鐵路車站BIM設計實施標準研究及應用

孟曉健

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

鐵路工程體量大，功能復雜，除建筑、結構、風水電等設備系統專業外，還涉及線路、站場、路基、軌道、車輛、橋梁、接觸網等站前專業，各專業之間的接口復雜繁多。目前普遍采用的二維設計在資源調配、信息溝通、進度把控等方面效率較低，導致設計意圖表達和理解不完整，出現了大量的返工或變更。隨著國家持續加大對走出去和“一帶一路”戰略的助推力度，開發適用于鐵路系統的三維設計及運營管理平臺勢在必行。

BIM技術具有信息化、協同性、關聯性、可視化、可貫穿建筑全生命周期等眾多的優點[1]，可從根本上解決工程從前期規劃、設計施工到管理等各階段之間的信息斷層，可從根本上解決各專業之間的信息孤島，實現工程全生命周期的應用[2]。研究發現，BIM技術能夠提升鐵路工程建設水平和管理能力，是鐵路工程建設信息化的核心和方向[3-6]。

BIM技術運用在房屋建筑設計中相對成熟，上海世博會部分場館、廣州西塔、銀河SOHO等建筑都成功采用了BIM技術，但在鐵路工程設計中的應用還處在起步階段[7]。近年來，鐵路運營、設計、施工及軟件開發等相關部門對BIM技術在鐵路工程建設中的應用進行了大量的探索[8-13]。由于鐵路工程專業接口繁雜，導致BIM技術運用更加復雜，技術難度更大，目前還沒有一套成熟的鐵路BIM標準體系[14]。本文基于鐵路BIM標準體系研究較少的情況，采用Revit平臺對鐵路車站BIM設計實施標準進行了研究探索，形成了一套完整的鐵路車站BIM設計實施標準，為鐵路車站BIM標準的制定提供參考。

1 項目簡介

阿房宮站位于西咸開發區，為西安鐵路樞紐輔助客運站，車站規模為3臺7線，采用下進下出的旅客流線模式。車站總建筑面積25 720.7 m2，其中站房建筑面積5 896.5 m2，建筑高度17.6 m；站臺雨棚覆蓋面積16 137.2 m2，采用站臺有柱鋼結構雨棚，雨棚最低點高度5.0 m；進出站地道建筑面積3 688.0 m2，凈高3.50 m。阿房宮車站鳥瞰效果如圖1所示。

圖1 阿房宮車站鳥瞰效果

阿房宮車站BIM設計范圍包涵站場、軌道、接觸網、信號設施、站房、旅客通道、站臺及雨棚、站前平臺和廣場。各專業BIM設計人員借鑒房屋建筑BIM技術的思路，對鐵路車站BIM資源庫的建設與管理、BIM信息模型設計標準、協同設計方法、BIM交付標準進行研究，制定了鐵路車站BIM設計實施標準，運用研究成果對阿房宮車站進行了協同設計、設計方案展示、碰撞檢查、施工圖繪制、工程量統計以及施工模擬等應用研究。

2 鐵路車站BIM設計

應用歐特克公司開發的Civil 3D、Revit 2014、Navisworks Manage 2014、InfraWorks 2014、中鐵第一勘察設計院集團有限公司自行開發的“BIM模型應用工具”以及鴻業族立得3.0等軟件對鐵路車站各專業開展BIM設計。

2.1 BIM資源庫的建設與管理

BIM模型的特性就是將建筑物各部件以面向對象、面向可視化的構件堆棧出建筑物，這些組成項目的構件在Revit中就是族。因此建立合理的族庫是BIM實施的基礎。

與一般民用和工業建筑不同，鐵路車站工程不僅包含墻、門窗、柱、梁、板等常規族類型，還包含很多如鋼軌、軌枕等復雜的構件，這些族構件不能從軟件的系統族構件調用，需要通過族編輯器才能完成。

鴻業族立得3.0基于REVIT平臺開發，內置大量本地化族，能夠對專業BIM族構件進行分類管理、快速檢索，設備布置，導入導出、族庫升級等功能。通過研究與應用，鴻業族立得3.0能夠較好適應鐵路BIM族庫建設的需求。

各專業族均在鴻業族立得3.0管理系統中完成，族基點統一采用(0，0，0，)，這樣有利于BIM模型的多專業拼裝。族參數應包含工程的必要參數及為后續運營管理所需的擴展參數。BIM族庫按最小功能單元進行分類，分類應結合鐵路工程的特點，同時兼顧國家級、行業級的分類標準。

