李騰飛

（中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司，天津 300308）

模型是組成BIM[1]項目的基礎(chǔ)單元，描述其幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，是傳遞信息的基本載體。一根螺栓、一臺電機(jī)、一套設(shè)備甚至一座檢查庫，這些單元都可以視為從狹義到廣義的某種層級的模型[2]，以滿足不同工程階段應(yīng)用的需要。合格的模型需要具有復(fù)用性、獨(dú)立性、可參變性、可擴(kuò)展性及可連接性五個特征。而只有按照統(tǒng)一規(guī)則制作、統(tǒng)一分類、統(tǒng)一存儲的模型集合，才能稱之為模型庫[3-4]。創(chuàng)建模型庫可以對庫進(jìn)行結(jié)構(gòu)性存儲、組織、展示、統(tǒng)計分析并供用戶調(diào)用模型。

機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)是機(jī)輛段所（國鐵機(jī)務(wù)、車輛、動車段所及城軌車輛段）運(yùn)用、整備、檢修系統(tǒng)的核心專業(yè)，涉及大量的工藝設(shè)備及工藝管道。雖然在多年開展的BIM 項目中，機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)積累了大量的模型，但之前由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則，創(chuàng)建的模型沒有統(tǒng)一規(guī)矩，僅可滿足當(dāng)前項目的某些需求，并不一定按照IFC 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建模型，這就造成了盡管都是機(jī)務(wù)車輛專業(yè)人員繪制并交付的設(shè)計模型，但在模型分類、命名、表達(dá)精度、行為上卻各不相同。

基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)[5]的模型信息表達(dá)不同于傳統(tǒng)二維圖方式表達(dá)，其不僅包含模型的點(diǎn)、線、面在內(nèi)的所有幾何信息，而且能夠包含完整的項目信息，如材料信息、空間位置信息、相互關(guān)聯(lián)信息、生產(chǎn)信息、費(fèi)用信息、維保信息等，構(gòu)建一個可視化、信息化的全生命周期三維模型?？紤]到機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)在工程量統(tǒng)計和全生命周期BIM 模型屬性信息應(yīng)用需求，機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)已在前期對專業(yè)涉及的工藝設(shè)備和工藝管道進(jìn)行了分析和分類，并完成了機(jī)務(wù)車輛IFC 標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展及3D EXPERIENCE 平臺部署應(yīng)用。

因此，針對機(jī)務(wù)車輛專業(yè)模型眾多、數(shù)據(jù)龐大的特點(diǎn)，本文創(chuàng)建機(jī)務(wù)車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化模型庫，將所有按照IFC 標(biāo)準(zhǔn)制作的BIM 輕量化[6]模型后的模型統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，解決重復(fù)創(chuàng)建、無序存儲、質(zhì)量參差等問題，將有助于知識成果通過復(fù)用發(fā)揮最大價值，實(shí)現(xiàn)機(jī)務(wù)、車輛BIM 設(shè)計高效化、標(biāo)準(zhǔn)化以及BIM 模型屬性信息全生命周期標(biāo)準(zhǔn)化傳遞和共享，滿足工程建設(shè)和運(yùn)維管理應(yīng)用需求，避免重復(fù)勞動，提高BIM 的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，降低BIM 的實(shí)施成本。

1 IFC 標(biāo)準(zhǔn)化模型庫創(chuàng)建流程

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化模型庫創(chuàng)建

3D EXPERIENCE 平臺（以下簡稱3DE 平臺）分為標(biāo)準(zhǔn)空間和項目空間，項目空間之間的數(shù)據(jù)不互通，項目A 中的模型不可直接復(fù)制到項目B 中使用，標(biāo)準(zhǔn)空間是一種用于存放標(biāo)準(zhǔn)件（如螺釘、螺母）的特殊空間，標(biāo)準(zhǔn)空間中的模型可引用或復(fù)制至項目中使用?；跇?biāo)準(zhǔn)空間的特性，為方便模型庫使用，將模型庫建立在標(biāo)準(zhǔn)空間。

