大型鐵路工程BIM設(shè)計(jì)的探索及實(shí)現(xiàn)

段熙賓

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

摘 要：BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠提升鐵路工程建設(shè)技術(shù)水平及信息管理能力，也是鐵路工程建設(shè)信息化的核心和方向。BIM信息模型是BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)文件，設(shè)計(jì)單位在BIM技術(shù)的應(yīng)用中起牽頭及主導(dǎo)作用。在現(xiàn)階段，鐵路工程BIM設(shè)計(jì)多停留在單體設(shè)計(jì)的水平上，BIM技術(shù)在鐵路工程中的探索及應(yīng)用也停留在較為初級(jí)的階段；針對(duì)此情況，我院在遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段這一大型鐵路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了積極探索，采用BIM技術(shù)對(duì)兩段進(jìn)行了全專(zhuān)業(yè)、全內(nèi)容BIM設(shè)計(jì)，取得一定成果，為BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用積累了寶貴經(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。

關(guān)鍵詞：大型鐵路工程；BIM設(shè)計(jì)；信息化；總圖模型；綜合應(yīng)用

BIM技術(shù)憑借其可視化、易協(xié)同、實(shí)時(shí)模擬、可貫穿建筑全生命周期等優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多的工程從業(yè)人員接受和采用[1]。鐵路工程相比民建工程，體量更大、工藝更為復(fù)雜、專(zhuān)業(yè)更多，對(duì)BIM技術(shù)的需求也更加迫切。BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用能夠提升鐵路工程建設(shè)技術(shù)水平以及信息管理的能力，也是鐵路工程建設(shè)信息化的核心和方向，對(duì)鐵路工程建設(shè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。隨著鐵路建設(shè)行業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)因其不夠直觀(guān)，協(xié)同性差等局限，一些領(lǐng)域逐漸被BIM三維設(shè)計(jì)所取代[2-4]。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，其核心文件是BIM信息模型；毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)計(jì)單位在BIM技術(shù)的應(yīng)用中起著牽頭及主導(dǎo)作用，相比建設(shè)單位、施工單位及監(jiān)理單位，設(shè)計(jì)單位更應(yīng)該掌握、應(yīng)用和推廣BIM技術(shù)。已有的鐵路工程BIM實(shí)踐，多是對(duì)某個(gè)單體，如房屋、橋梁、隧道等進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，參與設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)相對(duì)較少，專(zhuān)業(yè)間協(xié)同性不高，相比二維設(shè)計(jì)，BIM設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)并未顯現(xiàn)出來(lái)，BIM技術(shù)在鐵路工程中的探索也停留在較為初級(jí)的階段。針對(duì)此情況，我院在遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段這一大型鐵路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了BIM技術(shù)對(duì)兩段進(jìn)行了全專(zhuān)業(yè)、全內(nèi)容BIM設(shè)計(jì)，取得了一定成果，也為以后BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)[5-9]。

此次遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段工程位于隴海下行正線(xiàn)里程K1067+300～K1071+000(=隴海上行正線(xiàn)里程K1071+180)段上、下行正線(xiàn)間。其中遷建西安客車(chē)段在原到達(dá)場(chǎng)北側(cè)還建客車(chē)車(chē)輛段，檢修總規(guī)模為30臺(tái)位：其中預(yù)修5臺(tái)位、架修15臺(tái)位、油漆5臺(tái)位(3臺(tái)位油漆烘干庫(kù)、2臺(tái)位待油漆線(xiàn))、交驗(yàn)5臺(tái)位，段修存車(chē)線(xiàn)4條，備用客車(chē)存放線(xiàn)4條，牽出線(xiàn)1條，單體房屋建名13座。遷建西安機(jī)務(wù)段將原貨機(jī)折返段改建為客機(jī)機(jī)務(wù)段，設(shè)機(jī)車(chē)出入段線(xiàn)3條、電力機(jī)車(chē)整備待班線(xiàn)8條，內(nèi)燃機(jī)車(chē)整備待班線(xiàn)1條，走行線(xiàn)1條、越行線(xiàn)1條，卸油線(xiàn)1條，備用機(jī)車(chē)停留線(xiàn)2條，設(shè)84 m×24 m三線(xiàn)貫通式小輔庫(kù)2座及其配套設(shè)施，單體房屋建名16座。采用BIM軟件為歐特克公司開(kāi)發(fā)的Revit 2014，Navisworks Manage 2014、InfraWorks 2014及中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院自行開(kāi)發(fā)的“BIM模型應(yīng)用工具”等，由西安站改總體組全專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員參與進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)，其中包含站場(chǎng)、軌道、橋涵、車(chē)輛、機(jī)務(wù)、給排水、建筑、房建、暖通、電力、接觸網(wǎng)、通信、信息、環(huán)保及信息網(wǎng)絡(luò)共15個(gè)專(zhuān)業(yè)。BIM模型包含兩段站場(chǎng)、軌道、接觸網(wǎng)、室外綜合管溝、管線(xiàn)及所有生產(chǎn)生活房屋，準(zhǔn)確直觀(guān)的反映了客車(chē)段、機(jī)務(wù)段建造后的實(shí)景效果(圖1，圖2)。更為重要的是，對(duì)此模型加以應(yīng)用，可預(yù)先解決施工過(guò)程中的碰撞問(wèn)題，避免造成窩工、返工及廢棄工程，有效保障工期穩(wěn)定；建設(shè)單位及施工單位利用BIM模型，也可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)后加以管理[10-12]。

