高 華 劉祾頠 吳祥龍

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

BIM技術倡導從工程規(guī)劃、設計到施工的全生命周期的應用管理[1]，其在協(xié)調性、信息化以及可視化方面帶來的巨大變革為軌道交通勘察設計行業(yè)提供新的契機[2-3]。

在軌道交通領域，國內已經有多個城市軌道交通工程項目嘗試BIM技術應用[4]。其中，建筑、結構、暖通，隧道等專業(yè)人員對 BIM 技術應用進行了深入研究。

城市軌道交通車輛基地BIM設計中，涉及的專業(yè)多、模型復雜、模型數據量極大[5-7]，站場作為車輛基地設計的龍頭專業(yè)，其設計成果影響下游眾多設計專業(yè)。目前，站場專業(yè)BIM技術的應用尚處于利用二維設計成果建造三維信息模型的階段，難以體現BIM技術協(xié)同高效的價值[8-9]。

站場專業(yè)進行BIM設計時，在前期的方案規(guī)劃階段，需要不斷修改完善，由于站場專業(yè)設計的BIM數據量極大，目前尚無一款商業(yè)軟件能完全適用于站場BIM設計，其瓶頸表現如下[10-13]。

①專業(yè)程度不深，不能完全理解設計細節(jié)及需求，設計功能不足。

②軟件操作習慣與一線設計人員需求不符，設計效率低下，自動化程度低。

③軟件標準、規(guī)范不符合國內要求，出圖格式與國內差別較大。

④軌道交通行業(yè)中各專業(yè)適用軟件不統(tǒng)一，各主流平臺的數據無法有效互通，易導致信息丟失。

因此，讓BIM技術為站場勘察設計服務，必須要解決站場BIM軟件的問題[14-15]，結合設計經驗及工程實際，提出站場股道設計、路基設計、構件設備庫、出圖等BIM設計方面的技術路線和解決思路。

1 站場BIM設計系統(tǒng)開發(fā)概述

通過在主流三維設計平臺上開發(fā)站場BIM設計軟件，以實現站場專業(yè)信息模型的快速構建。該軟件開發(fā)難點如下。

(1)站場BIM設計軟件需要滿足的基本要求：①靈活多變，符合設計人員習慣的計算機三維交互設計；②可對三維BIM模型數據進行運算；③可實時快速的對大規(guī)模數據進行渲染；④能廣泛讀取模型屬性數據。

(2)實現站場設計成果的標準化與結構化，以及設計過程和成果的信息共享，為多專業(yè)協(xié)同設計打好基礎。

(3)將特有的設計技術及知識經驗封裝到BIM設計軟件，構造站場專業(yè)核心技術。

2 站場BIM設計技術路線

2.1 總體構架

對站場BIM設計軟件的開發(fā)按以下總體架構搭建，如圖1所示。

圖1 軟件構架示意

2.2 模塊劃分

根據工作流程進行如下模塊劃分，將站場所涉及到的主要設備對象化、實體化，站場所涉及的設備模塊如圖2所示。

圖2 工作流及模塊劃分示意

根據工作流進行模塊劃分后，對各模塊進行BIM建模設計。

(1) 股道設計

股道設計功能模塊如圖3所示，軟件的股道設計部分成果如圖4所示。

圖3 股道BIM設計技術路線示意

圖4 股道BIM設計示意

(2)路基設計

軌道交通車輛基地中，站場路基的BIM設計與地形結合較為嚴密，其BIM模型多為不規(guī)則結構，批量建模困難，且附屬結構設計與地質參數關聯性較強，與各專業(yè)模型信息交換較多，協(xié)同設計難度大。為了解決這些問題，該軟件立足站場專業(yè)BIM設計，對車輛基地路基BIM設計進行參數化自動建模的探索，對路基、路面、邊坡進行參數化設計，以達到快速建模及人機交互修改的目的。常規(guī)路基BIM設計如圖5所示。

圖5 常規(guī)路基BIM設計示意

遇到特殊類型路基時，可采用人工干預的方法對其進行修正。

(3)其他設備庫建模

傳統(tǒng)設備庫建模需要依據二維設計成果，手工確定每個設備構件的坐標及方位，最后整合形成整個站場BIM模型。在建立BIM模型時，需要根據模型位置，手動依次插入模型，耗時耗力。因此，該軟件在標準化單體構件模板以及設計方案數字化的基礎上，參考股道位置，經計算后自動放置構件模型，由對話框設定坐標位置、方向及屬性，支持鼠標拖動、屬性修改、刪除等交互操作。使程序根據已有信息自動、快速創(chuàng)建站場BIM模型。部分構件模型如圖6，構件自動建模技術路線如圖7。

圖6 部分構件模型示意

圖7 構件設置技術路線示意

對站場設備賦予數字信息后，設計成果數據庫中記錄了設備的各種設計信息，從數據庫中獲取包括定位、幾何尺寸、非幾何屬性(材質、通用圖號等)的主要信息及設備間的關聯耦合邏輯關系，通過程序自動調用即可實現自動化成圖與建模，實現設計成果數據化。

(4)工程數量及成果輸出

該軟件是基于現有站場設計軟件基礎上的BIM延伸開發(fā)，為降低三維空間直接交互的難度和提升人機交互的用戶體驗，對于同一設計方案，分別實現二維和三維可視化(提供2個視圖窗口，二維窗口體現模型的平、縱、橫等信息，三維窗口以三維可視化展示為主，并保持二三維窗口聯動)，如圖8所示。

圖8 二三維窗口的聯動

在數據存儲方面，采用數據驅動，以數據庫為核心，對數據進行讀寫操作，生成圖形。數據存儲模式如圖9所示，數據庫框架如圖10所示。

圖9 數據存儲

圖10 數據庫框架搭建

將軟件封裝成動態(tài)鏈接庫，以最大限度實現業(yè)務模塊與既有商業(yè)平臺的隔離，降低軟件對商業(yè)平臺的依賴程度(實現松耦合)；并為該軟件的升級和擴展，以及與其他平臺的對接等未來拓展預留條件。

3 總結與展望

針對目前國內站場BIM發(fā)展現狀與瓶頸，提出基于Microstation開發(fā)站場BIM設計系統(tǒng)的軟件框架及各模塊實現技術路線。通過對站場設計構件進行對象化、實體化處理，在參考股道位置的基礎上，自動化生成站場股道、路基、設備等模型，以人機交互輔助進行精細化設計。并以輕量化數據庫對模型信息進行存儲，實現了業(yè)務模塊與既有商業(yè)平臺的分離與封裝，為實現軌道交通全專業(yè)數據互通和正向設計提供一種可行的思路。

站場是一個系統(tǒng)性專業(yè)，站場設計軟件開發(fā)涉及線路、站場、路基、信號等眾多專業(yè)，需要對業(yè)務具有深入的了解，該軟件選用的BIM平臺為Bentley MicroStation，其開發(fā)資料較少，技術支持渠道有限，二次開發(fā)進展較慢，后續(xù)可以考慮與專業(yè)公司形成戰(zhàn)略合作協(xié)議，并投入大量的人力和時間來促進項目的推進。