王自超

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)械環(huán)工院機(jī)輛所，天津 300251）

0 引言

近年來(lái)，建筑信息模型（BIM）作為我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域大力推廣的信息化技術(shù)，在工程信息化建模、工藝流程仿真、建筑施工指導(dǎo)、設(shè)備設(shè)施管理（FM）等方面得到各設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)單位的重視。

我國(guó)鐵路行業(yè)的BIM技術(shù)研究與應(yīng)用起步于2013年，迄今為止，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。馬少雄等[1-2]應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)西安動(dòng)車段進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工作模式的不足；德國(guó)聯(lián)邦鐵路公司在新建科隆尼佩斯ICE動(dòng)車段的設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)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[3]；王明智[4]基于法國(guó)達(dá)索公司的3DEXPERIENCE平臺(tái)對(duì)鐵路室外管線綜合（給排水系統(tǒng)管線）進(jìn)行了BIM技術(shù)應(yīng)用研究；李坤等[5]探索了地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用，并將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)計(jì)算和工程量統(tǒng)計(jì)等；葉煒等[6]在烏魯木齊高鐵火車站項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)完成了聲學(xué)、光學(xué)、消防疏散、CFD空調(diào)模擬、室內(nèi)設(shè)計(jì)、低碳設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)，并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)及可視化專題研究，實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)的施工、業(yè)主、運(yùn)營(yíng)三方推廣；高永剛等[7]在杭州東站項(xiàng)目中借助PKPM三維建模和三維施工模擬等系列軟件，解決了工程本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜空間關(guān)系及鋼結(jié)構(gòu)吊裝、安裝等施工方案的制定和選取，通過(guò)建立模型完善了設(shè)計(jì)、施工方案。

以上研究主要集中在高速（普速）鐵路正線及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）設(shè)計(jì)[8]?；诜▏?guó)達(dá)索公司的3DEXPERIENCE平臺(tái)，依托中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司動(dòng)車運(yùn)用所BIM試點(diǎn)項(xiàng)目，進(jìn)行3DEXPERIENCE平臺(tái)下多專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)同的BIM設(shè)計(jì)模式研究。

1 試點(diǎn)項(xiàng)目概況

1.1 目的

開(kāi)展3DEXPERIENCE平臺(tái)多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)流程探索，分析BIM技術(shù)應(yīng)用于高速鐵路動(dòng)車運(yùn)用所設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理等階段的可行性，主要目的在于：

（1）探索建立完整的動(dòng)車運(yùn)用所BIM三維信息模型的可行性；

（2）驗(yàn)證全部專業(yè)均在3DEXPERIENCE平臺(tái)下設(shè)計(jì)，而不涉及其他BIM軟件（如Revit）的可行性；

（3）分析動(dòng)車運(yùn)用所BIM設(shè)計(jì)過(guò)程中各專業(yè)的配合模式；

（4）驗(yàn)證各專業(yè)在動(dòng)車運(yùn)用所設(shè)計(jì)過(guò)程中IFC和IFD標(biāo)準(zhǔn)的完整性。

1.2 范圍

依托中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司動(dòng)車運(yùn)用所施工圖，開(kāi)展基于3DEXPERIENCE平臺(tái)的BIM模型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：10線檢查庫(kù)、44線存車場(chǎng)、臨修庫(kù)、鍋爐房、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站等。涉及站場(chǎng)、房建、軌道、測(cè)繪、橋梁、給排水、暖通、電力、接觸網(wǎng)、信號(hào)、通信、信息、供變電、機(jī)械、環(huán)保、動(dòng)車等16個(gè)專業(yè)，各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.3 總體原則及項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)劃分

為統(tǒng)一建模思路，盡量避免各專業(yè)發(fā)生節(jié)點(diǎn)命名誤解，編寫B(tài)IM試點(diǎn)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)原則，規(guī)定試點(diǎn)項(xiàng)目總節(jié)點(diǎn)和各專業(yè)BIM建模節(jié)點(diǎn)的命名規(guī)則，要求試點(diǎn)涉及的16個(gè)專業(yè)統(tǒng)一采用3DEXPERIENCE 2017x平臺(tái)，不得采用其他BIM軟件予以輔助，以達(dá)到各專業(yè)在同一平臺(tái)下協(xié)同建模的目的（見(jiàn)圖1）。

