孟曉健

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

鐵路工程體量大，功能復(fù)雜，除建筑、結(jié)構(gòu)、風(fēng)水電等設(shè)備系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)外，還涉及線路、站場(chǎng)、路基、軌道、車(chē)輛、橋梁、接觸網(wǎng)等站前專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)之間的接口復(fù)雜繁多。目前普遍采用的二維設(shè)計(jì)在資源調(diào)配、信息溝通、進(jìn)度把控等方面效率較低，導(dǎo)致設(shè)計(jì)意圖表達(dá)和理解不完整，出現(xiàn)了大量的返工或變更。隨著國(guó)家持續(xù)加大對(duì)走出去和“一帶一路”戰(zhàn)略的助推力度，開(kāi)發(fā)適用于鐵路系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)勢(shì)在必行。

BIM技術(shù)具有信息化、協(xié)同性、關(guān)聯(lián)性、可視化、可貫穿建筑全生命周期等眾多的優(yōu)點(diǎn)[1]，可從根本上解決工程從前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)施工到管理等各階段之間的信息斷層，可從根本上解決各專(zhuān)業(yè)之間的信息孤島，實(shí)現(xiàn)工程全生命周期的應(yīng)用[2]。研究發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)能夠提升鐵路工程建設(shè)水平和管理能力，是鐵路工程建設(shè)信息化的核心和方向[3-6]。

BIM技術(shù)運(yùn)用在房屋建筑設(shè)計(jì)中相對(duì)成熟，上海世博會(huì)部分場(chǎng)館、廣州西塔、銀河SOHO等建筑都成功采用了BIM技術(shù)，但在鐵路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還處在起步階段[7]。近年來(lái)，鐵路運(yùn)營(yíng)、設(shè)計(jì)、施工及軟件開(kāi)發(fā)等相關(guān)部門(mén)對(duì)BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的探索[8-13]。由于鐵路工程專(zhuān)業(yè)接口繁雜，導(dǎo)致BIM技術(shù)運(yùn)用更加復(fù)雜，技術(shù)難度更大，目前還沒(méi)有一套成熟的鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系[14]。本文基于鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系研究較少的情況，采用Revit平臺(tái)對(duì)鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究探索，形成了一套完整的鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，為鐵路車(chē)站BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

阿房宮站位于西咸開(kāi)發(fā)區(qū)，為西安鐵路樞紐輔助客運(yùn)站，車(chē)站規(guī)模為3臺(tái)7線，采用下進(jìn)下出的旅客流線模式。車(chē)站總建筑面積25 720.7 m2，其中站房建筑面積5 896.5 m2，建筑高度17.6 m；站臺(tái)雨棚覆蓋面積16 137.2 m2，采用站臺(tái)有柱鋼結(jié)構(gòu)雨棚，雨棚最低點(diǎn)高度5.0 m；進(jìn)出站地道建筑面積3 688.0 m2，凈高3.50 m。阿房宮車(chē)站鳥(niǎo)瞰效果如圖1所示。

圖1 阿房宮車(chē)站鳥(niǎo)瞰效果

阿房宮車(chē)站BIM設(shè)計(jì)范圍包涵站場(chǎng)、軌道、接觸網(wǎng)、信號(hào)設(shè)施、站房、旅客通道、站臺(tái)及雨棚、站前平臺(tái)和廣場(chǎng)。各專(zhuān)業(yè)BIM設(shè)計(jì)人員借鑒房屋建筑BIM技術(shù)的思路，對(duì)鐵路車(chē)站BIM資源庫(kù)的建設(shè)與管理、BIM信息模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同設(shè)計(jì)方法、BIM交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，制定了鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用研究成果對(duì)阿房宮車(chē)站進(jìn)行了協(xié)同設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案展示、碰撞檢查、施工圖繪制、工程量統(tǒng)計(jì)以及施工模擬等應(yīng)用研究。

2 鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)

