侯黎明

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)械動(dòng)力和環(huán)境工程設(shè)計(jì)院，天津 300251）

近年來(lái)，建筑信息模型（BIM）技術(shù)在國(guó)內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域得到大力推廣，中國(guó)鐵路總公司明確指出，BIM技術(shù)的應(yīng)用將是未來(lái)鐵路勘察設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)，于2013年啟動(dòng)了鐵路工程建設(shè)信息化關(guān)鍵技術(shù)的研究，聯(lián)合多家大型鐵路設(shè)計(jì)和建設(shè)單位，對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)行攻關(guān)，并著手建立了一系列的配套標(biāo)準(zhǔn)[1]。

徐駿等人從政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、人力資源、管理等5個(gè)方面對(duì)BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用及其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析[1]。馬少雄等人應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)西安動(dòng)車段進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工作模式的不足，論述了動(dòng)車段所站場(chǎng)項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)的可行性和必要性[2-3]。德鐵國(guó)際公司在新建科隆尼佩斯ICE動(dòng)車段的設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了BIM技術(shù)來(lái)模擬ICE高速列車及城際特快列車ICx的養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程[4]。王明智基于CATIA平臺(tái)，對(duì)BIM技術(shù)在鐵路室外管線綜合（給排水系統(tǒng)管線）中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[5]。李小帥等人基于CATIA平臺(tái)，嵌入設(shè)計(jì)校審過(guò)程管理機(jī)制，在烏東德水電站樞紐工程中開展了數(shù)字化勘測(cè)與地質(zhì)、水工、橋隧、建筑、機(jī)電、金結(jié)、施工總體等多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)建模[6]。李坤等人探索了BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并將BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)計(jì)算和工程量統(tǒng)計(jì)等過(guò)程[7]。張健平等人基于IFC，提出了一種基于AutoCAD圖形引擎的BIM三維實(shí)體建模以及將其轉(zhuǎn)換為表面模型的方法[8]。何關(guān)培指出，目前國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)BIM應(yīng)用過(guò)程中，涉及到的三維信息建模軟件包括REVIT、BENTLY系列、3D EXPERIENCE（CATIA V6）等[9]。潘永杰指出，BIM的精髓在于，將各種信息數(shù)據(jù)貫穿工程的整個(gè)生命周期，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營(yíng)維護(hù)全生命周期管理[10]。彭利輝提出了一種鐵路BIM數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮方法，并結(jié)合鐵路三維場(chǎng)景的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，優(yōu)化了鐵路BIM海量數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬之間的矛盾[11]。

國(guó)內(nèi)鐵路BIM應(yīng)用從2013年起步至今，多家設(shè)計(jì)院、工程建設(shè)單位、高校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了卓有成效的研究工作，但這些成果多集中在高速（普速）鐵路正線和城市軌道交通三維信息建模、運(yùn)維等方面，較少涉及動(dòng)車段所的BIM設(shè)計(jì)，本文基于REVIT和3D EXPERIENCE（CATIA V6）平臺(tái)，對(duì)某檢查庫(kù)壓縮空氣管線進(jìn)行了詳細(xì)三維建模，對(duì)比兩款軟件在管線三維建模方面的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)兩者之間的數(shù)據(jù)交互模式進(jìn)行了分析。闡述了在CATIA平臺(tái)中，三維模型信息屬性的添加方法，在此基礎(chǔ)上建立基于CATIA平臺(tái)的機(jī)輛設(shè)備BIM三維信息參數(shù)化模型庫(kù)。

1　檢查庫(kù)壓縮空氣管線建模

1.1　檢查庫(kù)及壓縮空氣管線簡(jiǎn)介

該檢查庫(kù)為10線庫(kù)，設(shè)置在段所北端，可完成動(dòng)車組的一二級(jí)檢查維護(hù)、客運(yùn)整備、真空卸污、上水等作業(yè)。

