胡松巖

(北京信遠筑仁科技發(fā)展有限公司，北京 100101)

在地鐵車站安裝工程中，管線綜合施工是涉及專業(yè)最廣、信息量最繁雜、最體現(xiàn)經(jīng)濟性和工程質(zhì)量水平的專項內(nèi)容。管道綜合施工包括一般民用建筑的通風(fēng)、空調(diào)、消防、工程用電、給排水，以及通信、信息、綜合監(jiān)控、防盜門和電扶梯等系統(tǒng)領(lǐng)域。因此，許多專用系統(tǒng)和管道安裝在車站吊頂以內(nèi)不足2m。作業(yè)環(huán)境狹小、安裝復(fù)雜程度高，導(dǎo)致各類管線碰撞沖突、返工程工比比皆是。將BIM技術(shù)應(yīng)用于地鐵鋪設(shè)和工程管線的綜合施工，可見有效地減少了上述問題。

1 BIM與地鐵工程

1.1 BIM簡介

20世紀90年代，隨著國內(nèi)外建筑信息模型技術(shù)的研究與發(fā)展日趨全面，并應(yīng)用于基礎(chǔ)建設(shè)的軟件開發(fā)。通過與Grass Eye和Bentley等企業(yè)聯(lián)合應(yīng)用建筑信息現(xiàn)代技術(shù)，Autodesk公司在2002年提出了建筑信息系統(tǒng)模型(BIM)的概念。架構(gòu)信息模塊的名稱也立即被建筑學(xué)術(shù)界以及其他軟件開發(fā)者所接受?，F(xiàn)在BIM技術(shù)已經(jīng)成為了建筑軟件開發(fā)應(yīng)用的首選技術(shù)。

工程信息系統(tǒng)模型是工程電子模型的行為基礎(chǔ)。主要任務(wù)是可視化、工程數(shù)據(jù)分析、競爭預(yù)測、標準分析、目標預(yù)算、完工、預(yù)算和其他用途。換句話說，BIM系統(tǒng)是指在工程項目的設(shè)計、施工和運營以及項目管理過程中一對一的內(nèi)部協(xié)調(diào)和可測量的信息系統(tǒng)。

1.2 地鐵工程應(yīng)用BIM的效益顯著

近年來，我國城市積極發(fā)展軌道交通，城市地鐵的建設(shè)和發(fā)展也迅速推進。城市軌道交通項目投資大、部門多、建設(shè)時間長、項目多、建設(shè)面積窄、技術(shù)復(fù)雜和后處理改造問題突出。消防、供電、通信、信息和綜合控制系統(tǒng)一般布置在非常有限的空間內(nèi)，應(yīng)嚴格按照主建筑與建筑的關(guān)系進行布置。設(shè)計和施工過程中的小疏忽會導(dǎo)致建筑物重建的困難和浪費，延誤施工時間，產(chǎn)生重大影響[1-3]。

2 碰撞檢測

BIM技術(shù)在地鐵施工的各個階段都有很多運用。該文重點研究了BIM技術(shù)在碰撞檢測中的運用。

2.1 碰撞的產(chǎn)生

在空間中，兩個密閉圖形對象都不能同時具有一個空間區(qū)域。一旦出現(xiàn)這些狀況，就會引起交叉與碰撞。在建筑實際中，各個地方的管線之間或管路和結(jié)構(gòu)梁柱之間往往出現(xiàn)碰撞，如圖1所示。

地鐵項目的規(guī)模和自動化程度在不斷提高，輔助能力也在不斷增強。增加管線和改善建筑空間需求之間存在碰撞。此外，在實際工程中，大部分管道圖紙沒有達到完全滿足現(xiàn)場施工要求的深度，存在很多錯誤和失誤。因此，在實際施工前，需要核對施工圖紙，解決各種碰撞問題。

圖1 供電管溝與綜合管溝、給水管發(fā)生碰撞

2.2 碰撞的類別

撞擊的形式通常包括3種:硬性撞擊、軟性沖撞和間隙撞擊。

硬碰撞指向空間中兩個實體的交點。在設(shè)計過程中,如果不同專業(yè)之間沒有統(tǒng)一的高程控制,那么建筑構(gòu)件和管道之間或不同管道之間會發(fā)生硬碰撞。