鐵路車站涵蓋專業多，且各專業BIM族內容差異性較大，規范化的族文件命名有利于提高BIM協同設計過程中的可識別性。經過各專業的探索，確定族文件命名統一格式為：專業_建設類型_構件部位_構件類型.rfa。“專業”的命名見表1，“建設類型”的命名見表2，結構專業“構件部位”和“構件類型”的命名見表3。

表1 “專業”的命名

表2 “建設類型”的命名

各專業按上述族建立的原則和命名規則完成BIM族的建立并上傳至族庫管理平臺，專業負責人、主管工程師核查族的完整性、全面性、是否達到設計深度以及族命名是否正確。BIM數據管理員核查族命名是否按規則命名，并將族文件歸類放入中心服務器管理平臺指定的目錄下(核心族庫)，客戶端根據工程項目的需要從核心族庫選用族文件，如圖2所示。

表3 結構專業“構件部位”和“構件類型”的命名

圖2 族庫管理流程

2.2 BIM信息模型的標準

參照清華大學編寫的《設計企業BIM標準實施指南》，結合鐵路車站BIM實施的實際情況，進行模型建立、數據更新以及模型交付，建立適合鐵路車站BIM的實施標準。

(1)BIM模型精度標準

BIM模型精度即LOD等級，從概念設計到竣工設計被定義為5個等級。根據LOD各個等級的定義，結合鐵路車站的工程特性，確定各設計階段BIM模型的LOD等級見表4。

表4 各設計階段LOD等級

(2)BIM模型規劃標準

BIM模型采用相對坐標系，±0.000(軌面)即為坐標原點Z軸坐標點；站場專業為所有BIM數據定義通用坐標系，正確建立“正北”和“項目北”之間的關系；BIM模型中均以mm為單位。

(3)BIM模型拆分標準

為實現多專業高效率的在同一項目上同時工作，需要對BIM模型進行合理的拆分。根據項目分工管理辦法和硬件配置情況，經過各專業的研究、協商，確定BIM模型的拆分原則：模型先按照專業進行劃分，各專業均按最小施工單元進行再次拆分，拆分后各模型文件的大小不應超過100 M。

2.3 BIM協同設計

Revit協同模式有工作集模式和鏈接模式兩種方式。工作集模式是每個設計人員在本地計算機對同一個模型進行設計，設計的內容及時更新到服務器的中心文件，實現數據實時共享，可實現信息雙向同步更新，而對于設計大體量、繁雜的模型時運行速度慢、不穩定，且文件共享時權限管理不方便；鏈接模式是各專業通過Revit中的復制/監視、協調查閱的功能來實現不同模型文件間的信息溝通。鏈接模式的特點是設計大體量、復雜模型時運行速度快、穩定，權限管理簡單，適合不同專業間的協同設計，但鏈接模型時往往是信息單向傳遞，協同性較弱，且模型整合和出圖時易出現顯示樣式問題。

鐵路車站BIM設計各專業接口繁雜，為提高協同設計的可靠性和高效性，各專業進行了深入的探索，最終確定專業間協同設計采用鏈接模式，專業內部間協同設計采用工作集模式。協同設計流程見圖3。

圖3 BIM協同設計流程

采用鏈接模式整合各專業BIM模型時，原模型中構件的顯示樣式會自動恢復到默認狀態，導致出圖時需要大量調整線型、顏色等工作。經過探索，按圖4所示方式進行“Revit鏈接顯示設置”調整，既可解決此問題。

圖4 Revit鏈接顯示設置

Revit鏈接模型不能自動更新，各專業工程師的本地文件無法自動更新到服務器上，需要手動更新，大大影響BIM協同設計的高效性。經過BIM項目組成員的研究，運用文件同步工具Allway Sync可以達到自動更新的目的，達到跟Revit工作集一樣的工作協同效果。

Revit鏈接模式工作協同的實施方法：各專業BIM設計者在一個局域網內工作，每個專業單獨編輯各自的項目文件，項目文件夾命名為“**項目”，文件保存在本地電腦上；在公共服務器上建立項目公用文件夾，命名為“**項目協同文件”；各專業編輯本地計算機上的文件，通過Revit鏈接公共服務器內的其他專業文件，通過Allway Sync進行本地文件與公共服務器中文件的同步。Allway Sync同步設置原則如下。

(1)同步規則設置原則。將“同步方向”設置為本地文件夾，即“**項目”，這樣就實現了本地文件向公共服務器的單向同步；勾選“自動同步刪除”，這樣本地文件被刪除后，公共服務器內文件也自動刪除；勾選“自動同步覆蓋”，這樣更新時就能自動覆蓋掉同名文件。設置完成界面如圖5所示。

