鬧加才讓

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

目前BIM(Building Information Modeling)技術(shù)在民用建筑領(lǐng)域得到了一定發(fā)展，展示出強(qiáng)大的能力及生命力，為后續(xù)勘察設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了無(wú)限的遐想空間。但BIM技術(shù)在鐵路場(chǎng)段設(shè)計(jì)中的應(yīng)用尚處于起步和探索階段。以西安站改兩段項(xiàng)目為依托，嘗試在鐵路機(jī)務(wù)段領(lǐng)域使用BIM技術(shù)開(kāi)展設(shè)計(jì)。通過(guò)使用BIM技術(shù)，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，為BIM技術(shù)在鐵路場(chǎng)段設(shè)計(jì)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1-3]。

1 工程概況

西安客車段、機(jī)務(wù)段搬遷是西安站改工程“三步走”的第二步，機(jī)務(wù)段為新建遷建機(jī)務(wù)段，位于西安車站東側(cè)，原西安東貨場(chǎng)內(nèi)。機(jī)務(wù)段主要擔(dān)當(dāng)樞紐內(nèi)客運(yùn)機(jī)車的牽引任務(wù)，承擔(dān)樞紐內(nèi)客運(yùn)機(jī)車年修(小輔修)及以下修程的檢修任務(wù)。

西安機(jī)務(wù)段東西側(cè)各有1處機(jī)車出入段線，南北側(cè)共設(shè)置1處主出入口，2處次出入口共3處出入段道路，占地約17 hm2，生產(chǎn)辦公房屋共14座，總建筑面積為6.7×104m2，燃油儲(chǔ)存能力為320 m3。

機(jī)務(wù)段內(nèi)設(shè)整備場(chǎng)1處，與出入段線順接，含電力整備待班線8股道，內(nèi)燃整備待班線1股道。整備場(chǎng)北側(cè)設(shè)機(jī)車檢修庫(kù)1座，與段出入段線順接，主庫(kù)含6股道12個(gè)小輔修臺(tái)位，其中2個(gè)不落輪鏇輪臺(tái)位，1個(gè)快速落輪臺(tái)位。段內(nèi)另設(shè)有檢修設(shè)備綜合樓、材料庫(kù)材料棚、空壓機(jī)間、蓄電池間、變電所以及設(shè)備車間機(jī)加工間等生產(chǎn)辦公用房。

另段內(nèi)設(shè)置有通信電纜管線、電力電纜管線、壓縮空氣管線、冷卻水管線、機(jī)油管線、柴油管線、采暖管、熱水管、給排水與消防管道等數(shù)十種管線。將除雨水、部分污水管道等管線全部設(shè)置在綜合管溝內(nèi)。

BIM技術(shù)具有傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)所無(wú)法比擬的可視性、虛擬性等特點(diǎn)[4]。為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少了項(xiàng)目實(shí)施中的返工、窩工及材料浪費(fèi)，本項(xiàng)目在施工圖階段運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行機(jī)務(wù)段設(shè)計(jì)。

本次機(jī)務(wù)段BIM設(shè)計(jì)涵蓋站場(chǎng)、軌道、橋涵、機(jī)務(wù)、室外給排水、室內(nèi)給排水、建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電力、接觸網(wǎng)、通信、信息、環(huán)保共14個(gè)專業(yè)，系統(tǒng)性強(qiáng)、各專業(yè)間接口復(fù)雜。為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，控制工程變更，提高施工質(zhì)量，本工程采用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，整合后的最終BIM模型見(jiàn)圖1。

圖1 西安站改兩段全專業(yè)整合后BIM模型

2 BIM設(shè)計(jì)軟件解決方案

本項(xiàng)目主要采用歐特克公司Civil 3D、Inventor、Revit、Navisworks Manage及部分第三方軟件進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，由于機(jī)務(wù)段設(shè)計(jì)涵蓋專業(yè)眾多，根據(jù)各專業(yè)不同特點(diǎn)，采用的設(shè)計(jì)思路為在Revit或其他軟件中建立族庫(kù)模型，然后導(dǎo)入Revit軟件進(jìn)行各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，最后將各專業(yè)模型導(dǎo)入Navisworks軟件中進(jìn)行整合及碰撞檢測(cè)等后處理工作[5]。

2.1 族庫(kù)建立

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用歐特克公司的Revit軟件，軟件本身的族庫(kù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鐵路段場(chǎng)建模設(shè)計(jì)的需要，在實(shí)際操作中，對(duì)各專業(yè)族庫(kù)的完善是最重要的一項(xiàng)工作。

各專業(yè)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，通過(guò)研究軟件接口，選擇了合理的軟件進(jìn)行建模(如設(shè)備建模采用Inventor軟件)，然后導(dǎo)入Revit軟件中建立族文件，添加屬性參數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)及管線專業(yè)建立族庫(kù)模型均采用Revit軟件。見(jiàn)圖2。