機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)模型庫的創(chuàng)建按照模型IFC 標(biāo)準(zhǔn)分類進(jìn)行，在StandardPart_Vehicle 標(biāo)準(zhǔn)空間中創(chuàng)建一個Catalog 用于存放所有的模型，在此Catalog 下按照層級建立一系列的Chapter 用以表示各種工藝設(shè)備之間的從屬關(guān)系，例如，加工設(shè)備—車床—數(shù)控車床。按照3DE平臺部署的IFC 標(biāo)準(zhǔn)對專業(yè)工藝設(shè)備進(jìn)行分類，建立的標(biāo)準(zhǔn)化模型庫如圖1 所示，這里展示三層分類。

圖1 機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化模型庫

機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)模型庫可以涵蓋機(jī)輛段所運(yùn)用、整備、檢修系統(tǒng)涉及的超4 000 項工藝設(shè)備及工藝管道，每一臺設(shè)備都有對應(yīng)的IFC 標(biāo)準(zhǔn)類型，滿足設(shè)備分類統(tǒng)計的需要。

1.2 模型處理

在多年開展的BIM 項目中，機(jī)務(wù)、車輛專業(yè)積累了大量的模型文件，但是這些模型來源于不同的單位和廠家，其建模軟件、處理方法、加工方式均不同，造成模型格式混亂，再加之不同三維建模軟件之間數(shù)據(jù)傳遞時總存在信息丟失和模型破損的情況，導(dǎo)致項目中實(shí)際使用的模型在分類、命名、表達(dá)精度、行為上均存在差異。結(jié)合當(dāng)前實(shí)際項目需求深度，結(jié)合3DE 平臺現(xiàn)實(shí)情況，總結(jié)模型標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）有標(biāo)準(zhǔn)的命名和配色，采用英文命名，能做到見名知意，配色盡量貼近實(shí)際。

（2）有標(biāo)準(zhǔn)的分類，每一個模型有其對應(yīng)的IFC 類型，模型結(jié)構(gòu)中不出現(xiàn)3DE 平臺原生物理產(chǎn)品和物理模型。

（3）有標(biāo)準(zhǔn)的屬性信息，模型增加代理屬性集以保證跨平臺傳遞，有各階段所需的信息。

（4）有標(biāo)準(zhǔn)的分類與編碼，通過分析編碼，也可得到模型的信息。

針對收集的專業(yè)BIM 模型，首先對其格式進(jìn)行處理，最優(yōu)的情況是將其轉(zhuǎn)化為基于實(shí)體的.step 格式，然后將其導(dǎo)入3DE 平臺，然后經(jīng)過圖2 所示流程可以將其處理為一個標(biāo)準(zhǔn)化的模型。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化模型處理流程

（a）對模型進(jìn)行輕量化處理。有些設(shè)備模型體量巨大，含有許多當(dāng)前設(shè)計階段不需要表達(dá)的細(xì)節(jié)內(nèi)容，不僅導(dǎo)致項目瀏覽查看不順暢，也制約了向運(yùn)維方向的深化應(yīng)用，所以模型進(jìn)入3DE 平臺的第一個步驟就是輕量化處理。目前的主要手段有部件刪減、部件減面和產(chǎn)品過濾。部件刪減是指刪除模型中不涉及與周圍環(huán)境的接口關(guān)系，也不影響設(shè)備的空間占位的精細(xì)部件，例如大量的螺釘、螺母、墊片等；部件減面是指刪除一些內(nèi)部表面和一些碎面片，例如倒角、孔洞等；產(chǎn)品過濾是使用3DE 平臺Engineering IP Control 輕量化模塊，將模型中帶有的原生格式統(tǒng)一為一個3D shape，抹去原生格式對模型的影響。圖3（a）是收集的一個數(shù)控車床原始模型，圖3（b）是輕量化后的設(shè)備模型，結(jié)構(gòu)樹簡化，去掉了模型的設(shè)計過程，僅保留設(shè)計結(jié)果。

