大型鐵路工程BIM設計的探索及實現

段熙賓

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

?

大型鐵路工程BIM設計的探索及實現

段熙賓

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

BIM技術的應用能夠提升鐵路工程建設技術水平及信息管理能力，也是鐵路工程建設信息化的核心和方向。BIM信息模型是BIM技術應用的基礎文件，設計單位在BIM技術的應用中起牽頭及主導作用。在現階段，鐵路工程BIM設計多停留在單體設計的水平上，BIM技術在鐵路工程中的探索及應用也停留在較為初級的階段；針對此情況，我院在遷建西安客車段、機務段這一大型鐵路工程設計過程中進行了積極探索，采用BIM技術對兩段進行了全專業、全內容BIM設計，取得一定成果，為BIM技術在鐵路工程中的應用積累了寶貴經驗，也是我院利用BIM設計手段開展大型鐵路工程設計的良好開端。

大型鐵路工程；BIM設計；信息化；總圖模型；綜合應用

BIM技術憑借其可視化、易協同、實時模擬、可貫穿建筑全生命周期等優勢被越來越多的工程從業人員接受和采用[1]。鐵路工程相比民建工程，體量更大、工藝更為復雜、專業更多，對BIM技術的需求也更加迫切。BIM技術的廣泛應用能夠提升鐵路工程建設技術水平以及信息管理的能力，也是鐵路工程建設信息化的核心和方向，對鐵路工程建設有著巨大的發展潛力和應用價值。隨著鐵路建設行業的迅速發展，傳統的二維設計因其不夠直觀，協同性差等局限，一些領域逐漸被BIM三維設計所取代[2-4]。

BIM技術的應用，其核心文件是BIM信息模型；毫無疑問，設計單位在BIM技術的應用中起著牽頭及主導作用，相比建設單位、施工單位及監理單位，設計單位更應該掌握、應用和推廣BIM技術。已有的鐵路工程BIM實踐，多是對某個單體，如房屋、橋梁、隧道等進行BIM設計，參與設計的專業相對較少，專業間協同性不高，相比二維設計，BIM設計的優勢并未顯現出來，BIM技術在鐵路工程中的探索也停留在較為初級的階段。針對此情況，我院在遷建西安客車段、機務段這一大型鐵路工程設計過程中，采用了BIM技術對兩段進行了全專業、全內容BIM設計，取得了一定成果，也為以后BIM技術在鐵路工程中的應用積累了寶貴經驗[5-9]。

此次遷建西安客車段、機務段工程位于隴海下行正線里程K1067+300～K1071+000(=隴海上行正線里程K1071+180)段上、下行正線間。其中遷建西安客車段在原到達場北側還建客車車輛段，檢修總規模為30臺位：其中預修5臺位、架修15臺位、油漆5臺位(3臺位油漆烘干庫、2臺位待油漆線)、交驗5臺位，段修存車線4條，備用客車存放線4條，牽出線1條，單體房屋建名13座。遷建西安機務段將原貨機折返段改建為客機機務段，設機車出入段線3條、電力機車整備待班線8條，內燃機車整備待班線1條，走行線1條、越行線1條，卸油線1條，備用機車停留線2條，設84 m×24 m三線貫通式小輔庫2座及其配套設施，單體房屋建名16座。采用BIM軟件為歐特克公司開發的Revit 2014，Navisworks Manage 2014、InfraWorks 2014及中鐵第一勘察設計院自行開發的“BIM模型應用工具”等，由西安站改總體組全專業設計人員參與進行BIM設計，其中包含站場、軌道、橋涵、車輛、機務、給排水、建筑、房建、暖通、電力、接觸網、通信、信息、環保及信息網絡共15個專業。BIM模型包含兩段站場、軌道、接觸網、室外綜合管溝、管線及所有生產生活房屋，準確直觀的反映了客車段、機務段建造后的實景效果(圖1，圖2)。更為重要的是，對此模型加以應用，可預先解決施工過程中的碰撞問題，避免造成窩工、返工及廢棄工程，有效保障工期穩定；建設單位及施工單位利用BIM模型，也可對現場及項目運營后加以管理[10-12]。

圖1 西安客車段、機務段全專業整合后BIM模型

圖2 客車段組合車庫BIM模型

1 BIM信息模型的建立及多專業整合

有別于傳統二維CAD設計，BIM設計各專業除需建立本專業模型外，還需考慮本專業內容三維空間位置以便于后期各專業整合模型，客車段、車輛段BIM設計各專業內容體量均較大，后期在多專業整合軟件中調整各專業模型位置并不容易實現，所以BIM設計時對前期總圖或者總圖模型依賴程度較高，需要較高的精度。