圖2 各專業(yè)族文件建立示例

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

2.2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

以Revit Server作為協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，各專業(yè)可實(shí)現(xiàn)本地文件與服務(wù)器中心文件同步更新，供其他專業(yè)使用，同時(shí)也能及時(shí)獲取其他專業(yè)最新模型。

2.2.2 文件鏈接

各專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，采用文件鏈接形式將其他專業(yè)模型載入到本專業(yè)模型中開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。如機(jī)務(wù)、風(fēng)水電專業(yè)將房建模型鏈接到本專業(yè)模型中，采用“復(fù)制/監(jiān)視”工具建立本地文件高程，然后進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)。這樣可以保證當(dāng)鏈接模型高程發(fā)生變化時(shí)，本地文件能夠及時(shí)獲取信息以進(jìn)行調(diào)整。圖3所示為機(jī)務(wù)專業(yè)在房建模型基礎(chǔ)上完成的機(jī)務(wù)設(shè)備BIM設(shè)計(jì)。

圖3 檢修庫(kù)機(jī)務(wù)設(shè)備布置BIM設(shè)計(jì)

2.2.3 共享坐標(biāo)

室內(nèi)各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)中，以房建專業(yè)A-1軸作為項(xiàng)目基點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但總圖中各室內(nèi)專業(yè)坐標(biāo)位置均會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)可采用共享坐標(biāo)工具，對(duì)各室內(nèi)專業(yè)建立另一個(gè)總圖坐標(biāo)，此時(shí)1個(gè)模型對(duì)應(yīng)有2套坐標(biāo)體系。當(dāng)進(jìn)行總圖模型整合時(shí)，采用共享的總圖坐標(biāo)進(jìn)行鏈接即可。

2.3 模型整合

由于機(jī)務(wù)段設(shè)計(jì)涵蓋專業(yè)廣，各專業(yè)模型整合后體量大，Revit軟件占用系統(tǒng)資源大，很難實(shí)現(xiàn)各專業(yè)模型整合功能，實(shí)際操作中利用與Revit軟件具有良好的數(shù)據(jù)接口的Navisworks軟件作為整合平臺(tái)，集中展示各專業(yè)模型。如圖4～圖6所示。

圖4 室外整合模型

圖5 室外管網(wǎng)整合模型

圖6 檢修庫(kù)整合模型

3 BIM設(shè)計(jì)流程

根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合BIM技術(shù)特點(diǎn)，梳理了一套BIM設(shè)計(jì)流程，詳見(jiàn)圖7，主要內(nèi)容如下。

3.1 總圖方面

(1)機(jī)務(wù)專業(yè)完成場(chǎng)段二維總平面布置草圖，并將總圖提供給站場(chǎng)專業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。

(2)站場(chǎng)專業(yè)確定本次設(shè)計(jì)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)原點(diǎn)。對(duì)機(jī)務(wù)提供的總圖進(jìn)行優(yōu)化，完成場(chǎng)地BIM設(shè)計(jì)(包含場(chǎng)地、道路、圍墻、站場(chǎng)排水溝等)，提交各專業(yè)。

(3)各室外專業(yè)根據(jù)機(jī)務(wù)專業(yè)要求，將站場(chǎng)總圖作為鏈接文件，開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)，完成相關(guān)設(shè)計(jì)工作(如室外給排水、軌道、供電設(shè)計(jì)等)。

(4)結(jié)合各室外管線專業(yè)資料，機(jī)務(wù)專業(yè)提供管綜二維圖資料，結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)資料建立管溝模型，并提交各專業(yè)進(jìn)行室外管線BIM設(shè)計(jì)。

(5)各管線專業(yè)根據(jù)管溝、場(chǎng)地、房屋模型，完成室外綜合管線設(shè)計(jì)并提交給機(jī)務(wù)專業(yè)匯總。

(6)機(jī)務(wù)專業(yè)整合各專業(yè)管線模型，檢查各專業(yè)管線模型是否無(wú)誤，若有問(wèn)題需及時(shí)聯(lián)系相關(guān)專業(yè)調(diào)整，最終完成準(zhǔn)確的管線綜合模型。

(7)機(jī)務(wù)專業(yè)將室外各專業(yè)模型進(jìn)行整合，并進(jìn)行碰撞檢測(cè)，整理碰撞檢測(cè)報(bào)告。

(8)碰撞檢測(cè)報(bào)告整理完成后，總體組織各專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行對(duì)接討論，確定碰撞問(wèn)題解決方案及原則，重新調(diào)整設(shè)計(jì)，直到無(wú)碰撞為止。