應(yīng)用歐特克公司開(kāi)發(fā)的Civil 3D、Revit 2014、Navisworks Manage 2014、InfraWorks 2014、中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司自行開(kāi)發(fā)的“BIM模型應(yīng)用工具”以及鴻業(yè)族立得3.0等軟件對(duì)鐵路車(chē)站各專(zhuān)業(yè)開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)。

2.1 BIM資源庫(kù)的建設(shè)與管理

BIM模型的特性就是將建筑物各部件以面向?qū)ο?、面向可視化的?gòu)件堆棧出建筑物，這些組成項(xiàng)目的構(gòu)件在Revit中就是族。因此建立合理的族庫(kù)是BIM實(shí)施的基礎(chǔ)。

與一般民用和工業(yè)建筑不同，鐵路車(chē)站工程不僅包含墻、門(mén)窗、柱、梁、板等常規(guī)族類(lèi)型，還包含很多如鋼軌、軌枕等復(fù)雜的構(gòu)件，這些族構(gòu)件不能從軟件的系統(tǒng)族構(gòu)件調(diào)用，需要通過(guò)族編輯器才能完成。

鴻業(yè)族立得3.0基于REVIT平臺(tái)開(kāi)發(fā)，內(nèi)置大量本地化族，能夠?qū)?zhuān)業(yè)BIM族構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)管理、快速檢索，設(shè)備布置，導(dǎo)入導(dǎo)出、族庫(kù)升級(jí)等功能。通過(guò)研究與應(yīng)用，鴻業(yè)族立得3.0能夠較好適應(yīng)鐵路BIM族庫(kù)建設(shè)的需求。

各專(zhuān)業(yè)族均在鴻業(yè)族立得3.0管理系統(tǒng)中完成，族基點(diǎn)統(tǒng)一采用(0，0，0，)，這樣有利于BIM模型的多專(zhuān)業(yè)拼裝。族參數(shù)應(yīng)包含工程的必要參數(shù)及為后續(xù)運(yùn)營(yíng)管理所需的擴(kuò)展參數(shù)。BIM族庫(kù)按最小功能單元進(jìn)行分類(lèi)，分類(lèi)應(yīng)結(jié)合鐵路工程的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧國(guó)家級(jí)、行業(yè)級(jí)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

鐵路車(chē)站涵蓋專(zhuān)業(yè)多，且各專(zhuān)業(yè)BIM族內(nèi)容差異性較大，規(guī)范化的族文件命名有利于提高BIM協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中的可識(shí)別性。經(jīng)過(guò)各專(zhuān)業(yè)的探索，確定族文件命名統(tǒng)一格式為：專(zhuān)業(yè)_建設(shè)類(lèi)型_構(gòu)件部位_構(gòu)件類(lèi)型.rfa?！皩?zhuān)業(yè)”的命名見(jiàn)表1，“建設(shè)類(lèi)型”的命名見(jiàn)表2，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)“構(gòu)件部位”和“構(gòu)件類(lèi)型”的命名見(jiàn)表3。

表1 “專(zhuān)業(yè)”的命名

表2 “建設(shè)類(lèi)型”的命名

各專(zhuān)業(yè)按上述族建立的原則和命名規(guī)則完成BIM族的建立并上傳至族庫(kù)管理平臺(tái)，專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人、主管工程師核查族的完整性、全面性、是否達(dá)到設(shè)計(jì)深度以及族命名是否正確。BIM數(shù)據(jù)管理員核查族命名是否按規(guī)則命名，并將族文件歸類(lèi)放入中心服務(wù)器管理平臺(tái)指定的目錄下(核心族庫(kù))，客戶端根據(jù)工程項(xiàng)目的需要從核心族庫(kù)選用族文件，如圖2所示。

表3 結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)“構(gòu)件部位”和“構(gòu)件類(lèi)型”的命名

圖2 族庫(kù)管理流程

2.2 BIM信息模型的標(biāo)準(zhǔn)

參照清華大學(xué)編寫(xiě)的《設(shè)計(jì)企業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施指南》，結(jié)合鐵路車(chē)站BIM實(shí)施的實(shí)際情況，進(jìn)行模型建立、數(shù)據(jù)更新以及模型交付，建立適合鐵路車(chē)站BIM的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