軟碰撞是空間中兩個對象的相交，即碰撞。物體之間的碰撞是通過碰撞檢測和控制來實現(xiàn)的，而碰撞檢測和控制基本上是使用的。

間隙碰撞被視為間隙碰撞，是因為兩個實體在空間中沒有交點，但它們之間的距離小于指定的距離。

2.3 碰撞檢測的傳統(tǒng)做法

傳統(tǒng)的方法其實是手工制作的方法。該文介紹了傳統(tǒng)的碰撞檢測方法，包括調(diào)整管線。

調(diào)整管線的傳統(tǒng)方法是將不同區(qū)域的圖形模型復(fù)制到各種透明圖形中，將它們堆疊在一起，并將燈光相互比較，以確保它們重疊或碰撞。參與這樣的工作非常耗時，需要很多特殊的協(xié)助。最終繪制各種區(qū)域時，平面圖中顯示的比例、位置和高度會匹配。

由于項目的規(guī)模和復(fù)雜性以及員工的能力，管線調(diào)整的結(jié)果很容易受到影響。這可能導(dǎo)致返工、成本更高和施工時間更長。因此，傳統(tǒng)的方法有很多缺點。

2.4 碰撞檢測技術(shù)概述

碰撞可以分為靜態(tài)碰撞和動態(tài)碰撞。不同領(lǐng)域管道或管道的碰撞、框架、梁和柱的碰撞是靜態(tài)碰撞的一部分，而建筑物塔式起重機的碰撞則是動態(tài)碰撞的一部分。

碰撞檢測方法的基本要點是確定兩個或多個圖形實體是否可以碰撞或穿透。換句話說，如果使用碰撞來評估兩個幾何模型是否可以相交，則必須評估碰撞位置。隨著三維技術(shù)的飛速發(fā)展，碰撞檢測已經(jīng)成為計算機圖形學(xué)的重要組成部分?，F(xiàn)代碰撞技術(shù)涉及三維空間和幾何模型描述、分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和測試方法等。基本上，定義兩個對象的相對距離或嵌套和交叉點。

目前，存在基于位置數(shù)據(jù)區(qū)域的時間網(wǎng)絡(luò)和基于碰撞檢測算法的碰撞檢測算法。使用三種計算機網(wǎng)絡(luò)：靜態(tài)碰撞檢測方法、獨立碰撞檢測方法和連續(xù)碰撞檢測算法。靜態(tài)干擾是其中之一，這類問題在計算幾何中也得到了廣泛的研究。因為現(xiàn)在的計算可以得到相當高的精度。因此，基于位置數(shù)據(jù)區(qū)域的碰撞檢測計算還可以包括基于物體光的碰撞檢測計算和基于圖像模式的碰撞檢測計算。動態(tài)碰撞的最終選擇是一種基于圖像模式的碰撞檢測方法。該系統(tǒng)的優(yōu)點是近年來隨著成像設(shè)備計算速度越來越快，可以更合理地利用圖形硬件加速技術(shù)降低處理器的計算壓力[4-6]。

2.5 應(yīng)用BIM技術(shù)進行碰撞檢測

Revit軟件和NavisWorks軟件介紹了如何使用BIM技術(shù)檢測車輛碰撞。這兩款軟件由Autodesk集團公司使用BIM技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)了良好的兼容性。通用BIM模塊直接使用Revit軟件系統(tǒng)構(gòu)建。在實際項目中，一些專業(yè)技術(shù)人員可能會使用Revit軟件系統(tǒng)創(chuàng)建自己的BIM子模塊。然后將具體的子模型(如建筑子模型、建筑子模型、通風(fēng)子模型和污水子模型)整合為一個整體。最后，使用Navis Works軟件檢測沖突。同時，NavisWorks還可以使用數(shù)據(jù)接口擴展對基于Revit的建模數(shù)據(jù)的讀寫，為模型提供各種建模和分析功能。NavisWorks應(yīng)用程序的沖突檢測命令可用于標識項目中的不同沖突問題。