圖3 數(shù)控車床的輕量化處理

（b）添加IFC 類型。為了便于對機(jī)輛段所中設(shè)備數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，對每一臺套設(shè)備添加其對應(yīng)的IFC 類型，統(tǒng)計類型的實(shí)例化個數(shù)就可得到其設(shè)備數(shù)量，可快速得到設(shè)備數(shù)量表和工程概算金額，例如我們有3 臺普通車床和1 臺不落輪鏇床，我們便可得知這4 臺設(shè)備的概算，這便是為所有的設(shè)備增添IFC 類型的意義所在。機(jī)輛專業(yè)已經(jīng)完成了在3DE 平臺中IFC 類型的布置，因此此步驟具體為新建一個具有IFC 類型的實(shí)體，并將已輕量化的模型復(fù)制過來，為其增加IFC 類型。同時，在此步驟對設(shè)備命名和配色，采用英文命名，能做到見名知意，不使用特殊字符，配色貼近設(shè)備實(shí)際顏色。圖4 為數(shù)控車床添加IFC 類型并重新標(biāo)準(zhǔn)化命名和配色后的模型。

圖4 數(shù)控車床添加IFC 類型和標(biāo)準(zhǔn)化命名

（c）添加一個用于定位模型的軸系，并將此軸系發(fā)布。為了便于處理后的模型在項目中使用時定位，此次建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化模型庫時要為其增加一個用于裝配的軸系，本文總結(jié)了一些推薦的軸系位置：若設(shè)備與股道相關(guān)，則將軸系添加在股道中心線，標(biāo)高為軌面；若設(shè)備為放置在地面上的設(shè)備，則將軸系添加在地面的角點(diǎn)上，軸系的z 軸豎直向上；若設(shè)備裝配形式多樣，則將軸系添加在表面上。最后將這個軸系發(fā)布，這樣在項目使用時，不僅可以直接對模型裝配，也可以使用批量布置插件對設(shè)備按規(guī)律批量布置，提高設(shè)計效率。圖5 為數(shù)控車床添加的軸系，原點(diǎn)在設(shè)備底角，z 軸豎直向上，x、y 軸平行設(shè)備底邊。

圖5 添加定位軸系并發(fā)布

（d）給模型添加屬性集（包括編碼）。對每一個模型都可添加其對應(yīng)的屬性集，屬性集的內(nèi)容相對靈活，既可以添加設(shè)備通用的信息，例如生產(chǎn)、制造、資產(chǎn)、運(yùn)維等全生命周期的屬性，也可以添加其專用的屬性信息，比如設(shè)備具體的加工精度、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等。在這次標(biāo)準(zhǔn)化模型庫建設(shè)時，將可添加的屬性全部添加，將來按照設(shè)計階段和模型粒度賦予設(shè)備相應(yīng)的信息深度，即保留相應(yīng)的屬性集。圖6 為數(shù)控車床的所有屬性集，不僅包括設(shè)備基本參數(shù)信息，也具備生產(chǎn)、制造、資產(chǎn)、運(yùn)維信息。

圖3-圖6 以一個數(shù)控車床為例，在這四個步驟之后可以得到一個具有標(biāo)準(zhǔn)命名、標(biāo)準(zhǔn)IFC 類型、具備全部屬性的標(biāo)準(zhǔn)化模型（包括設(shè)備編碼）。這樣的模型可以滿足現(xiàn)階段BIM 項目的需要，無論是利用BIM+GIS平臺進(jìn)行可視化展示，還是利用數(shù)字孿生對機(jī)輛段所進(jìn)行運(yùn)維管理。

1.3 模型入庫

對于少量的模型確實(shí)可以在標(biāo)準(zhǔn)化之后直接在項目中使用，但是3DE 平臺項目空間數(shù)據(jù)不可互通，導(dǎo)致同一模型經(jīng)常需要導(dǎo)出導(dǎo)入操作才可在新項目中使用；同時，隨著項目的增多，模型數(shù)量也在增加，經(jīng)常丟失之前標(biāo)準(zhǔn)化的模型，導(dǎo)致返工、低效；此外，往往搜索同一個關(guān)鍵字會存在不同項目空間中的多個模型，管理起來造成混亂。因此，標(biāo)準(zhǔn)化的模型需要入庫統(tǒng)一管理。