(1)BIM模型精度標(biāo)準(zhǔn)

BIM模型精度即LOD等級(jí)，從概念設(shè)計(jì)到竣工設(shè)計(jì)被定義為5個(gè)等級(jí)。根據(jù)LOD各個(gè)等級(jí)的定義，結(jié)合鐵路車(chē)站的工程特性，確定各設(shè)計(jì)階段BIM模型的LOD等級(jí)見(jiàn)表4。

表4 各設(shè)計(jì)階段LOD等級(jí)

(2)BIM模型規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)

BIM模型采用相對(duì)坐標(biāo)系，±0.000(軌面)即為坐標(biāo)原點(diǎn)Z軸坐標(biāo)點(diǎn)；站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)為所有BIM數(shù)據(jù)定義通用坐標(biāo)系，正確建立“正北”和“項(xiàng)目北”之間的關(guān)系；BIM模型中均以mm為單位。

(3)BIM模型拆分標(biāo)準(zhǔn)

為實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)高效率的在同一項(xiàng)目上同時(shí)工作，需要對(duì)BIM模型進(jìn)行合理的拆分。根據(jù)項(xiàng)目分工管理辦法和硬件配置情況，經(jīng)過(guò)各專(zhuān)業(yè)的研究、協(xié)商，確定BIM模型的拆分原則：模型先按照專(zhuān)業(yè)進(jìn)行劃分，各專(zhuān)業(yè)均按最小施工單元進(jìn)行再次拆分，拆分后各模型文件的大小不應(yīng)超過(guò)100 M。

2.3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

Revit協(xié)同模式有工作集模式和鏈接模式兩種方式。工作集模式是每個(gè)設(shè)計(jì)人員在本地計(jì)算機(jī)對(duì)同一個(gè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容及時(shí)更新到服務(wù)器的中心文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，可實(shí)現(xiàn)信息雙向同步更新，而對(duì)于設(shè)計(jì)大體量、繁雜的模型時(shí)運(yùn)行速度慢、不穩(wěn)定，且文件共享時(shí)權(quán)限管理不方便；鏈接模式是各專(zhuān)業(yè)通過(guò)Revit中的復(fù)制/監(jiān)視、協(xié)調(diào)查閱的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)不同模型文件間的信息溝通。鏈接模式的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)大體量、復(fù)雜模型時(shí)運(yùn)行速度快、穩(wěn)定，權(quán)限管理簡(jiǎn)單，適合不同專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，但鏈接模型時(shí)往往是信息單向傳遞，協(xié)同性較弱，且模型整合和出圖時(shí)易出現(xiàn)顯示樣式問(wèn)題。

鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)接口繁雜，為提高協(xié)同設(shè)計(jì)的可靠性和高效性，各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了深入的探索，最終確定專(zhuān)業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)采用鏈接模式，專(zhuān)業(yè)內(nèi)部間協(xié)同設(shè)計(jì)采用工作集模式。協(xié)同設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖3。

圖3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)流程

采用鏈接模式整合各專(zhuān)業(yè)BIM模型時(shí)，原模型中構(gòu)件的顯示樣式會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)，導(dǎo)致出圖時(shí)需要大量調(diào)整線型、顏色等工作。經(jīng)過(guò)探索，按圖4所示方式進(jìn)行“Revit鏈接顯示設(shè)置”調(diào)整，既可解決此問(wèn)題。

圖4 Revit鏈接顯示設(shè)置

Revit鏈接模型不能自動(dòng)更新，各專(zhuān)業(yè)工程師的本地文件無(wú)法自動(dòng)更新到服務(wù)器上，需要手動(dòng)更新，大大影響B(tài)IM協(xié)同設(shè)計(jì)的高效性。經(jīng)過(guò)BIM項(xiàng)目組成員的研究，運(yùn)用文件同步工具Allway Sync可以達(dá)到自動(dòng)更新的目的，達(dá)到跟Revit工作集一樣的工作協(xié)同效果。

