孫軍先 楊文成

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

鐵路行業(yè)是我國經(jīng)濟實力的重要體現(xiàn)，“中國高鐵”已成為我國走向世界的新名片。傳統(tǒng)鐵路建設(shè)方法以CAD軟件設(shè)計為基礎(chǔ)，整個勘察設(shè)計過程中缺乏系統(tǒng)性，各專業(yè)及各部門之間缺乏協(xié)同性，設(shè)計接口易出紕漏，設(shè)計成果缺乏直觀性和準確性，往往造成效率低、返工多、成本高等問題。

BIM技術(shù)在諸多發(fā)達國家土木建筑領(lǐng)域的應用已日臻完善，形成了較完整的BIM技術(shù)體系。國內(nèi)曾一度受限于軟硬件技術(shù)及成本等因素，對BIM技術(shù)未有足夠重視，應用范圍小，發(fā)展遲緩。近年來，我國經(jīng)濟技術(shù)高速發(fā)展，工程建設(shè)水平不斷提高， BIM技術(shù)在國內(nèi)土木建筑領(lǐng)域得到快速普及[1-2]，越來越多的建設(shè)單位嘗試采用BIM技術(shù)對項目進行規(guī)劃、設(shè)計，從而提高建設(shè)和運營管理的效益[3]，在哈大客專、蘭新高鐵等工程皆取得了諸多成功經(jīng)驗[4]。鐵路站場設(shè)計工作專業(yè)繁多，分工較細，影響因素復雜，精度要求高，協(xié)作性強，對傳統(tǒng)CAD設(shè)計方法改進的需求愈發(fā)迫切?；谖覈哞F項目智能化、數(shù)字化的要求，以及中國鐵路總公司對BIM技術(shù)試驗和探索的要求[5]，結(jié)合鐵路站場BIM設(shè)計工作實際經(jīng)驗，對BIM技術(shù)在鐵路站場設(shè)計中的應用進行論述和總結(jié)。

1 制訂鐵路站場BIM設(shè)計相關(guān)標準

鐵路站場BIM設(shè)計工作開展之初，最重要的是制定一套較完整的標準體系，即需要規(guī)定BIM模型包含的內(nèi)容信息。完整的BIM模型不僅含有幾何信息，還包含眾多非幾何屬性，以及各種非幾何屬性或幾何屬性間的邏輯關(guān)系[6]。目前，國內(nèi)外研究的BIM技術(shù)應用標準，與鐵路站場相關(guān)的主要有五大類[7](見表1)。

1.1 鐵路站場BIM信息內(nèi)容分析與編碼

目前，國內(nèi)鐵路領(lǐng)域的BIM標準大多在修訂中，近年來開展的鐵路站場BIM工作多以中國鐵路BIM聯(lián)盟于2014年底發(fā)布的鐵路工程信息模型分類和編碼標準[7]為基礎(chǔ)。

鐵路站場BIM信息內(nèi)容有不同的表達方式，在設(shè)計階段，經(jīng)常按照形式特征、功能特征、工作類型特征來進行BIM模型的信息內(nèi)容分析編碼。形式特征編碼主要針對一些抽象性概念，如中間站編碼為52-05 10 00，編組站編碼為52-05 30 00；功能特征編碼主要針對具體的工程構(gòu)件，如站場中的警沖標編碼為53-06 06 10，站臺編碼為53-09 45 00；工作類型編碼更多地體現(xiàn)在工程量統(tǒng)計或規(guī)定工法，如挖方編碼為54-07 10 00，鋪軌編碼為54-16 10 00。目前，不同標準的鐵路并沒有進行區(qū)別編碼，建議增加一位編碼以區(qū)分不同標準的鐵路(可以增加在編碼首位，例如350 km/h的高速鐵路編碼為01，則通過編碼01 53-06 06 10就可以直接反映出鐵路等級信息)。

表1 主要BIM技術(shù)應用標準

1.2 鐵路站場BIM模型信息的應用

站場BIM設(shè)計中，模型的常用信息多以功能特征來進行定義。通常站場的模型信息主要分三部分：站場路基工程、站場軌道工程及站場設(shè)備工程。

(1)路基工程：涉及站場和地質(zhì)路基專業(yè)，主要用橫斷面的形式控制各處變化，包括路基基本土石方、兩側(cè)邊坡防護、特殊路基支擋、管溝及其他各種附屬工程(如圖1)。

圖1 站場路基工程模型示例

(2)軌道工程：主要指鋪軌、鋪岔、道床。軌道種類、道岔種類繁多且構(gòu)成零件復雜，模型建立初期工作量龐大，但后期可復制性強(如圖2)。

圖2 站場軌道模型示例

(3)站場設(shè)備：包含內(nèi)容較多，如站場道路(見圖3)、各類構(gòu)筑物(見圖4)、客貨設(shè)備等。不同附屬設(shè)備包含的工程量差異巨大，涉及專業(yè)也非常復雜。