3.2 單體方面

(1)機(jī)務(wù)專業(yè)向房建專業(yè)提供機(jī)務(wù)生產(chǎn)用房平面布置草圖，并向水暖電及系統(tǒng)等專業(yè)提出設(shè)計(jì)要求。

(2)房建專業(yè)根據(jù)機(jī)務(wù)及各專業(yè)要求，完成單體BIM設(shè)計(jì)并下發(fā)各專業(yè)。

(3)各專業(yè)以房建模型為鏈接文件，進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，完成相關(guān)建模工作(如機(jī)務(wù)設(shè)備布置、風(fēng)水電、軌道、供電設(shè)計(jì)等)。

(4)建筑專業(yè)將各單體室內(nèi)各專業(yè)模型進(jìn)行整合，并進(jìn)行碰撞檢測(cè)，整理碰撞檢測(cè)報(bào)告。

(5)碰撞檢測(cè)報(bào)告整理完成后，總體組織各專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行對(duì)接討論，確定碰撞問(wèn)題解決方案及原則，重新調(diào)整設(shè)計(jì)，直到無(wú)碰撞為止。

4 BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.1 二維圖紙生成

Revit軟件可在BIM模型任意位置生成傳統(tǒng)2D的平面布置圖、剖面圖和正視圖[6]，以機(jī)務(wù)專業(yè)為例，將房建專業(yè)BIM模型作為鏈接文件載入機(jī)務(wù)專業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目文件中，通過(guò)“復(fù)制/監(jiān)視”工具建立軸網(wǎng)高程，然后進(jìn)行設(shè)備平、剖面圖設(shè)計(jì)，平、剖面圖整理，添加注釋等工作，最后新建符合要求的圖紙(包含圖框、簽署欄等)，將平面圖、剖面圖載入圖紙中，添加圖例、設(shè)備表等，生成的機(jī)加工間機(jī)務(wù)設(shè)備平面布置如圖8所示。Revit同時(shí)支持將生成的二維圖導(dǎo)出為DWG格式文件。

圖7 機(jī)務(wù)段BIM設(shè)計(jì)流程

圖8 機(jī)加工間機(jī)務(wù)設(shè)備平面布置

4.2 模型屬性添加及工程量統(tǒng)計(jì)

BIM設(shè)計(jì)可以將設(shè)備參數(shù)添加到模型屬性中，方便其他專業(yè)查看設(shè)備屬性，進(jìn)行設(shè)計(jì)，且有利于設(shè)備后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

圖9所示為在Navisworks軟件中進(jìn)行設(shè)備屬性查看。

圖9 設(shè)備屬性查看

對(duì)不同構(gòu)件添加信息后，在Revit軟件中可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出模型中各類信息。方便設(shè)計(jì)人員查看相關(guān)明細(xì)，同時(shí)可導(dǎo)出為文本文件，用Excel表格打開(kāi)，進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，圖10為Revit軟件中生成的機(jī)加工間機(jī)務(wù)設(shè)備表。

圖10 機(jī)加工間設(shè)備表生成

建筑專業(yè)也可以通過(guò)Revit軟件快速統(tǒng)計(jì)門(mén)窗型號(hào)、數(shù)量等信息，圖11為Revit軟件中生成的檢修庫(kù)窗明細(xì)表。

圖11 檢修庫(kù)窗明細(xì)表生成

4.3 碰撞檢測(cè)

目前管線設(shè)計(jì)中常會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，造成工期延誤、材料浪費(fèi)等問(wèn)題。利用BIM技術(shù)對(duì)管線進(jìn)行綜合碰撞分析，可以快速定位碰撞位置，在設(shè)計(jì)階段就解決大量碰撞問(wèn)題，避免將碰撞問(wèn)題留到施工階段解決。有效地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，并在一定程度上降低了施工成本。

本項(xiàng)目中設(shè)有通信電纜管線、電力電纜管線、壓縮空氣管線、冷卻水管線、機(jī)油管線、柴油管線、采暖管、熱水管、給排水與消防管道等數(shù)十種管線，并設(shè)有地下綜合管溝，管線錯(cuò)綜復(fù)雜，難以避免會(huì)出現(xiàn)大量碰撞問(wèn)題[7]，本次設(shè)計(jì)采用Navisworks軟件中的Clash Detective模塊進(jìn)行各專業(yè)碰撞檢測(cè)，制定好碰撞規(guī)則后，各專業(yè)兩兩進(jìn)行檢測(cè)，每組碰撞均生成報(bào)告文件。各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)碰撞結(jié)果協(xié)商討論，對(duì)碰撞檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行篩查，去除偽碰撞。圖12為軌道道砟與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)之間的碰撞，經(jīng)核實(shí)后設(shè)計(jì)無(wú)誤，此處為可忽略的偽碰撞。圖13為檢修庫(kù)中暖通風(fēng)管與結(jié)構(gòu)主梁之間的碰撞，此處需要暖通專業(yè)降低管線高程。