1.1 建立初步總圖BIM模型

車輛及機務專業作為客車段及機務段總體專業，向站場專業提供兩段工藝總平面布置圖(DWG格式)，向房建專業提供各個單體房屋的平面布置圖及層高要求(DWG格式)；站場專業確定兩段場坪絕對高程分布，定位項目原點，修改完善兩段總平面布置(DWG格式)，并將其導入Revit 2014中，將項目原點與Revit平面中項目基點位置相重合，在Revit中制作實際場坪模型，將此模型文件(RVT格式)提供給房建專業；房建專業在場坪模型中添加各個單體房屋軸網布置，確定室內外高差，明確各個房屋±0.000的絕對高程，將帶房屋軸網布置的場坪模型(RVT格式)返給站場專業，由站場專業將此模型發布給各專業，并向各專業發布項目原點位置，具備設計條件的專業可據此在Revit中展開設計。

1.2 帶房屋模型的總圖模型

在總圖BIM模型的基礎上，房建專業利用Revit 2014中的復制/監視命令將各個房屋單體軸網均按建名拆分為單個模型(RVT格式)，確保每個模型中房屋軸網與總圖模型中位置及高程完全重合；在各個單體軸網模型中完成建筑粗模的布置(包含軸網、樓層、墻體、門窗、房屋名稱及建筑做法)，提供至站后專業，站后專業據此展開設計。房建專業將1.1中建立的總圖BIM模型作為基礎文件，鏈接各個單體建筑粗模，并將包含建筑粗模的總圖模型發布給各個專業，至此各專業已具備設計條件，均可在Revit 2014中展開設計。

1.3 帶綜合管溝、檢查井及橋涵布置的總圖模型

暖通專業完成本專業室外管線在1.2中總圖模型中的布置，并將此模型(RVT格式)提供給各個室外管線專業，管線專業參考暖通專業室外管線走向，添加本專業管線布置，并將布置完成后的模型(RVT格式)提供至總體專業；總體專業根據室外管線專業所提供模型進行綜合管溝設計，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業，房建及橋涵專業據此完成管溝、檢查井及橋涵族的制作(RFA格式)，將其返給總體專業，總體專業確定各綜合管溝、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 室外管線布置

總體專業向各個管線專業提供1.3中完成的總圖模型，并向各管線專業提供所有的管溝斷面布置(DWG格式，包含各個專業管線在管溝中的準確定位)；各管線專業調整本專業室外管線布置并返給總體專業，總體專業牽頭完成室外綜合管溝、檢查井及橋涵中管線布置。兩段局部地下管溝、管線BIM模型見圖3。

圖3 兩段局部地下管溝、管線BIM模型

1.5 全專業模型整合

全專業模型采用Navisworks Manage 2014進行整合。總體專業牽頭整合室外站場、軌道、接觸網、綜合管溝、管線等模型，房建專業牽頭整合各個單體房屋建筑、結構及水暖電模型；最終完成遷建西安客車段、機務段全專業全內容BIM模型[13]。

2 BIM信息模型的應用

2.1 碰撞檢測

碰撞檢測的主要目的是基于各專業模型，應用BIM 軟件檢查設計階段的碰撞，完成項目模型內各種管線、構筑物三維協同設計工作，以避免空間沖突[14]，盡可能減少碰撞，避免設計錯誤影響到施工階段。此次遷建西安客車段、機務段BIM模型碰撞檢測采用Navisworks Manage 2014。見圖4。

圖4 檢修庫內承臺侵入不落輪鏇坑內

碰撞檢測分室外各專業模型(圖5)及各個單體房屋模型分別進行碰撞檢測，設定沖突檢測的基本原則，如：將鐵路限界作為軟碰撞公差以檢查是否侵入限界，將硬碰撞公差設為0以檢查構筑物相碰。使用Navisworks Manage 2014，檢查發現兩兩專業BIM模型中的沖突和碰撞，編寫碰撞檢測報告，并提出解決方案。隨后逐一調整模型，確保各專業之間的沖突與碰撞問題得到解決。

圖5 室外有壓管對排水管的避讓

2.2 生成二維圖紙

在現有鐵路工程設計環境下，二維圖紙仍然是設計院的主要設計成果，在二維設計至BIM設計過渡的階段中，無疑AutoDesk CAD依然發揮著重要作用。由BIM模型轉化為二維DWG之前，可在Revit 2014依次完成對模型圖元進行尺寸標注及注釋說明、圖層設計、創建標準圖框、圖紙目錄的建立和整體布局要求之后，導出DWG格式的圖紙(圖6)；也可直接導出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