圖3 站場道路模型示例

圖4 站場圍墻模型示例

2 鐵路站場BIM軟件平臺比較

目前鐵路站場設(shè)計軟件主要為Autodesk(歐特克)、Bentley(奔特利)和Dassault(達索)[8，9]，如表2。

鑒于鐵路站場設(shè)計的模型體量巨大及目前硬件水平限制，經(jīng)試驗比較，Bentley平臺更適于鐵路站場設(shè)計工作。

3 基于Bentley平臺的鐵路站場設(shè)計方案

鐵路站場設(shè)計工作流程中，主要涉及到5個軟件： ProjectWise是協(xié)同管理平臺，屬于設(shè)計工作的基礎(chǔ)，貫穿于整個設(shè)計流程，涉及設(shè)計人員以及相關(guān)的非設(shè)計人員；MicroStation、Powercivil、RailTrack三個軟件一起完成模型建立、屬性賦予、工程量統(tǒng)計等工作，是鐵路站場設(shè)計的核心；LumenRT可以將基礎(chǔ)模型實現(xiàn)逼真、細膩的實景模擬。

表2 軟件平臺對鐵路站場設(shè)計適應性對比

3.1 協(xié)同設(shè)計管理平臺

ProjectWise可以為所有指定人員配置指定時間、設(shè)備及滿足網(wǎng)絡(luò)配置環(huán)境的操作平臺，項目的全生命周期都可以通過ProjectWise進行跟蹤控制。ProjectWise可以與Bentley的應用軟件進行高效集成。Bentley應用軟件在打開后會優(yōu)先調(diào)用ProjectWise接口。

3.2 鐵路站場BIM模型設(shè)計流程

設(shè)計一個完整的鐵路車站，會涉及幾十個不同專業(yè)，根據(jù)工作流程，各專業(yè)有“站前”、“站后”之分，站場專業(yè)通常歸于站前專業(yè)。但實際車站設(shè)計工作中，站場專業(yè)基本與所有專業(yè)都存在交集。站場專業(yè)在某一設(shè)計階段的BIM模型建立大致可分為4個階段。

(1)幾何模型繪制

首先根據(jù)線路正線模型，以軌頂高程為控制因素，采用Powercivil繪制站線線位的平縱面模型，其中，道岔的設(shè)計需要用到RailTrack軟件。在航遙專業(yè)及地質(zhì)專業(yè)提供的地形、地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，用Powercivil建立車站的路基模型(見圖5)。

圖5 斷面模板示例

根據(jù)不同設(shè)計階段，橫向坡度、排水設(shè)備等標準不同，其表層、底層、本體等基本模型組件可以通過建立相對標準模板庫的方式提高土木模型的制作效率。在路基和地形的基礎(chǔ)上，各種附屬設(shè)備的幾何模型用MicroStation逐步添加(見圖6)。

圖6 車站路基及附屬模型示例

(2)屬性信息賦予

目前，Bentley軟件平臺下的V8系列軟件對屬性添加功能支持較差，需要完成幾何模型繪制后，在MicroStation CONNECT版中進行非幾何屬性(如圖7)的添加工作。

圖7 屬性信息賦予示例

(3)多專業(yè)模型協(xié)同拼裝

在各專業(yè)模型建立后，需要進行模型拼裝、碰撞檢查，其過程需要多次修改、反復完善，相較于傳統(tǒng)設(shè)計方法，對各專業(yè)設(shè)計的精度要求更高。通過拼裝檢查，可以最大程度地提高設(shè)計的可行性、合理性，從而對工程項目的成本進行有效控制。

(4)工程數(shù)量統(tǒng)計

目前，Bentley軟件平臺的工程數(shù)量計算和統(tǒng)計功能應用在鐵路工程領(lǐng)域相對較薄弱，僅可利用PowerCivil生成路基工程數(shù)量，利用ProStructure生成鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量，其余仍以手工查看計算的方式為主，效率低下。需要各專業(yè)根據(jù)自身需求進行二次開發(fā)或結(jié)合其他軟件才能達到理想效果。

3.3 模型后期處理

車站基礎(chǔ)模型搭建完成后，通過LumenRT對基礎(chǔ)模型文件進行實景渲染，可以添加乘客、綠化、汽車等諸多模型，并可以加入時間、季節(jié)、光影等不同自然環(huán)境特效，最終形成如圖8的逼真效果。

圖8 LumenRT軌道交通模型動畫示例

4 鐵路BIM技術(shù)未來展望

近十年來我國鐵路行業(yè)高速發(fā)展，但勘察設(shè)計手段卻基本沒有改變，真正運用三維手段嘗試解決鐵路設(shè)計的成熟案例并不多見，而完全運用BIM技術(shù)進行設(shè)計的鐵路項目還未得到實際認可。BIM軟件基礎(chǔ)框架目前已經(jīng)較成熟，但鐵路工程由于涉及專業(yè)多、周期長、影響因素復雜，需要對各種軟件進行深入的二次開發(fā)，才能真正適用于我國鐵路BIM設(shè)計工作。BIM技術(shù)在鐵路站場設(shè)計中亟待從兩方面進行推廣：

①以MicroStation CONNECTION版和即將全新發(fā)布的OpenRail為基礎(chǔ)平臺，開發(fā)適用于本專業(yè)特點的插件和構(gòu)件庫[11]，滿足如道岔計算、路基特殊處理、排水計算等鐵路設(shè)計要求。

②加強點云勘測技術(shù)，點云技術(shù)配合BIM軟件才能真正使勘察設(shè)計三維化、BIM化，實現(xiàn)勘察設(shè)計方法的真正革新。

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