王曉陽(yáng)

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

0 引言

建筑信息模型（BIM）是一種創(chuàng)新的建筑設(shè)計(jì)、施工和管理方法，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型［1］。從設(shè)計(jì)成果看，CAD與手工繪圖相比只改變了成果交付的工具，并沒有改變成果交付的內(nèi)容——圖紙。而BIM不僅改變了工具，更重要的是改變了成果交付的內(nèi)容，從而也正逐步改變成果交付的方法和流程。在發(fā)達(dá)國(guó)家BIM技術(shù)已經(jīng)比較成熟。隨著我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展，越來越多的高級(jí)辦公樓、商業(yè)樓、綜合樓等都配備中央空調(diào)系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)等，建筑行業(yè)需要BIM軟件幫助分析各種管道在各處的綜合排布，分析設(shè)備及管道的運(yùn)行狀況，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)省空間、保證功能、方便施工等目的。

2013年12月17日，鐵路BIM聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱聯(lián)盟）在北京召開成立大會(huì)，聯(lián)盟的成立旨在為鐵路BIM技術(shù)研究和應(yīng)用提供組織支撐，在鐵路行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)、接口研究、平臺(tái)技術(shù)、專業(yè)應(yīng)用等方面開展深入研究，探索并致力于形成中國(guó)鐵路BIM技術(shù)體系，同時(shí)在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，為我國(guó)鐵路勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)管理全生命周期管理等提供支撐平臺(tái)［2］。

1 室內(nèi)外工藝設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用概述

1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

在鐵路工程設(shè)計(jì)中，機(jī)械工藝專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要分為室內(nèi)工藝設(shè)計(jì)和室外工藝設(shè)計(jì)。綜合維修車間/工區(qū)設(shè)計(jì)可體現(xiàn)室外工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容，鍋爐房設(shè)計(jì)可體現(xiàn)室內(nèi)工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容。綜合維修車間/工區(qū)設(shè)計(jì)內(nèi)容為室外設(shè)備布置，與貨場(chǎng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容相仿。鍋爐房設(shè)計(jì)內(nèi)容為室內(nèi)管道及設(shè)備的布置，與空壓機(jī)設(shè)計(jì)類似。因此，目前針對(duì)機(jī)械工藝專業(yè)設(shè)計(jì)。主要以室外工藝設(shè)計(jì)（綜合維修車間/工區(qū)）和室內(nèi)工藝設(shè)計(jì)（鍋爐房）2個(gè)部分為切入點(diǎn)，進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)探索。

1.2 軟件應(yīng)用

針對(duì)BIM設(shè)計(jì)的多專業(yè)協(xié)同及機(jī)械工藝專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要依附在站場(chǎng)或房建專業(yè)基礎(chǔ)上，故在選用機(jī)械工藝專業(yè)設(shè)計(jì)軟件時(shí)，務(wù)必考慮相關(guān)專業(yè)所使用的軟件［3-4］。鑒于站前站場(chǎng)軌道等專業(yè)應(yīng)用CATIA三維設(shè)計(jì)軟件，故機(jī)械工藝專業(yè)在綜合維修車間設(shè)計(jì)中也應(yīng)用CATIA軟件；鑒于房建暖通等專業(yè)應(yīng)用Revit軟件，故機(jī)械工藝專業(yè)在鍋爐房設(shè)計(jì)中也應(yīng)用Revit軟件［5］。

1.3 應(yīng)用試點(diǎn)

選擇某綜合維修車間作為機(jī)械工藝專業(yè)室外工藝設(shè)計(jì)的BIM應(yīng)用試點(diǎn)，并同時(shí)利用達(dá)索工作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的配合［6］。

選擇某地鐵工程停車場(chǎng)鍋爐房作為機(jī)械工藝專業(yè)室內(nèi)工藝設(shè)計(jì)試點(diǎn)?？紤]到鍋爐房室內(nèi)設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，無(wú)需大量相關(guān)專業(yè)配合，機(jī)械工藝專業(yè)針對(duì)鍋爐房設(shè)計(jì)采用單專業(yè)的設(shè)計(jì)探討，并應(yīng)用SolidWorks和Revit軟件進(jìn)行對(duì)比分析［7］。

