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BIM技术在阿房宫站设计中的应用
        

1  项目概况

阿房宫站为西成客运专线中距离西安站最近的车站,位于西咸开发区。站房建筑面积为5896.5;设进出站地道2座,宽度为12m,净高3.5m,建筑面积为1636.8;站台雨棚面积为16137.2;站场规模为3台7线,车站最高聚集人数为1000人。

2 BIM实施目标

本次西成客运专线阿房宫站工程BIM实施范围主要包括阿房宫站站房、旅客进出站地道、站台及雨棚、站前平台、市政广场及站场咽喉区以内设施。

2.1  BIM实施的意义

(1)BIM技术在该工程中的使用,可以建立真实3D实物模型,直观了解各部分实际结构,有效解决本工程在定位测量、幕墙施工及深化设计、方案论证等方面的工作。

(2)通过多专业协同设计,缩短设计时间,减少协调、沟通所浪费的资源;各专业掌握并熟练运用BIM设计方法及流程。

(3)通过碰撞检测,解决差错漏碰,避免返工窝工,并为施工验收提供依据;通过模拟施工次序,掌握工序流程,提高施工效率。

(4)通过此次BIM实施,建立和完善站房BIM应用标准,为以后同类项目提供可参考的依据。

2.2  BIM实施的目标

(1)设计阶段BIM模型的搭建以站房建设为主,通过建立BIM模型,完成设计、碰撞检测、管线综合、施工模拟、漫游展示、图纸输出、工程数量统计及模型信息录入等内容。

(2)施工阶段根据设计模型,由施工单位参与,继续完善模型进行站房BIM深化设计,输出能够指导施工的相关模型及数据,最终提交竣工模型。主要完成4D施工模拟、各专项深化设计、重要设备的安装模拟。根据运营管理需求录入相关信息。

(3)根据项目峻工模型对所有设施及设备进行数据统计并通过相关软件实现可视化管理,探索性开发“铁路站房BIM运营管理平台”。试验通过BIM数据来对项目所包含的构筑物、建筑设备、三维空间进行全方位、全生命周期的管理、监控和维护。

3  BIM技术在项目中的应用

3.1  BIM在站前专业规划设计中的应用

通过研究结果,确定站场路基的实施路线为线路线下工程(含路基本体与地形)通过Civil3D实现,线上实体模型通过Revit构建。将Civil3D生成的线下工程与地形转换成实体后按照坐标关系导入Revit中,各专业实体模型在Revit中进行拼装组合与布尔运算,形成最终的站场系统三维BIM应用成果,并能按照实际施工过程在Navisworks中进行施工模拟与碰撞检测以及在其他整合展示平台中进行大场景整合与展示。

3.2  BIM虚拟现实技术

在传统二维模式下进行方案设计时无法很快地校验和展示建筑的外观形态,对于内部空间的情况更是难于直观地把握。三维效果实景展示是跨越传统二维的表现模式,通过虚拟现实软件将项目在逼真的实景环境中进行展示(见图2),设计方案的虚拟现实展示可以供业主快速决策。

图2  三维效果实景展示

虚拟现实所建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成,严格遵循工程项目设计的标准和要求,建立逼真的室内外三维场景,对项目多方案比选进行真实的“再现”。用户在三维场景中任意漫游,人机交互,这样很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现,减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾,可以大大提高项目的评估质量。

在Revit Architecture系统环境下,大型场景的渲染对计算机要求较高,一般计算机的渲染速度往往不能满足要求,为了更好地解决大型场景渲染问题,Revit Architecture支持将模型导入到如3ds Max、Lumion等三维软件中进行渲染。经过我们进行多次尝试,我们选用Lumion三维软件进行效果图渲染及漫游动画展示。经测试,Google SketchUp以及Lumion恰恰可以与该系统的后项对接,这样就形成了适应当今市场的一套完整的设计流程:SketchUp前期推敲方案→进入BIM系统进行虚拟建造→应用Lumion进行虚拟仿真表达(见图3)。

图3  Lumion虚拟仿真效果图

对于方案效果表现行业而言,目前比较流行的是使用3ds Max来制作效果图。Revit Architecture软件自身也可以做出逼真的方案效果图,但是在Revit Architecture系统环境之下,大型场景的渲染对计算机要求较高,一般计算机的渲染速度往往不能满足要求。通过对阿房宫站项目的后期效果对比可以发现,使用Lumion制作出的效果图以及漫游动画比Revit Architecture更为出色,也并不输于3ds Max,而且在操作上要简便许多,这对于效率的提高有着非常大的帮助。因此,我们认为Lumion三维软件更适合与Revit Architecture软件对接,来进行效果图渲染及漫游动画的制作(见图4)。

图4  Lumion三维漫游动画

3.3  建设项目的虚拟施工

Autodesk Navisworks软件可以提供大型建筑综合项目实体模型的渲染、漫游、管线碰撞及施工组织模拟;可以将建筑信息模型(BIM)、数字化样机和设备装置设计应用中创建的多学科设计数据合并在一个集成的项目模型。NavisworksManage将空间协调与项目进度表相结合,提供4D施工模拟和分析功能。

Navisworks Manage在4D环境中对施工进度和施工过程进行仿真(见图5),以可视化的方式交流和分析项目活动,解决施工排序问题,减少施工延误。4D模拟功能通过将模型几何图形与时间日期关联起来,制定施工或拆除顺序,从而支持我们验证建造流程或拆除流程的可行性。