Revit鏈接模式工作協(xié)同的實(shí)施方法：各專(zhuān)業(yè)BIM設(shè)計(jì)者在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)工作，每個(gè)專(zhuān)業(yè)單獨(dú)編輯各自的項(xiàng)目文件，項(xiàng)目文件夾命名為“**項(xiàng)目”，文件保存在本地電腦上；在公共服務(wù)器上建立項(xiàng)目公用文件夾，命名為“**項(xiàng)目協(xié)同文件”；各專(zhuān)業(yè)編輯本地計(jì)算機(jī)上的文件，通過(guò)Revit鏈接公共服務(wù)器內(nèi)的其他專(zhuān)業(yè)文件，通過(guò)Allway Sync進(jìn)行本地文件與公共服務(wù)器中文件的同步。Allway Sync同步設(shè)置原則如下。

(1)同步規(guī)則設(shè)置原則。將“同步方向”設(shè)置為本地文件夾，即“**項(xiàng)目”，這樣就實(shí)現(xiàn)了本地文件向公共服務(wù)器的單向同步；勾選“自動(dòng)同步刪除”，這樣本地文件被刪除后，公共服務(wù)器內(nèi)文件也自動(dòng)刪除；勾選“自動(dòng)同步覆蓋”，這樣更新時(shí)就能自動(dòng)覆蓋掉同名文件。設(shè)置完成界面如圖5所示。

圖5 Allway Sync同步規(guī)則設(shè)置

(2)同步計(jì)劃設(shè)置原則。勾選“在文件變動(dòng)時(shí)同步”，并將同步時(shí)間間歇指定為30 min，這樣每隔30 min，軟件自動(dòng)檢測(cè)同步組內(nèi)文件變動(dòng)，并自動(dòng)更新；勾選“在計(jì)算機(jī)空閑達(dá)到一定時(shí)間后同步”、“在啟動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)同步”及“在退出windows時(shí)同步”。設(shè)置完成界面如圖6所示。

圖6 Allway Sync同步計(jì)劃設(shè)置

(3)篩選器設(shè)置原則。Revit文件在編輯過(guò)程中會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生備份文件(文件名為“*.0000.rvt”)，同時(shí)生成一個(gè)擴(kuò)展名為txt的日志文檔，而我們只需要同步rvt文件，所以需要在“篩選器”中添加一個(gè)文件名過(guò)濾規(guī)則“*.rvt”，這樣就指定軟件只同步同步組內(nèi)擴(kuò)展名為rvt的文檔；在“忽略列表”中添加規(guī)則“*.00**.rvt”，這樣就能將那些自動(dòng)備份文件屏蔽。設(shè)置完成界面如圖7所示。

圖7 Allway Sync篩選器設(shè)置

在運(yùn)用Allway Sync輔助Revit協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)候，各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)者應(yīng)鏈接服務(wù)器內(nèi)文件，而不應(yīng)拷貝到本地計(jì)算機(jī)，保證自己本地文件與服務(wù)器文件同步頻率，使自己的模型能及時(shí)反饋給小組其他成員。

2.4 BIM交付標(biāo)準(zhǔn)

(1)BIM交付內(nèi)容

方案設(shè)計(jì)階段的BIM交付內(nèi)容包括：BIM方案設(shè)計(jì)模型、模型分析報(bào)告、BIM瀏覽模型、可視化模型及生成文件、由BIM模型生成的二維視圖。

初步設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段的BIM交付內(nèi)容包括：BIM專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)模型、BIM綜合協(xié)調(diào)模型、BIM瀏覽模型、模型分析報(bào)告、可視化模型及生成文件、由BIM模型生成的二維視圖。