2 維修車間工藝設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用

機(jī)械工藝專業(yè)綜合維修車間BIM設(shè)計(jì)內(nèi)容梳理如下：（1）維修機(jī)構(gòu)分布。該內(nèi)容無(wú)需可視化，可利用原有方式提供給各專業(yè)。（2）站場(chǎng)總平面布置。建模可視化工作由站場(chǎng)專業(yè)完成，機(jī)械工藝專業(yè)負(fù)責(zé)配合提出并完成站場(chǎng)布置工藝要求等內(nèi)容。（3）生產(chǎn)房屋設(shè)備布置平面圖。房屋建筑等可視化模型由房建專業(yè)提出，機(jī)械工藝專業(yè)負(fù)責(zé)配合提出房屋要求及設(shè)備工藝布置要求，復(fù)核相關(guān)機(jī)械設(shè)備建模。（4）所涉及的相關(guān)機(jī)械設(shè)備模型。設(shè)備本身信息對(duì)其他專業(yè)影響不大的，如移動(dòng)設(shè)備或小型且無(wú)需基礎(chǔ)的設(shè)備可采用簡(jiǎn)化建模；對(duì)其他專業(yè)影響大且設(shè)備本身信息較多的設(shè)備，如室內(nèi)橋吊、室外門吊等可稍精細(xì)建模。

綜合維修車間機(jī)械工藝專業(yè)BIM設(shè)計(jì)需完成的主要工作如下：完成機(jī)械工藝專業(yè)起重機(jī)建模，并且發(fā)布起重機(jī)走行軌骨架；完成維修車間的總體工作，組織各專業(yè)完成綜合維修車間BIM模型建立；房建專業(yè)通過Revit完成軌道車庫(kù)的建模，并導(dǎo)入本工程達(dá)索平臺(tái)下維修車間中，探索室內(nèi)外應(yīng)用不同軟件協(xié)作開展BIM設(shè)計(jì)的方法；完成維修車間工藝仿真。具體如下：

（1）搭建結(jié)構(gòu)樹。由于各專業(yè)在BIM工作平臺(tái)下協(xié)同工作，需各專業(yè)在統(tǒng)一集合下搭建各自的結(jié)構(gòu)樹，有利于各專業(yè)及時(shí)更新相關(guān)專業(yè)內(nèi)容，同步更新、同步設(shè)計(jì)。綜合維修車間結(jié)構(gòu)樹見圖1。

圖1 綜合維修車間結(jié)構(gòu)樹

（2）專業(yè)模板的積累和優(yōu)化。目前機(jī)械工藝專業(yè)的模型主要包括門式起重機(jī)、橋式起重機(jī)等，其中門式起重機(jī)模型已創(chuàng)建完成（見圖2）。在建模時(shí)，盡量采用參數(shù)化建模，這樣不同規(guī)格的門式起重機(jī)只需修改參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)建模。

圖2 門式起重機(jī)模型

（3）快速創(chuàng)建骨架和實(shí)例化模型。作為多專業(yè)同步設(shè)計(jì)，門式起重機(jī)與軌道及站場(chǎng)的關(guān)聯(lián)密切，所以在設(shè)計(jì)中需發(fā)布門式起重機(jī)的骨架（即門吊走行軌位置），軌道可直接利用骨架對(duì)軌道建模，若門吊走行軌位置修改，軌道模型也隨之修改。利用CATIA軟件可實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)建骨架和實(shí)例化模型。起重機(jī)走行軌骨架見圖3。

圖3 起重機(jī)走行軌骨架

（4）與站場(chǎng)專業(yè)配合完成站場(chǎng)布置。通過提出相應(yīng)維修站場(chǎng)要求，站場(chǎng)專業(yè)結(jié)合地形完成站場(chǎng)平面及停放線的建模。維修車間站場(chǎng)平面圖見圖4。

圖4 站場(chǎng)平面圖

（5）配合房建專業(yè)完成站場(chǎng)圖上房屋布置。通過提出房屋定員要求，配合房建專業(yè)完成房屋平面布置，生活房屋只需畫出位置及大小，生產(chǎn)房屋暫定為精細(xì)化建模（軌道車庫(kù)）。房屋布置見圖5，軌道車庫(kù)模型見圖6。

（6）完成維修車間BIM模型。通過提出相關(guān)水電及軌道要求，完成室內(nèi)外給排水、配電及軌道模型（見圖7—圖9）。

圖5 房屋布置

圖6 軌道車庫(kù)模型

圖7 給排水模型

圖8 低壓配電模型

圖9 軌道模型

通過各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，完成多專業(yè)的綜合維修車間BIM模型（見圖10）。