圖1 西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段全專(zhuān)業(yè)整合后BIM模型

圖2 客車(chē)段組合車(chē)庫(kù)BIM模型

1 BIM信息模型的建立及多專(zhuān)業(yè)整合

有別于傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)，BIM設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)除需建立本專(zhuān)業(yè)模型外，還需考慮本專(zhuān)業(yè)內(nèi)容三維空間位置以便于后期各專(zhuān)業(yè)整合模型，客車(chē)段、車(chē)輛段BIM設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)內(nèi)容體量均較大，后期在多專(zhuān)業(yè)整合軟件中調(diào)整各專(zhuān)業(yè)模型位置并不容易實(shí)現(xiàn)，所以BIM設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)前期總圖或者總圖模型依賴(lài)程度較高，需要較高的精度。

1.1 建立初步總圖BIM模型

車(chē)輛及機(jī)務(wù)專(zhuān)業(yè)作為客車(chē)段及機(jī)務(wù)段總體專(zhuān)業(yè)，向站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)提供兩段工藝總平面布置圖(DWG格式)，向房建專(zhuān)業(yè)提供各個(gè)單體房屋的平面布置圖及層高要求(DWG格式)；站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)確定兩段場(chǎng)坪絕對(duì)高程分布，定位項(xiàng)目原點(diǎn)，修改完善兩段總平面布置(DWG格式)，并將其導(dǎo)入Revit 2014中，將項(xiàng)目原點(diǎn)與Revit平面中項(xiàng)目基點(diǎn)位置相重合，在Revit中制作實(shí)際場(chǎng)坪模型，將此模型文件(RVT格式)提供給房建專(zhuān)業(yè)；房建專(zhuān)業(yè)在場(chǎng)坪模型中添加各個(gè)單體房屋軸網(wǎng)布置，確定室內(nèi)外高差，明確各個(gè)房屋±0.000的絕對(duì)高程，將帶房屋軸網(wǎng)布置的場(chǎng)坪模型(RVT格式)返給站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)，由站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)將此模型發(fā)布給各專(zhuān)業(yè)，并向各專(zhuān)業(yè)發(fā)布項(xiàng)目原點(diǎn)位置，具備設(shè)計(jì)條件的專(zhuān)業(yè)可據(jù)此在Revit中展開(kāi)設(shè)計(jì)。

1.2 帶房屋模型的總圖模型

在總圖BIM模型的基礎(chǔ)上，房建專(zhuān)業(yè)利用Revit 2014中的復(fù)制/監(jiān)視命令將各個(gè)房屋單體軸網(wǎng)均按建名拆分為單個(gè)模型(RVT格式)，確保每個(gè)模型中房屋軸網(wǎng)與總圖模型中位置及高程完全重合；在各個(gè)單體軸網(wǎng)模型中完成建筑粗模的布置(包含軸網(wǎng)、樓層、墻體、門(mén)窗、房屋名稱(chēng)及建筑做法)，提供至站后專(zhuān)業(yè)，站后專(zhuān)業(yè)據(jù)此展開(kāi)設(shè)計(jì)。房建專(zhuān)業(yè)將1.1中建立的總圖BIM模型作為基礎(chǔ)文件，鏈接各個(gè)單體建筑粗模，并將包含建筑粗模的總圖模型發(fā)布給各個(gè)專(zhuān)業(yè)，至此各專(zhuān)業(yè)已具備設(shè)計(jì)條件，均可在Revit 2014中展開(kāi)設(shè)計(jì)。