(2)BIM交付流程

各設(shè)計(jì)階段完成BIM設(shè)計(jì)交付成果后，交由各級(jí)審核機(jī)構(gòu)進(jìn)行審查，成果文件完整且文件深度滿足合同所規(guī)定的要求后交底項(xiàng)目總體，最終由項(xiàng)目總體及BIM數(shù)據(jù)管理員上傳至對(duì)外BIM信息平臺(tái)，并設(shè)置嚴(yán)格的權(quán)限管理程序。

3 BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 BIM協(xié)同模型

在阿房宮車(chē)站BIM設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中，各專(zhuān)業(yè)按照本文第2章節(jié)所述BIM設(shè)計(jì)原則及協(xié)同方法進(jìn)行BIM模型的設(shè)計(jì)，采用Navisworks Manage 2014進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)模型的整合及碰撞檢測(cè)，最終完成阿房宮車(chē)站全專(zhuān)業(yè)BIM協(xié)同模型。通過(guò)對(duì)模型剖切直接生成二維、三維剖切透視圖，并且可協(xié)同模型實(shí)時(shí)更新。圖8為阿房宮車(chē)站的BIM三維剖切圖。

圖8 阿房宮車(chē)站BIM三維剖切

3.2 碰撞檢測(cè)

設(shè)計(jì)階段的碰撞檢測(cè)的主要目的是檢查BIM模型中各構(gòu)筑物、管線等的三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作，以避免空間沖突影響到項(xiàng)目的實(shí)施。鐵路車(chē)站BIM模型碰撞檢測(cè)采用Navisworks Manage 2014，碰撞檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)將鐵路限界作為軟碰撞公差以檢查各構(gòu)筑物是否侵入限界范圍。

(2)將硬碰撞公差設(shè)為“0”以檢查構(gòu)筑物、管線等空間上是否沖突。

(3)碰撞處理原則：所有構(gòu)造物、管線必須滿足鐵路限界要求；管線避讓建筑、結(jié)構(gòu)構(gòu)件；小管線避讓大管線，有壓管線避讓無(wú)壓管線。

采用Navisworks Manage 2014檢測(cè)BIM模型中各構(gòu)筑物的碰撞，編寫(xiě)碰撞檢測(cè)報(bào)告，并提出解決方案。圖9為阿房宮站房管線碰撞位置。各專(zhuān)業(yè)根據(jù)解決方案調(diào)整模型，確保碰撞問(wèn)題得到解決。

圖9 阿房宮站房管線碰撞位置

3.3 圖紙生成及工程量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)本文2.4章節(jié)的交付內(nèi)容，在Revit中對(duì)模型圖元進(jìn)行整體布局、圖層設(shè)計(jì)、創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)圖框、尺寸標(biāo)注、注釋說(shuō)明等工作，由BIM模型導(dǎo)出DWG、PDF格式的圖紙和XLS格式的工程數(shù)量表。

4 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家政策的導(dǎo)向下，BIM技術(shù)正在引領(lǐng)項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)管理全階段的革命性改變。針對(duì)鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系研究較少的情況，采用Revit平臺(tái)對(duì)鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)的資源庫(kù)建設(shè)、信息模型標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同設(shè)計(jì)方法、交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了深入的研究，形成了鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用成果對(duì)阿房宮車(chē)站進(jìn)行了協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢查、施工圖繪制、工程量統(tǒng)計(jì)、施工模擬等應(yīng)用實(shí)踐，取得了良好的成效。在鐵路車(chē)站BIM設(shè)計(jì)研究過(guò)程中還存在以下幾個(gè)問(wèn)題需要在后續(xù)的工作中進(jìn)行探索。

(1)由BIM模型生成的二維施工圖和國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)有一定差距，開(kāi)發(fā)一款可以實(shí)現(xiàn)圖紙格式轉(zhuǎn)化的軟件是一個(gè)亟需研究的課題。

(2)實(shí)現(xiàn)BIM實(shí)際模型與結(jié)構(gòu)分析模型的相互轉(zhuǎn)換。BIM中的物理模型不能夠直接轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)分析模型，導(dǎo)致物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型雙向鏈接的優(yōu)點(diǎn)不能真正得到發(fā)揮，從而制約著工作效率的提高。

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