庫(kù)北側(cè)設(shè)一層邊跨，主要為備品存放、檢測(cè)維護(hù)、保潔等分間。

庫(kù)南側(cè)設(shè)二層邊跨，主要為調(diào)度、班組、辦公、休息、更衣等房間。

庫(kù)內(nèi)設(shè)備設(shè)施主要有軌道橋、三層作業(yè)平臺(tái)、安全聯(lián)鎖監(jiān)控及作業(yè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)、移動(dòng)式輪對(duì)探傷、綜合管線吊掛系統(tǒng)等。

檢查庫(kù)壓縮空氣管線平、立面示意圖如圖1所示。

圖1　壓縮空氣管線平立面示意圖

1.2　壓縮空氣管線建模

室內(nèi)壓縮空氣管線建模離不開建筑基礎(chǔ)，按照近年來(lái)建筑行業(yè)BIM發(fā)展趨勢(shì)，REVIT平臺(tái)相較于CATIA等BIM建模軟件具有很大的優(yōu)勢(shì)，為對(duì)比兩平臺(tái)在管線建模方面的優(yōu)缺點(diǎn)，分別在兩平臺(tái)上建立了檢查庫(kù)及壓縮空氣管線（含閥門）的三維信息模型，并對(duì)兩平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互模式進(jìn)行了探索。

其中，REVIT平臺(tái)用到的模塊包括建筑和暖通，CATIA平臺(tái)用到的模塊包括Civil 3D和管線模塊，圖2～圖5分別是用兩種平臺(tái)建立的檢查庫(kù)壓縮空氣管線模型。

圖2　REVIT檢查庫(kù)三維建模

圖3　REVIT壓縮空氣管線三維建模

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在管線三維建模方面，兩種平臺(tái)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。REVIT平臺(tái)依然延續(xù)了其在建筑三維建模過(guò)程中使用的“標(biāo)高”、“軸網(wǎng)”等概念和工具，操作上帶有濃重的Windows系統(tǒng)風(fēng)格，如“復(fù)制”、“粘貼”等功能的使用，操作容易上手，模型修正也非常方便，第三方插件種類繁多，缺點(diǎn)在于“三維立體”設(shè)計(jì)的理念較弱；而CATIA平臺(tái)則定位高端，完全采用三維協(xié)同設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行正向立體建模，但軟件操作需要一定時(shí)間的學(xué)習(xí)和熟悉，第三方插件較少，模型修正起來(lái)也較為繁瑣。

圖4　CATIA V6檢查庫(kù)三維建模

圖5　CATIA V6壓縮空氣管線三維建模

1.3　管線及閥門屬性添加

REVIT和CATIA均支持對(duì)三維管線和閥門模型添加屬性信息，如管線長(zhǎng)度、重量、密度、坡度、材質(zhì)等。圖6～圖9分別給出了兩種平臺(tái)的管線和閥門屬性添加方式。

圖6　REVIT管線屬性添加

圖7　REVIT閥門屬性添加

圖8　CATIA管線屬性添加

圖9　CATIA閥門屬性添加

1.4　兩款軟件數(shù)據(jù)交互

將REVIT平臺(tái)管線模型通過(guò)IFC格式的轉(zhuǎn)換，可以直接導(dǎo)入CATIA平臺(tái)，并且在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，模型的精度不會(huì)受到影響，導(dǎo)入后只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單處理即可使用，這為房建專業(yè)（使用REVIT）與其他專業(yè)（使用CATIA）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互提供了便利。兩平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互模式如圖10所示。

圖10　兩種平臺(tái)數(shù)據(jù)交互模式

2　機(jī)輛設(shè)備BIM模型庫(kù)

REVIT軟件主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，在機(jī)械建模方面存在一定缺陷和不足，而CATIA發(fā)家于航空工業(yè)，在機(jī)械設(shè)備建模方面優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)于機(jī)輛專業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑更具優(yōu)勢(shì)，且REVIT模型可以通過(guò)格式上的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入CATIA，這為使用CATIA作為動(dòng)車段所BIM設(shè)計(jì)主平臺(tái)提供了便利。