圖12 軌道道砟與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)之間的碰撞

圖13 暖通風(fēng)管與結(jié)構(gòu)主梁之間的碰撞

根據(jù)篩查后的碰撞檢測(cè)報(bào)告，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員根據(jù)碰撞避讓原則和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行協(xié)商，重新設(shè)計(jì)碰撞部位的管線走向。通過(guò)再次建模，檢測(cè)管線修改后是否有新問(wèn)題產(chǎn)生，直到確定模型中原有碰撞問(wèn)題均已解決且不產(chǎn)生新的碰撞后重新出圖，確保在施工過(guò)程中不出現(xiàn)碰撞問(wèn)題，避免出現(xiàn)廢棄工程，造成經(jīng)濟(jì)損失及影響工期。圖14和圖15分別為段內(nèi)某處室外管線碰撞及優(yōu)化后的模型。

圖14 原設(shè)計(jì)室外某處管線碰撞

圖15 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的管線模型

4.4 移動(dòng)端展示

通過(guò)建立云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)模型在辦公電腦及移動(dòng)終端(如iPad)中同步，尤其適用于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用移動(dòng)終端指導(dǎo)施工，極大地方便施工人員現(xiàn)場(chǎng)確定施工方案，對(duì)照模型檢查施工成果(圖16)。

圖16 移動(dòng)端BIM模型展示

4.5 模型渲染及動(dòng)畫(huà)制作

采用Navisworks中的Autodesk Rendering及Animator模塊可對(duì)模型進(jìn)行渲染及漫游動(dòng)畫(huà)制作，通過(guò)渲染圖片及漫游動(dòng)畫(huà)，可使業(yè)主及施工單位更清楚地了解到設(shè)計(jì)意圖，減少溝通障礙，圖17為機(jī)務(wù)段檢修庫(kù)內(nèi)各專業(yè)模型整合后的渲染圖。

圖17 檢修庫(kù)內(nèi)BIM模型渲染效果

5 結(jié)語(yǔ)

在遷建西安機(jī)務(wù)段工程BIM設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用Autodesk Revit及部分第三方軟件進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，Autodesk Navisworks Manage進(jìn)行模型整合，實(shí)現(xiàn)了所有構(gòu)筑物的建模及精確定位。本次BIM設(shè)計(jì)將所涉及的各專業(yè)工程內(nèi)容全部進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)建立并完善了基本專業(yè)族庫(kù)，構(gòu)建一個(gè)覆蓋全專業(yè)的數(shù)字化仿真模型，真實(shí)反映各專業(yè)接口信息和工程體量。

應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠解決二維設(shè)計(jì)中很難避免的管線碰撞問(wèn)題，這種方法能夠減少管線綜合設(shè)計(jì)中的錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題，并能夠清楚地表達(dá)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖，方便施工人員確定現(xiàn)場(chǎng)施工方案。

在進(jìn)行鐵路工程BIM設(shè)計(jì)時(shí)，只有遵循統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)才能使BIM信息在工程建設(shè)各階段有序傳遞[8-10]。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期并未制定一個(gè)詳細(xì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在后續(xù)交付模型時(shí)，部分專業(yè)出現(xiàn)了交付模型精度不夠、未添加屬性信息、模型材質(zhì)與實(shí)際不符、定位有誤等問(wèn)題。因此有必要在BIM應(yīng)用研究試點(diǎn)的同時(shí)，開(kāi)展BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，以在大范圍開(kāi)展專業(yè)BIM應(yīng)用時(shí)，統(tǒng)一指導(dǎo)、規(guī)范應(yīng)用[11-12]。

本項(xiàng)目主要為施工圖階段BIM設(shè)計(jì)，對(duì)于運(yùn)維階段并沒(méi)有很好的應(yīng)用，還存在設(shè)備信息不全、無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)管理、維修指導(dǎo)等問(wèn)題。隨著近幾年科技發(fā)展，BIM技術(shù)可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、VR、3D打印技術(shù)進(jìn)行更全面深入的應(yīng)用[13-18]。

在高速鐵路快速發(fā)展的大趨勢(shì)下，對(duì)設(shè)計(jì)文件可視化、信息化的需求日益迫切，三維設(shè)計(jì)技術(shù)勢(shì)必是未來(lái)鐵路設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[19]。本項(xiàng)目為我院在大型鐵路工程BIM設(shè)計(jì)領(lǐng)域積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，也是我院利用BIM設(shè)計(jì)手段開(kāi)展大型鐵路工程設(shè)計(jì)的良好開(kāi)端[20]。