责无障碍兼短距离的旅客运输,通常由轻型动车组或有轨电车作为运送载体,有效缓解城市内部密集客流的交通压力。

轨道与公路一起,构成完美的城市交通网络

我国城市轨道交通发展迅猛,已建成或正兴建的城轨交通包括地铁、轻轨、磁悬浮、有轨电车等各种类型,已成为我国大中城市公共交通的骨干。


在城市轨道交通系统中,地铁系统建设呈现迅猛发展态势。地铁建设工程投资大、工期长、技术复杂、施工场地狭窄、参与工种多、返修问题突出。针对上述特点,地铁建设开始探索BIM技术应用,特别在优化车站土建施工流程管线综合装修效果模拟等方面已取得一定成效。

研究表明,地铁项目在使用BIM管线综合后大幅减少了专业摩擦、返工和误工,有效降低费用30%,节省工期约10%,为后期维护管理带来了潜在效益。

  • 上海地铁11号线龙耀路车站,事前检测各类管线碰撞112处,自行规避93处,报设计修订19处。

  • 无锡地铁2号线在梁溪大桥站建设中,应用BIM管线综合,节省了因返工造成的经济损失,工期提前一个月。




帅气清新的无锡地铁2号线“小绿”


碰撞检测

管线综合是BIM在地铁工程中的重要应用,今天主要探讨使用BIM解决地铁工程中碰撞检测的问题。
碰撞产生

碰撞指空间中2个不可穿透的图形对象产生交集,如在进行管线综合时,不同专业的管线间或者管线与构件间发生碰撞。

供电管沟与综合管沟、给水管发生碰撞

地铁项目中,大部分管线设计图纸是各专业独立完成,既没与其他专业充分沟通,也不满足现场施工所要求的深度,错漏、碰撞数量突出。

碰撞类型

碰撞分为硬碰撞、软碰撞和间隙碰撞3种类型。

  • 硬碰撞:两实体在空间上存在交集。如果各专业在设计阶段没做好沟通或约定,可能产生在建筑构件与管线间或不同专业管线间的硬碰撞
  • 软碰撞:两实体在空间上有交集,就是发生了碰撞。在一些基础工程中通过碰撞检测控制实现对象之间的软碰撞。软碰撞在一定的范围内是允许的
  • 间隙碰撞:当两实体距离小于规定间距,在空间上虽没交集,但被认为两者产生了间隙碰撞

传统碰撞检测

以管线协调为例,传统方法是叠图法。用透明图纸制作各专业管线的平面设计图,将透明图纸叠放在一起并使平面坐标对齐,技术人员借助光线进行比较,检查有无重叠、碰撞现象。这种作业法易造成疏漏,导致返工和延误,面对大型、复杂程度高的项目问题更多。

BIM碰撞检测
以采用Revit建立的BIM模型为例,介绍应用Navisworks进行的碰撞检测。

Revit和Navisworks基于BIM开发,有很好兼容性。导入模型数据后,Navisworks能提供多种仿真与分析功能,使用Navisworks的ClashDetective命令检测出各种碰撞问题。在BIM模型上进行碰撞检测后,可结合支吊架的制作、安装及管线安装的具体位置,借助模型进行合理布局,优化管线排列布置,预留足够的用于安装和检修的工作空间,尽量满足设计的净高要求。


硬碰撞及间隙碰撞检测

广州地铁9号线岐山车辆段覆盖土建、轨道、机电设备安装及电务工程。施工前,采用Revit建模并采用Navisworks进行碰撞检测,将不合理设计位置整理后反馈给设计方。经过多轮优化、调整,施工图出图满足施工要求。

广州地铁9号线岐山车辆段地铁上盖

建筑构件与管线碰撞
实例1

站场一座建筑原设计中,空调新风管在结构梁中硬穿过去,风管与结构梁发生了硬碰撞。

空调新风管与结构梁相交碰撞

解决办法:通过修改设计,将该风管的位置调整到结构梁底下,从而避开碰撞。

新风管标高降到结构梁下
实例2

车间电缆桥架原设计在管线综合时,桥架与结构柱和雨水管产生碰撞。

电缆桥架与雨水管、结构柱相交碰撞

解决办法:对电缆桥架的设计进行修改,将其平移到足以避开结构柱和雨水管的位置。

电缆桥架避开雨水管、结构柱
屋面构件的间隙碰撞

根据设计,仓库屋面,为双层现浇钢筋混凝土面板。BIM碰撞检测发现,这2层钢筋混凝土面板的间距只有300mm,无法进行拆除上层面板底部模板的工作,这意味着发生了间隙碰撞。

仓库2层屋面板间的间隙碰撞

解决办法:在上层面板的采用1层厚1mm的压型钢板作为板底部模板,免除拆模工序,使间隙碰撞问题得到较好解决。

限界检查中的动态碰撞检测

项目实践中,地铁列车有可能在站内运行时与检修平台或者接触网发生碰撞。碰撞一方是列车沿轨道运动时其外壳的运动轨迹所生成的边界面,另一方是检修平台或接触网。在BIM模型中对双方是否产生碰撞进行检查,以确定地铁列车在运行过程中对接触网以及检修平台的平面、高程是否存在侵界问题。

                                                                                                               固定式架车机设备与轨道列车限界检查

接触网与轨道列车限界检查

经过碰撞检测发现了检修平台出现了侵界现象,地铁列车将不能通过。

检修平台侵界,碰到运行列车

以检测结果为依据,及时修改设计,确保地铁列车顺利通过。


软碰撞检测

维多利亚地铁站是英国伦敦最繁忙的地铁站之一,为应付与日俱增的客流量,需对车站升级改造,增建入口通道。由于地质条件恶劣,工程位于沙砾沉积物堆积带,潮湿、松散,难以开挖。

维多利亚地铁站

使用高压灌浆技术可固结沙砾沉积物,为开挖创造条件。根据设计,需要安设2500个喷射灌浆柱,灌浆柱需根据现状向不同方向、不同深度来设置,设计要求灌浆后灌浆柱直径1.6m,为保证灌浆后不留空隙,相邻的2根灌浆柱需要有不小于150mm的重叠。

采用MicroStation建立BIM模型,模型包括现有设施位置及喷射灌浆柱,使灌浆柱的钻孔位置、方向、深度信息都存储在模型中。然后对该模型中的灌浆柱进行软碰撞检测,以保证相邻2根灌浆柱的重叠部分有150mm。

维多利亚地铁站灌浆加固

由于在施工过程中根据BIM模型随时校正灌浆柱方位,校正的数据来源于密切监测灌浆过程中实际情况的变化,正是以上措施保证整个灌浆工作都能够按照设计要求顺利完成。

由于采用BIM技术,维多利亚地铁站升级改造进行顺利,按期完成。


地铁工程投资大、周期长、场地狭窄、技术复杂,BIM已经成为地铁工程科学施工的亮点。应用BIM进行硬碰撞、软碰撞和间隙碰撞检测已在地铁工程中广泛应用。可应用在地铁工程中的BIM技术还有很多,对于优化施工方案、缩短工期、降低成本,有显著效果。

参考文献:

黄妙燕,等. 基于BIM技术的地铁工程碰撞检测研究.






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