2.1　數(shù)據(jù)交互

鐵路機(jī)輛設(shè)備三維模型來(lái)自不同的渠道、不同的建模軟件，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和輕量化處理，才能導(dǎo)入CATIA平臺(tái)，組建機(jī)輛設(shè)備BIM模型庫(kù)。

以SOLIDWORKS和REVIT格式的機(jī)輛設(shè)備三維模型為例，通過(guò) IFC格式的轉(zhuǎn)換和IGS格式的輕量化處理后，可以方便地導(dǎo)入CATIA，圖11是不同軟件平臺(tái)建立的三維模型導(dǎo)入CATIA的效果。

圖11　不同軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)交互

2.2　機(jī)輛設(shè)備屬性定義

以懸臂吊為例，對(duì)機(jī)輛設(shè)備模型的屬性信息添加進(jìn)行介紹，如用風(fēng)量、用水量、用電量、基礎(chǔ)要求、生產(chǎn)廠家等。由于目前國(guó)內(nèi)機(jī)輛設(shè)備并沒(méi)有統(tǒng)一的IFC屬性標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文對(duì)CATIA提供的模型屬性添加方式進(jìn)行介紹。

CATIA提供多種方式對(duì)模型屬性進(jìn)行表達(dá)，包括導(dǎo)入Excel格式的模型參數(shù)表，或者將模型參數(shù)直接復(fù)制到模型的屬性框，另外還可以將設(shè)備的屬性信息以CAD或者PDF等格式的文件鏈接到模型中，這幾種方式都將使設(shè)備模型帶有風(fēng)量、用水量、用電量等信息。圖12給出了機(jī)輛設(shè)備的屬性添加方式。

圖12　機(jī)輛設(shè)備屬性添加

2.3　機(jī)輛設(shè)備模型庫(kù)

采用CATIA平臺(tái)作為動(dòng)車段所BIM設(shè)計(jì)主平臺(tái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，CATIA采用文件夾（CATALOG）的方式對(duì)各種三維信息模型進(jìn)行管理，存儲(chǔ)于服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)空間中，可以極大地提高模型的檢索效率，使得數(shù)量龐大的機(jī)輛設(shè)備模型管理效率成倍提升。圖13給出了用于存放機(jī)輛設(shè)備的BIM模型文件夾。

圖13　BIM模型文件夾

3　結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)CATIA和REVIT等BIM軟件平臺(tái)在動(dòng)車運(yùn)用所檢查庫(kù)管線三維建模和機(jī)輛設(shè)備模型庫(kù)的建模方面進(jìn)行了分析和對(duì)比，并對(duì)不同平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互模式進(jìn)行了梳理，具體結(jié)論包括以下幾個(gè)方面：

（1）CATIA和REVIT等BIM軟件平臺(tái)均可對(duì)壓縮空氣管線進(jìn)行詳細(xì)的三維建模及屬性信息的添加，且兩種平臺(tái)可通過(guò)IFC格式的文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

（2）CATIA在機(jī)輛設(shè)備建模和模型管理方面具有先天優(yōu)勢(shì)，同時(shí)支持不同軟件平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互和格式轉(zhuǎn)換，這為使用CATIA作為動(dòng)車段所BIM設(shè)計(jì)主平臺(tái)提供了便利。

（3）梳理了采用SOLIDWORKS和REVIT等平臺(tái)建立的機(jī)輛設(shè)備三維模型，通過(guò) IFC 格式的轉(zhuǎn)換和 IGS格式的輕量化后，導(dǎo)入CATIA平臺(tái)的步驟和流程。

（4）闡述了在CATIA平臺(tái)中，為機(jī)輛設(shè)備三維模型添加信息屬性的方法，進(jìn)而組建了動(dòng)車段所機(jī)輛設(shè)備BIM三維信息模型庫(kù)，極大地方便了機(jī)輛設(shè)備模型的批量管理、批量建模和批量修改。

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