1.3 帶綜合管溝、檢查井及橋涵布置的總圖模型

暖通專(zhuān)業(yè)完成本專(zhuān)業(yè)室外管線(xiàn)在1.2中總圖模型中的布置，并將此模型(RVT格式)提供給各個(gè)室外管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)，管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)參考暖通專(zhuān)業(yè)室外管線(xiàn)走向，添加本專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)布置，并將布置完成后的模型(RVT格式)提供至總體專(zhuān)業(yè)；總體專(zhuān)業(yè)根據(jù)室外管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)所提供模型進(jìn)行綜合管溝設(shè)計(jì)，確定綜合管溝、檢查井及橋涵斷面尺寸，然后將尺寸(DWG格式)提供給房建和橋涵專(zhuān)業(yè)，房建及橋涵專(zhuān)業(yè)據(jù)此完成管溝、檢查井及橋涵族的制作(RFA格式)，將其返給總體專(zhuān)業(yè)，總體專(zhuān)業(yè)確定各綜合管溝、檢查井及管涵的埋深及走向，完成帶綜合管溝、檢查井及橋涵布置的總圖模型(RVT格式)。

1.4 室外管線(xiàn)布置

總體專(zhuān)業(yè)向各個(gè)管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)提供1.3中完成的總圖模型，并向各管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)提供所有的管溝斷面布置(DWG格式，包含各個(gè)專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)在管溝中的準(zhǔn)確定位)；各管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)調(diào)整本專(zhuān)業(yè)室外管線(xiàn)布置并返給總體專(zhuān)業(yè)，總體專(zhuān)業(yè)牽頭完成室外綜合管溝、檢查井及橋涵中管線(xiàn)布置。兩段局部地下管溝、管線(xiàn)BIM模型見(jiàn)圖3。

圖3 兩段局部地下管溝、管線(xiàn)BIM模型

1.5 全專(zhuān)業(yè)模型整合

全專(zhuān)業(yè)模型采用Navisworks Manage 2014進(jìn)行整合。總體專(zhuān)業(yè)牽頭整合室外站場(chǎng)、軌道、接觸網(wǎng)、綜合管溝、管線(xiàn)等模型，房建專(zhuān)業(yè)牽頭整合各個(gè)單體房屋建筑、結(jié)構(gòu)及水暖電模型；最終完成遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段全專(zhuān)業(yè)全內(nèi)容BIM模型[13]。

2 BIM信息模型的應(yīng)用

2.1 碰撞檢測(cè)

碰撞檢測(cè)的主要目的是基于各專(zhuān)業(yè)模型，應(yīng)用BIM 軟件檢查設(shè)計(jì)階段的碰撞，完成項(xiàng)目模型內(nèi)各種管線(xiàn)、構(gòu)筑物三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作，以避免空間沖突[14]，盡可能減少碰撞，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤影響到施工階段。此次遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段BIM模型碰撞檢測(cè)采用Navisworks Manage 2014。見(jiàn)圖4。

圖4 檢修庫(kù)內(nèi)承臺(tái)侵入不落輪鏇坑內(nèi)

碰撞檢測(cè)分室外各專(zhuān)業(yè)模型(圖5)及各個(gè)單體房屋模型分別進(jìn)行碰撞檢測(cè)，設(shè)定沖突檢測(cè)的基本原則，如：將鐵路限界作為軟碰撞公差以檢查是否侵入限界，將硬碰撞公差設(shè)為0以檢查構(gòu)筑物相碰。使用Navisworks Manage 2014，檢查發(fā)現(xiàn)兩兩專(zhuān)業(yè)BIM模型中的沖突和碰撞，編寫(xiě)碰撞檢測(cè)報(bào)告，并提出解決方案。隨后逐一調(diào)整模型，確保各專(zhuān)業(yè)之間的沖突與碰撞問(wèn)題得到解決。

圖5 室外有壓管對(duì)排水管的避讓

2.2 生成二維圖紙

在現(xiàn)有鐵路工程設(shè)計(jì)環(huán)境下，二維圖紙仍然是設(shè)計(jì)院的主要設(shè)計(jì)成果，在二維設(shè)計(jì)至BIM設(shè)計(jì)過(guò)渡的階段中，無(wú)疑AutoDesk CAD依然發(fā)揮著重要作用。由BIM模型轉(zhuǎn)化為二維DWG之前，可在Revit 2014依次完成對(duì)模型圖元進(jìn)行尺寸標(biāo)注及注釋說(shuō)明、圖層設(shè)計(jì)、創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)圖框、圖紙目錄的建立和整體布局要求之后，導(dǎo)出DWG格式的圖紙(圖6)；也可直接導(dǎo)出DWG格式的圖紙，在CAD中編輯完成剩余圖紙工作。

