地铁工程BIM碰撞检测

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。

《铁路技术创新》杂志于2016年开始出版城市轨道专刊，每年3期，其主题策划、运营维护、产业装备、节能环保等栏目精彩纷呈。欢迎投稿与订阅。

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、管线综合及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。