標(biāo)準(zhǔn)化模型庫的創(chuàng)建借助于3DE 平臺中的Catalog（目錄），與實(shí)體書類似，目錄下分不同的章節(jié)（Chapter），章節(jié)下又可有不同的小節(jié)，用一個小節(jié)表示一種IFC 類型（例如車床），就可按照IFC 類型分類存放標(biāo)準(zhǔn)化的模型。

在模型標(biāo)準(zhǔn)化處理之后，打開模型庫的Catalog，找到其IFC 類型對應(yīng)的Chapter，選擇“在Chapter 中插入存在的模型”命令，選擇標(biāo)準(zhǔn)化的模型，便可將模型存入模型庫中。這樣一來，不僅可以利用模型的信息檢索標(biāo)準(zhǔn)化模型，也可通過在Catalog 中分級查找，找到設(shè)備模型；此外，同類模型在同一Chapter 中，幾種參數(shù)不同的設(shè)備一起存放，可以做到一目了然，方便使用和管理模型。圖7 為現(xiàn)階段部分標(biāo)準(zhǔn)化模型庫。

圖7 機(jī)務(wù)車輛標(biāo)準(zhǔn)化模型庫（部分）

2 模型庫應(yīng)用

3DE 平臺項目空間中的模型不互通，在項目A 中使用的模型不可以直接復(fù)制到其他項目中，標(biāo)準(zhǔn)空間的模型可以在項目空間中直接使用。部署在標(biāo)準(zhǔn)空間的標(biāo)準(zhǔn)化模型庫，庫中的模型可在項目中直接引用。在項目空間中插入標(biāo)準(zhǔn)化模型庫中的模型，將其發(fā)布的軸系裝配到對應(yīng)位置的軸系上，就可完成模型的裝配和安裝，這就是標(biāo)準(zhǔn)化模型庫最直接的應(yīng)用，例如不落輪鏇床的裝配、動車組的裝配。

除此之外，機(jī)務(wù)車輛專業(yè)往往需要批量裝配有規(guī)律的一系列模型，例如綜合支吊架布置、軌道橋的布置、洗車機(jī)的布置等，此時借助開發(fā)的設(shè)備設(shè)施批量布置工具包，利用一個第三方服務(wù)器，將標(biāo)準(zhǔn)空間中的模型先傳入第三方服務(wù)器，再導(dǎo)入項目空間，就可用工具包批量布置模型，圖8 是根據(jù)洗刷車型不同，利用批量布置工具包布置的兩種不同參數(shù)的60 m 洗車機(jī)。通過一個批量布置工具包，同樣溝通了標(biāo)準(zhǔn)空間和項目空間，使得標(biāo)準(zhǔn)空間中模型庫中的模型在具體的項目空間中使用。這樣一來，我們可以進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)空間增加、刪減模型，維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化模型庫，而在具體項目時僅是調(diào)用模型庫中的數(shù)據(jù)，一個或批量地安裝在項目空間中，通過對標(biāo)準(zhǔn)空間中一個模型的維護(hù)，可以在多個項目中多次調(diào)用和使用，提高設(shè)計效率。

圖8 配置不同的兩種60 m 洗車機(jī)

3 結(jié)束語

本文基于3DE 平臺創(chuàng)建了機(jī)務(wù)車輛專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化模型庫。機(jī)務(wù)車輛專業(yè)涉及的工藝設(shè)備和工藝管道數(shù)目眾多、分類復(fù)雜，因此有必要建立一個模型庫來統(tǒng)一分類和管理這些模型。本文總結(jié)了適應(yīng)現(xiàn)階段BIM 應(yīng)用的模型標(biāo)準(zhǔn)化處理流程，具體包括模型輕量化、添加IFC 類型和發(fā)布軸系、添加屬性信息，可以得到符合IFC 標(biāo)準(zhǔn)的模型。本文簡單介紹了標(biāo)準(zhǔn)化模型的入庫管理和具體應(yīng)用。創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化模型庫不僅方便存儲和管理機(jī)務(wù)車輛專業(yè)積累的模型和屬性信息數(shù)據(jù)，同時在生產(chǎn)項目中可直接調(diào)用模型庫中的模型和數(shù)據(jù)，提高設(shè)計效率，降低設(shè)計門檻。