圖6 BIM模型生成二維平面

3 建議及展望

結(jié)合遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段BIM設(shè)計(jì)，在以后的BIM設(shè)計(jì)中，需特別注意以下問(wèn)題。

3.1 重視總圖模型

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，各專(zhuān)業(yè)只對(duì)本專(zhuān)業(yè)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，表達(dá)方式，圖紙比例各不相同，這就造成了各專(zhuān)業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)溝通不暢，效果不佳，最終容易將設(shè)計(jì)過(guò)程中的失誤傳遞至施工階段。而B(niǎo)IM設(shè)計(jì)采用實(shí)體建模，各專(zhuān)業(yè)模型整合后進(jìn)行碰撞檢測(cè)，獲得結(jié)果直觀(guān)、準(zhǔn)確、迅速，但這一切的前提是各專(zhuān)業(yè)模型內(nèi)容定位精準(zhǔn)，所以設(shè)計(jì)前期確定總圖模型顯得尤為必要。

3.2 認(rèn)識(shí)鐵路BIM模型整合的特殊性

一般民建工程BIM設(shè)計(jì)在各專(zhuān)業(yè)模型進(jìn)行整合時(shí)，多采用Revit 2014；而鐵路工程因?yàn)槠潴w量大、參與專(zhuān)業(yè)多的特點(diǎn)，利用Revit 2014顯得力不從心；在此次實(shí)踐過(guò)程中，采用Navisworks Manage 2014進(jìn)行整合模型及碰撞檢測(cè)，效果較為理想。在以后的鐵路工程BIM設(shè)計(jì)中可采用“專(zhuān)業(yè)內(nèi)利用Revit 2014工作集進(jìn)行劃分、專(zhuān)業(yè)間采用Navisworks Manage 2014進(jìn)行整合”的策略。

3.3 善用傳統(tǒng)二維CAD軟件

傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)已非常成熟，設(shè)計(jì)插件及相關(guān)接口軟件也很豐富，在現(xiàn)階段依然為大部分設(shè)計(jì)人員所采用。在鐵路工程設(shè)計(jì)行業(yè)向BIM設(shè)計(jì)過(guò)渡的過(guò)程中，依然發(fā)揮著重要的作用。如何將BIM設(shè)計(jì)與二維CAD設(shè)計(jì)相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，也是一個(gè)亟需研究的課題。

3.4 鐵路BIM設(shè)計(jì)展望

BIM技術(shù)作為鐵路工程新興的設(shè)計(jì)手段，尚無(wú)相關(guān)規(guī)范規(guī)程可依，仍然需要在今后的設(shè)計(jì)過(guò)程中大量的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)及方法，方興未艾[15]。

4 結(jié)語(yǔ)

在遷建西安客車(chē)段、機(jī)務(wù)段工程BIM設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用“AutoDesk Revit 2014建模，Autodesk NavisWorks Manage 2014進(jìn)行整合”的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了兩段所有構(gòu)筑物的建模及精確定位，同時(shí)各專(zhuān)業(yè)均完成本專(zhuān)業(yè)內(nèi)容工程量計(jì)算、碰撞檢測(cè)及二維圖紙生成等工作，并已將室外綜合管溝碰撞檢測(cè)及修改的結(jié)果反饋至施工單位，避免了后續(xù)廢棄工程的出現(xiàn)。本次探索及應(yīng)用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。

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Exploration and Realization of BIM Design of Large-scale Railway Engineering

DUAN Xi-bin

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：The application of BIM technology can improve railway engineering construction and information management and proves to be the core and direction of the railway engineering construction informatization. The information model is the foundation of the application of BIM technology and design institutes take the lead and play a leading role in the application of BIM technology. At the present stage， the railway engineering BIM design remains for simplex design and the exploration and application of BIM technology in railway engineering remains at an initial stage. In view of this circumstance， our institute focuses on Xi’an passenger train depot and locomotive depot of large-scale railway engineering， uses BIM technology in every details of the design and obtains certain achievements. We have accumulated invaluable experiences on the application of BIM technology in railway engineering， which marks a good start of our institute to use BIM design tool to carry out large-scale railway engineering design．

Key words：Large-scale railway engineering; BIM design; Informatization; General layout model; Comprehensive application

收稿日期：2016-04-20；

修回日期：2016-05-06

作者簡(jiǎn)介：段熙賓(1987—)，男，工程師，2011年畢業(yè)于武漢大學(xué)結(jié)構(gòu)

工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：duanxb1943@163.com。

文章編號(hào)：1004-2954(2016)12-0124-04

中圖分類(lèi)號(hào)：U212; TU201.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.027