結合遷建西安客車段、機務段BIM設計，在以后的BIM設計中，需特別注意以下問題。

3.1 重視總圖模型

傳統二維設計，各專業只對本專業內容進行設計，表達方式，圖紙比例各不相同，這就造成了各專業間協同設計溝通不暢，效果不佳，最終容易將設計過程中的失誤傳遞至施工階段。而BIM設計采用實體建模，各專業模型整合后進行碰撞檢測，獲得結果直觀、準確、迅速，但這一切的前提是各專業模型內容定位精準，所以設計前期確定總圖模型顯得尤為必要。

3.2 認識鐵路BIM模型整合的特殊性

一般民建工程BIM設計在各專業模型進行整合時，多采用Revit 2014；而鐵路工程因為其體量大、參與專業多的特點，利用Revit 2014顯得力不從心；在此次實踐過程中，采用Navisworks Manage 2014進行整合模型及碰撞檢測，效果較為理想。在以后的鐵路工程BIM設計中可采用“專業內利用Revit 2014工作集進行劃分、專業間采用Navisworks Manage 2014進行整合”的策略。

3.3 善用傳統二維CAD軟件

傳統二維CAD設計已非常成熟，設計插件及相關接口軟件也很豐富，在現階段依然為大部分設計人員所采用。在鐵路工程設計行業向BIM設計過渡的過程中，依然發揮著重要的作用。如何將BIM設計與二維CAD設計相結合，取長補短，也是一個亟需研究的課題。

3.4 鐵路BIM設計展望

BIM技術作為鐵路工程新興的設計手段，尚無相關規范規程可依，仍然需要在今后的設計過程中大量的總結經驗及方法，方興未艾[15]。

4 結語

在遷建西安客車段、機務段工程BIM設計過程中，采用“AutoDesk Revit 2014建模，Autodesk NavisWorks Manage 2014進行整合”的設計思路，實現了兩段所有構筑物的建模及精確定位，同時各專業均完成本專業內容工程量計算、碰撞檢測及二維圖紙生成等工作，并已將室外綜合管溝碰撞檢測及修改的結果反饋至施工單位，避免了后續廢棄工程的出現。本次探索及應用為我院在大型鐵路工程BIM設計領域積累了寶貴經驗，也是我院利用BIM設計手段開展大型鐵路工程設計的良好開端。

[1] 盧春房.鐵路建設項目標準化管理[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2] 清華大學BIM課題組.設計企業BIM實施標準指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3] 中國鐵路BIM聯盟.鐵路工程實體結構分解指南(1.0版)[M]. 北京：中國鐵路BIM聯盟，2015.

[4] 中國鐵路BIM聯盟.鐵路工程信息模型分類和編碼標準(1.0版) [M].北京：中國鐵路BIM聯盟，2015.

[5] 王玨，賈興斌，馬映登.BIM技術在軌道交通項目規劃中的應用研究[J].鐵路技術創新，2015(3):55-58.

[6] 劉彥明，李志彪.BIM技術在鐵路設計中的推廣應用[J].鐵路技術創新，2015(3):51-54.

[7] 康志明，沈亮峰，荊泳泉，等.BIM技術在阿房宮站設計中的應用 [J].鐵路技術創新，2015(3):74-77.

[8] 王浩.BIM技術在鐵路工程設計應用中的現狀及前景分析[J].工程建設與設計，2015(12):94-96.

[9] 劉宏剛.國外BIM應用的經驗與啟示[J].高速鐵路技術，2015(3):59-66.

[10]孫屹.基礎設施BIM在中國的應用趨勢[J].工程建設與設計，2015(9):18.

[11]逯宗田.鐵路設計應用BIM的思考[J].鐵道標準設計，2013(6):140-143.

[12]王朝存，于鳳.BIM技術在鐵路四電領域的綜合運用探討 [J].鐵路技術創新，2014(2):22-25.

[13]劉厚強，易旭鵬，朱聰.基于BIM的三維鐵路路基建模應用研究 [J].鐵道標準設計，2015(7):20-23.

[14]高繼傳，江文化. 三維管線綜合設計在南京地鐵中的應用探討[J].鐵道標準設計，2015(7):134-137.

[15]楊長輝.鐵路四電工程設計信息模型分類與編碼研究[J].鐵道標準設計，2015(8):160-163.

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)

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．

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

2016-04-20；

2016-05-06

段熙賓(1987—)，男，工程師，2011年畢業于武漢大學結構

工程專業，工學碩士，E-mail：duanxb1943@163.com。

1004-2954(2016)12-0124-04

U212; TU201.4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.027