圖5 Allway Sync同步規則設置

(2)同步計劃設置原則。勾選“在文件變動時同步”，并將同步時間間歇指定為30 min，這樣每隔30 min，軟件自動檢測同步組內文件變動，并自動更新；勾選“在計算機空閑達到一定時間后同步”、“在啟動應用程序時同步”及“在退出windows時同步”。設置完成界面如圖6所示。

圖6 Allway Sync同步計劃設置

(3)篩選器設置原則。Revit文件在編輯過程中會自動產生備份文件(文件名為“*.0000.rvt”)，同時生成一個擴展名為txt的日志文檔，而我們只需要同步rvt文件，所以需要在“篩選器”中添加一個文件名過濾規則“*.rvt”，這樣就指定軟件只同步同步組內擴展名為rvt的文檔；在“忽略列表”中添加規則“*.00**.rvt”，這樣就能將那些自動備份文件屏蔽。設置完成界面如圖7所示。

圖7 Allway Sync篩選器設置

在運用Allway Sync輔助Revit協同設計的時候，各專業設計者應鏈接服務器內文件，而不應拷貝到本地計算機，保證自己本地文件與服務器文件同步頻率，使自己的模型能及時反饋給小組其他成員。

2.4 BIM交付標準

(1)BIM交付內容

方案設計階段的BIM交付內容包括：BIM方案設計模型、模型分析報告、BIM瀏覽模型、可視化模型及生成文件、由BIM模型生成的二維視圖。

初步設計階段和施工圖設計階段的BIM交付內容包括：BIM專業設計模型、BIM綜合協調模型、BIM瀏覽模型、模型分析報告、可視化模型及生成文件、由BIM模型生成的二維視圖。

(2)BIM交付流程

各設計階段完成BIM設計交付成果后，交由各級審核機構進行審查，成果文件完整且文件深度滿足合同所規定的要求后交底項目總體，最終由項目總體及BIM數據管理員上傳至對外BIM信息平臺，并設置嚴格的權限管理程序。

3 BIM設計應用

3.1 BIM協同模型

在阿房宮車站BIM設計實踐過程中，各專業按照本文第2章節所述BIM設計原則及協同方法進行BIM模型的設計，采用Navisworks Manage 2014進行各專業模型的整合及碰撞檢測，最終完成阿房宮車站全專業BIM協同模型。通過對模型剖切直接生成二維、三維剖切透視圖，并且可協同模型實時更新。圖8為阿房宮車站的BIM三維剖切圖。

圖8 阿房宮車站BIM三維剖切

3.2 碰撞檢測

設計階段的碰撞檢測的主要目的是檢查BIM模型中各構筑物、管線等的三維協同設計工作，以避免空間沖突影響到項目的實施。鐵路車站BIM模型碰撞檢測采用Navisworks Manage 2014，碰撞檢測的標準如下。

(1)將鐵路限界作為軟碰撞公差以檢查各構筑物是否侵入限界范圍。

(2)將硬碰撞公差設為“0”以檢查構筑物、管線等空間上是否沖突。

(3)碰撞處理原則：所有構造物、管線必須滿足鐵路限界要求；管線避讓建筑、結構構件；小管線避讓大管線，有壓管線避讓無壓管線。

采用Navisworks Manage 2014檢測BIM模型中各構筑物的碰撞，編寫碰撞檢測報告，并提出解決方案。圖9為阿房宮站房管線碰撞位置。各專業根據解決方案調整模型，確保碰撞問題得到解決。

圖9 阿房宮站房管線碰撞位置

3.3 圖紙生成及工程量統計

根據本文2.4章節的交付內容，在Revit中對模型圖元進行整體布局、圖層設計、創建標準圖框、尺寸標注、注釋說明等工作，由BIM模型導出DWG、PDF格式的圖紙和XLS格式的工程數量表。

4 結語

在國家政策的導向下，BIM技術正在引領項目從規劃、設計、施工到運營管理全階段的革命性改變。針對鐵路車站BIM設計標準體系研究較少的情況，采用Revit平臺對鐵路車站BIM設計的資源庫建設、信息模型標準、協同設計方法、交付標準進行了深入的研究，形成了鐵路車站BIM設計實施標準。運用成果對阿房宮車站進行了協同設計、碰撞檢查、施工圖繪制、工程量統計、施工模擬等應用實踐，取得了良好的成效。在鐵路車站BIM設計研究過程中還存在以下幾個問題需要在后續的工作中進行探索。

(1)由BIM模型生成的二維施工圖和國家制圖標準有一定差距，開發一款可以實現圖紙格式轉化的軟件是一個亟需研究的課題。

(2)實現BIM實際模型與結構分析模型的相互轉換。BIM中的物理模型不能夠直接轉換成結構分析模型，導致物理模型與結構分析模型雙向鏈接的優點不能真正得到發揮，從而制約著工作效率的提高。

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