圖10 綜合維修車間BIM模型

3 鍋爐房工藝設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用

由于鍋爐房屬機(jī)械工藝專業(yè)出圖工作量較大的設(shè)計(jì)內(nèi)容，且利用傳統(tǒng)二維軟件進(jìn)行鍋爐房室內(nèi)工藝設(shè)備及管道布置需強(qiáng)大的空間想象能力，故探索利用三維軟件進(jìn)行鍋爐房設(shè)計(jì)已迫在眉睫［8］?？紤]到需要利用三維軟件對(duì)鍋爐房進(jìn)行碰撞檢測(cè)及工藝仿真，因此采用達(dá)索公司的SolidWorks軟件和Autodesk公司的Revit軟件分別對(duì)鍋爐房進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)。

3.1 利用SolidWorks軟件建模

由于SolidWorks軟件為傳統(tǒng)機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)設(shè)備模型建模應(yīng)用很好，但是缺少既有模型或管道模塊，建模耗時(shí)較多。

（1）鍋爐房室內(nèi)設(shè)備建模。由于SolidWorks軟件無(wú)模型庫(kù)或未找到相關(guān)模型庫(kù)，利用軟件結(jié)合設(shè)備樣本完成鍋爐房室內(nèi)設(shè)備的三維建模（見圖11、圖12）。

圖11 鍋爐房設(shè)備平面布置

圖12 鍋爐房水處理間設(shè)備布置

（2）鍋爐房室內(nèi)管路及設(shè)備建模。由于SolidWorks軟件無(wú)既有管道模塊，采用傳統(tǒng)圓柱體建模方式對(duì)鍋爐房管道進(jìn)行建模，完成鍋爐房室內(nèi)設(shè)備及管路的三維建模和連接（見圖13）。但是模型一旦建立，如需調(diào)整設(shè)備位置，則需完全調(diào)整管道模型，工作量較大。

（3）鍋爐房室內(nèi)管路及設(shè)備碰撞檢測(cè)。利用Solid?Works軟件干涉檢查模塊，對(duì)鍋爐房管道及設(shè)備進(jìn)行干涉碰撞檢測(cè)（見圖14）。通過碰撞檢測(cè)，調(diào)整并修改模型位置。

3.2 利用Revit軟件建模

通過與房建暖通專業(yè)配合學(xué)習(xí)，先利用Revit軟件進(jìn)行鍋爐房建模。由于Revit軟件有既有系統(tǒng)模塊（即模型庫(kù)），同時(shí)具有管道建模模塊（見圖15），利用Revit建模耗時(shí)較少，且修改同步性較好。

（1）鍋爐房室內(nèi)設(shè)備建模。利用Revit軟件調(diào)用既有鍋爐房及相關(guān)設(shè)備模型，同時(shí)含出入口污水用電等相關(guān)基本信息。鍋爐及循環(huán)泵Revit模型見圖16。

圖13 鍋爐房設(shè)備及管路BIM模型

圖14 鍋爐房設(shè)備及管路碰撞檢測(cè)

圖15 Revit軟件相關(guān)模型庫(kù)及模塊

圖16 鍋爐及循環(huán)泵Revit模型

（2）鍋爐房室內(nèi)管路及設(shè)備建模。利用Revit既有管道模塊，通過拾取設(shè)備出入口信息，實(shí)現(xiàn)智能連接，同時(shí)設(shè)置管徑（默認(rèn)和出入水口管徑一致），即可畫出管道。如需調(diào)整管徑及位置，只需輸入信息或者鼠標(biāo)拖動(dòng)即可修改。鍋爐房室內(nèi)管路及設(shè)備Revit模型見圖17。

（3）鍋爐房室內(nèi)管路及設(shè)備碰撞檢測(cè)。利用Revit軟件碰撞檢測(cè)模塊，對(duì)鍋爐房管道及設(shè)備進(jìn)行干涉碰撞檢測(cè)，通過碰撞檢測(cè)，調(diào)整并修改模型位置［9-10］，同時(shí)生成沖突報(bào)告（見圖18）。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)機(jī)械工藝專業(yè)基于BIM理論的室內(nèi)外工藝設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，并結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐總結(jié)梳理出不同軟件的BIM設(shè)計(jì)方法。在鐵路工程室內(nèi)外工藝設(shè)計(jì)中，采用BIM設(shè)計(jì)能夠更清晰直觀地反映各工藝設(shè)備的布局及總平面布局，為施工配合及交底提供技術(shù)支持；BIM采用多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，可利用軟件碰撞檢測(cè)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；也可在BIM設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真應(yīng)用，室外工藝可進(jìn)行動(dòng)態(tài)工藝模擬，室內(nèi)工藝可進(jìn)行仿真計(jì)算。

圖17 鍋爐房室內(nèi)管路及設(shè)備Revit模型

圖18 Revit碰撞檢測(cè)沖突報(bào)告