BIM模型是計算機、管線、設(shè)備和組件的物理建筑的虛擬模型，可以包含完整的信息。三維管線系統(tǒng)的BIM模塊在管線施工后能夠滿足設(shè)計標準的空間尺度要求，便于業(yè)主解決問題。

3 應(yīng)用BIM技術(shù)進行碰撞檢測

3.1 工程概況

廣州地鐵9號線赤山車輛段二期工程位于廣州市軌道交通9號線起點飛兒嶺站西北側(cè)。地塊寬約850 m，寬約266 m。每個項目的建筑面積為7.29萬m2。該項目包括土木工程、電機安裝、鐵路和電氣工程四大領(lǐng)域。

3.2 建筑構(gòu)件與管線碰撞的檢測

3.2.1 碰撞實例一

在建筑物的原始設(shè)計中，新建的空調(diào)風(fēng)管穿過結(jié)構(gòu)梁的中心，風(fēng)管與結(jié)構(gòu)之間的碰撞變得強烈，如圖2所示。

圖2 原設(shè)計中空調(diào)新風(fēng)管與結(jié)構(gòu)粱出現(xiàn)了相交碰撞的情況

根據(jù)上述碰撞問題，采用了改進設(shè)計來調(diào)整空調(diào)新風(fēng)道在結(jié)構(gòu)梁下的位移，以減少沖擊，經(jīng)改進設(shè)計優(yōu)化后如圖3所示。

圖3 把空調(diào)新風(fēng)管的高度降到結(jié)構(gòu)梁底下，避免了碰撞問題

3.2.2 碰撞實例二

車間在原設(shè)計中，由于電纜橋架與雨水管、構(gòu)造柱之間產(chǎn)生的碰撞，大型橋梁進入了構(gòu)造柱、雨水管之間，如圖4所示。

圖4 為原設(shè)計中，電纜橋架與雨水管、構(gòu)造柱的產(chǎn)生情況碰撞

解決此問題，需要立即修改設(shè)計并進行優(yōu)化。將電纜室轉(zhuǎn)動適當距離后，避免使用雨水管和結(jié)構(gòu)柱。優(yōu)化設(shè)計后，如圖5所示。

圖5 修改設(shè)計使電纜橋架避開了與雨水管、結(jié)構(gòu)柱的碰撞

3.3 優(yōu)化屋面構(gòu)件的間隙碰撞問題

倉庫屋頂瓦設(shè)計為2層澆鑄混凝土瓦，如圖6所示。BIM模型的模擬顯示，2個面板之間的距離為300 mm，低于拆除頂板和底板所需高度，相對較窄。討論結(jié)束后，在上面板下邊緣加一層1 mm厚的壓型鋼板，作為現(xiàn)場上面板的下邊緣。施工結(jié)束后，程序效果良好，省略了拆除階段，效果良好[7-9]。

圖6 倉庫兩層屋面板之間的間隙碰撞

4 結(jié)語

BIM設(shè)計在很多計量領(lǐng)域的項目中起著非常重要的作用。由于其投資高、周期長、工程范圍窄、技術(shù)要求復(fù)雜、投入工程的技術(shù)人員和專家眾多，需要采用最合理的科學(xué)設(shè)計方法。BIM技術(shù)為科學(xué)規(guī)劃的實施提供了堅實的科技保障[10]。

碰撞檢測在地鐵建設(shè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。該文主要介紹硬碰撞檢測、軟碰撞檢測和間隙碰撞檢測在地鐵建設(shè)中的各種應(yīng)用。除碰撞檢測外，BIM模型還可有效應(yīng)用于許多施工領(lǐng)域，比如，可視化數(shù)據(jù)分析、進度分析和施工過程仿真分析等，可大大優(yōu)化施工方法，減少施工時間，降低施工成本。經(jīng)濟效益十分顯著。地鐵建設(shè)中BIM技術(shù)的應(yīng)用仍處于持續(xù)發(fā)展階段，但BIM技術(shù)為建筑公司開辟了新的指導(dǎo)性思考。