使用TimeLiner工具可以将3D模型链接到外部施工进度,以进行可视4D规划,即施工组织模拟。TimeLiner从各种来源中导入进度或直接在模型中建立进度,接着使用模型中的对象链接进度中的任务以创建4D模拟,这使得用户能够看到进度在模型上的效果,直观显示计划进度与实际项目进度之间的偏差。TimeLiner还能够基于模拟的结果导出图像和动画,如果模型或进度更改,TimeLiner将自动更新模拟。

图5  Navisworks Manage施工仿真

3.4  三维管线碰撞检测

传统的二维管线综合仅仅是将每个专业的平面管线布置图进行简单的叠加及断线,然后按照一定的原则确定出管线间的相对位置,进而制定出各管线的原则性标高。由于二维平面表达的局限性很难完整清晰的表达各专业管线的相对关系,故本研究采用BIM技术在三维模型空间中解决上述问题。

在本项目模型碰撞检测工作中,利用BIM软件信息交互的功能,将模型从Revit软件导入到Naviswork软件中,因前期已严格按模型构件命名规则建立模型,故可利用该名称信息对模型构件进行类型与系统的划分,并形成模型构件选择集列表,通过分别选择左、右列表框中的模型构件选择集依次进行碰撞检测,可得到碰撞点的位置详图(见图6)及碰撞构件ID报表。在碰撞点处理方面,对于土建专业与机电专业间的碰撞,主要采用机电管线避让建筑、结构构件或修改管线敷设路径的调整方式;对于风、水、电专业间的碰撞,采用“小管避让大管,有压管避让无压管”的原则,以及设计规范、施工验收规范相结合的方式来调整管线。通过以上述调整原则,并借助于BIM三维模型的直观展示,在空间狭小,多管交汇的地方均实现了精细的避让。

图7  碰撞点位置示意

3.5  工程量统计及图纸生成

施工图的深化工作是完成全部施工图的必要步骤,一般包括的内容有:在原有构件的基础上进行构造做法的定制,并对图元所用到的材质进行调整,以满足施工图设计的标准;通过一定的二维修饰作为构造定制的补充,最终达到施工图表达的深度(见图7);通过面积明细表的制作,将模型中的信息进行提取,作为设计输出的条件;其他施工图设计工作。

图7  施工图

BIM在建筑设计过程中的重要意义在于:整合建筑整体的物理及功能特性以便于各相关专业之间的配合。因此,通过Revit Architecture建模并不是一味追求完全通过模型来表达建筑的所有信息,而是在综合考虑出图效率、信息表达的准确性等因素的基础上决定某些建筑信息的表达方式。例如墙身详图、节点详图以及一些其他建筑构件的大样图就可以通过二维图元来表达。

在Revit Architecture中可以将模型搭建得很详细,但是在很多时候不需要建得太细,因为需要耗费太多时间来增加模型量,这样反而会产生一些不必要的麻烦。首先,影响了建筑出图的效率,增加设计院的人力和时间投入;其次,过细的模型包含的数据量较大,影响软件平台的运行。在Revit Architecture中用二维图元表达这些详图的方法主要有两种:一是直接用注释工具栏中的详图工具,深化索引出的建筑局部详图,使之满足施工图出图标准;二是导入CAD详图文件,将CAD文件引入到建筑BIM模型信息中,要求为纯CAD图元。

    工程数量是项目施工采购和项目概预算的基础,与创建门窗表的方法类似,可以根据需要创建统计项目中各对象材料用量、各功能房间的面积及楼墙面面积等工程数量。现以墙材质明细表、室内装修表、墙明细表为例对工程数量的自动统计方法进行简单介绍,其他工程数量的自动统计方法与之相似。

结束语

住房城乡建设部《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》将加快BIM等新技术在工程中的应用列入了十二五建筑业信息化发展的总体目标和重要的任务之一。

BIM技术使项目所有的参与方能够协同工作,实现工程项目的精细化管理,实现全生命周期的信息共享。BIM技术可以支持建筑环境、经济、能耗、安全等多方面的分析和模拟,可以实现虚拟的设计、虚拟的建造、管理以及全生命周期、全方位的预测和控制。BIM技术可以支持设计、施工以及管理的一体化,促进建筑业生产方式的变革。BIM能够连接建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源,所以它是能够支持建筑行业产品链的贯通,为工业化建造提供技术的保障,支持建筑行业的工业化发展。

随着国内建设行业对BIM技术关注度不断提高,需求不断增加。依托政府的支持,依靠行业的统筹,发挥企业的力量,BIM技术的应用前景会越来越广阔,应用水平也将得到提升。

BIM技术对建筑行业包括轨道交通是再一次深刻的技术推动和革命,随着BIM技术实践的不断进展,行业思考的不断深入,它将对行业的生产方式、管理方式、运营方式以及建设的整个产业链条带来深刻的影响。它会是一次新的生产方式的变革,这种变革将涉及到行业中的每一个人、每一个项目、每一个环节,对于行业中的每一个从业人员都应该加深认识,深入思考。

                                                                     

来源:中国铁路BIM联盟专属期刊

《铁路技术创新》

来源:《铁路技术创新》
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