“節(jié)點(diǎn)”指在3DEXPERIENCE平臺(tái)下，各專業(yè)進(jìn)行同一個(gè)工程項(xiàng)目建模時(shí)，項(xiàng)目總體分配給各專業(yè)的專門“區(qū)域”，各專業(yè)只允許在本專業(yè)節(jié)點(diǎn)下工作，不得在其他專業(yè)節(jié)點(diǎn)建模，但可參考和引用其他專業(yè)的建模內(nèi)容（見(jiàn)圖2）。

圖1 項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)

1.4 BIM設(shè)計(jì)流程

在3DEXPERIENCE平臺(tái)下對(duì)多專業(yè)協(xié)同BIM設(shè)計(jì)流程進(jìn)行梳理分析（見(jiàn)圖3）。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行

建模過(guò)程中，各專業(yè)除參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和本專業(yè)規(guī)范條文外，主要依據(jù)的鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)包括《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南（1.0版）》《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》《鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路工程設(shè)計(jì)信息模型表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》[9-13]。

1.6 標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證

各專業(yè)在動(dòng)車運(yùn)用所BIM建模中，均進(jìn)行不同程度的鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)（如WBS、IFC、IFD等）的應(yīng)用和驗(yàn)證（見(jiàn)圖4）。

圖2 “節(jié)點(diǎn)”和專業(yè)建?！皡^(qū)域”

圖3 多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)流程分析

2 BIM建模

測(cè)繪專業(yè)主要負(fù)責(zé)動(dòng)車運(yùn)用所地形模型設(shè)計(jì)，并與站場(chǎng)專業(yè)配合完成地形的裁剪。貼圖后的三維地形曲面見(jiàn)圖5。

站場(chǎng)專業(yè)主要負(fù)責(zé)場(chǎng)坪等模型的設(shè)計(jì)。動(dòng)車運(yùn)用所站場(chǎng)模型見(jiàn)圖6。

軌道專業(yè)主要負(fù)責(zé)動(dòng)車運(yùn)用所區(qū)域整體道床模型設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖7）。

圖4 四電IFC、IFD標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行及驗(yàn)證

圖5 貼圖后的三維地形曲面

橋梁專業(yè)主要負(fù)責(zé)場(chǎng)區(qū)2處框架涵模型設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖8）。

房建專業(yè)主要負(fù)責(zé)動(dòng)車運(yùn)用所房屋模型設(shè)計(jì)。動(dòng)車運(yùn)用所檢查庫(kù)模型見(jiàn)圖9。

給排水專業(yè)主要負(fù)責(zé)動(dòng)車運(yùn)用所給排水管線模型設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖10）。

暖通專業(yè)主要負(fù)責(zé)室內(nèi)、外暖通管線模型設(shè)計(jì)。動(dòng)車運(yùn)用所檢查庫(kù)暖通管線見(jiàn)圖11。

電力專業(yè)主要負(fù)責(zé)電力設(shè)備和電纜模型的設(shè)計(jì)。電力箱變、燈塔模型見(jiàn)圖12。

圖6 動(dòng)車運(yùn)用所站場(chǎng)模型

圖7 軌道專業(yè)整體道床模型

圖8 橋梁專業(yè)框架涵模型

圖9 動(dòng)車運(yùn)用所檢查庫(kù)模型

圖10 給排水管線模型

接觸網(wǎng)專業(yè)主要負(fù)責(zé)接觸網(wǎng)設(shè)備模型設(shè)計(jì)。動(dòng)車運(yùn)用所接觸網(wǎng)模型見(jiàn)圖13。

信號(hào)專業(yè)主要負(fù)責(zé)站場(chǎng)信號(hào)燈和轉(zhuǎn)轍機(jī)等模型的設(shè)計(jì)。站場(chǎng)信號(hào)燈模型見(jiàn)圖14。

通信專業(yè)主要負(fù)責(zé)站場(chǎng)通信設(shè)備模型設(shè)計(jì)。通信基站、視頻設(shè)備模型見(jiàn)圖15。

信息專業(yè)主要負(fù)責(zé)室內(nèi)、外信息設(shè)備的建模及布置。信息設(shè)備模型見(jiàn)圖16。

供變電專業(yè)主要負(fù)責(zé)接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)光纖監(jiān)控裝置模型設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖17）。

圖11 動(dòng)車運(yùn)用所檢查庫(kù)暖通管線

圖12 電力箱變、燈塔模型

圖13 動(dòng)車運(yùn)用所接觸網(wǎng)模型

圖14 站場(chǎng)信號(hào)燈模型

圖15 通信基站、視頻設(shè)備模型

機(jī)械專業(yè)主要負(fù)責(zé)鍋爐房?jī)?nèi)設(shè)備的建模及布置（見(jiàn)圖18）。

環(huán)保專業(yè)主要負(fù)責(zé)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)設(shè)備模型設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖19）。

動(dòng)車專業(yè)主要負(fù)責(zé)室內(nèi)、外動(dòng)車設(shè)備的建模及布置。檢查庫(kù)動(dòng)車設(shè)備模型見(jiàn)圖20。

圖16 信息設(shè)備模型

圖17 接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)光纖監(jiān)控裝置模型

圖18 鍋爐設(shè)備模型

圖19 垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)備模型

3 BIM設(shè)計(jì)模式及總體設(shè)計(jì)效果

3DEXPERIENCE平臺(tái)拋棄了傳統(tǒng)建模軟件的文件、數(shù)據(jù)本地化管理模式，項(xiàng)目所有數(shù)據(jù)放在統(tǒng)一服務(wù)器中保存。計(jì)算機(jī)端實(shí)際僅安裝1個(gè)客戶端，類似網(wǎng)絡(luò)云盤，只要在客戶端搜索想要的資料即可直接從服務(wù)器讀取并打開(kāi)，如果管理員被賦予修改權(quán)限，便可直接在本地計(jì)算機(jī)中修改。同樣，客戶端進(jìn)行文件保存時(shí)，也可直接將資料保存至服務(wù)器，而不會(huì)保存到本地計(jì)算機(jī)中（除非采用“文件導(dǎo)出”模式）。

圖20 檢查庫(kù)動(dòng)車設(shè)備模型

這種類似“云服務(wù)”的工作流程（見(jiàn)圖21），其優(yōu)勢(shì)在于保證大量設(shè)計(jì)人員同時(shí)工作時(shí)，均可訪問(wèn)同一服務(wù)器的同一項(xiàng)目資料，且可實(shí)時(shí)查看其他專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和模型調(diào)整情況，大大簡(jiǎn)化建模流程，提高整體設(shè)計(jì)效率。

此外，3DEXPERIENCE平臺(tái)采用“Catalog文件夾”模式進(jìn)行專業(yè)BIM模型庫(kù)的保存，并儲(chǔ)存在服務(wù)器的一個(gè)固定模型庫(kù)中，所有設(shè)計(jì)人員使用同樣的模型，大大方便專業(yè)內(nèi)容的統(tǒng)一組織和管理[8]。動(dòng)車運(yùn)用所BIM總體設(shè)計(jì)效果見(jiàn)圖22。

圖22 動(dòng)車運(yùn)用所BIM總體設(shè)計(jì)效果

4 結(jié)論與展望

基于3DEXPERIENCE平臺(tái)，依托中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司動(dòng)車運(yùn)用所BIM試點(diǎn)項(xiàng)目，開(kāi)展動(dòng)車運(yùn)用所BIM技術(shù)研究，通過(guò)梳理3DEXPERIENCE平臺(tái)下的多專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)同BIM設(shè)計(jì)模式，得出以下主要結(jié)論：

（1）開(kāi)展動(dòng)車運(yùn)用所的BIM技術(shù)試點(diǎn)研究十分必要，可為后期基于BIM技術(shù)的動(dòng)車運(yùn)用所設(shè)備設(shè)施運(yùn)維管理研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，并為后期探索“智能化、智慧化”動(dòng)車段（所）設(shè)計(jì)提供鋪墊。

（2）動(dòng)車運(yùn)用所BIM設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及站場(chǎng)、房建、軌道、測(cè)繪、橋梁等多達(dá)16個(gè)專業(yè)，基于3DEXPERIENCE可開(kāi)展多專業(yè)的實(shí)時(shí)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)。

（3）3DEXPERIENCE平臺(tái)采用B/S和C/S結(jié)合的構(gòu)架進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，減少了文件傳輸，提高了設(shè)計(jì)效率。

（4）在動(dòng)車運(yùn)用所BIM模型基礎(chǔ)上，配合達(dá)索DELMIA、Composer、VR等工具，可進(jìn)一步深化基于3DEXPERIENCE平臺(tái)的動(dòng)車運(yùn)用所工藝仿真、施工仿真、VR虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)研究。

圖21 3DEXPERIENCE平臺(tái)工作流程