城市軌道交通數字化協同設計流程研究與應用*

龔 鋮 ，胡賢國 ，2，彭孔曙 ，2，陳 詩 ，2，3

（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311100；2.浙江省智慧軌道交通工程技術研究中心，浙江 杭州 311100；3.浙江華東工程數字技術有限公司，浙江 杭州 311100）

城市軌道交通建設工程項目屬于政府投資的大型基礎設計投資項目，以及國家及地方大力推動BIM技術應用的重點項目，住建部2016年專門針對城市軌道交通領域建立課題“BIM技術在城市軌道交通設計、施工應用研究”，以進一步推進BIM技術在城市軌道交通設計、施工階段的應用，并為全生命期內的應用推廣奠定基礎[1]。

隨著BIM技術的普及和相應計算機技術的成熟，建筑行業即將進入全BIM設計時代，城市軌道交通工程作為建筑行業的重要一環，其設計過程進入全BIM設計時代也將成為必然趨勢[2]。

1 傳統軌道交通設計流程及特點

傳統城市軌道交通工程設計流程是線性的，先由建筑專業牽頭對整個車站的公共區及設備管理用房進行功能分區和平面布局，建筑專業提資給結構、暖通、動照、給排水等下游專業，下游專業再反提資給建筑專業，如此循環往復。下游專業需要等建筑專業的提資才能開展設計工作，設計進度受建筑專業的影響較大。提資與反提資的過程煩瑣，在此過程中設計人員在容易混淆提資資料，造成專業之間的設計圖紙不一致。

在出具最終的設計成果時還需要圖紙會簽，而城市軌道交通工程涉及的專業眾多，會簽工作量巨大，通常需要1周時間才能完成會簽，延長了設計周期。

2 數字化協同設計流程

車站BIM協同設計使用BENTLEY系列軟件來完成：BENTLEY Project Wise作為項目的協同軟件，AECOsim Building Designer（AECOsim BD）作為項目的核心設計與建模軟件。BENTLEY軟件平臺針對協同設計的一般特點，采用了工程創建平臺和工程管理平臺相結合的方式進行協同工作。其工程管理平臺為Project Wise，作為工程管理平臺的同時也兼做協同設計平臺。在設計階段，各專業基于文件通過Project Wise進行文件的傳輸與共享，通過架設不同的Project Wise服務器實現本地與異地協同工作。

本項目通過子模型的協同設計模式進行各專業、各區域的協同工作方式，根據不同專業和專業內在項目中不同的區域進行劃分，針對不同專業和區域進行人員的分配。在同一項目原點中分別建立相應的中心文件，用來進行專業、系統內的協同設計。數字化協同設計流程如圖1所示。數字化協同設計流程包括以下四個步驟。

第一步：召開數字化協同設計策劃會，確定協同設計目標、設計項目組織架構、模型創建及應用要求、模型質量和進度的保障措施。

第二步：配置協同設計工作環境、梳理外部設計輸入條件。

第三步：依次創建結構、建筑、暖通、動照、給排水等專業初步模型，開展三維協同設計逐步細化模型，在協同設計過程中一個專業模型發生任何變動，其他專業都能實時發現，并及時解決碰撞，隨著協同的深入設計方案逐步向合理、可實施方向發展。

第四步：三維出圖。

圖1 數字化協同設計流程

對比傳統設計流程，數字化協同設計流程有以下三點顯著優勢：（1）沒有提資、會簽流程，在避免了煩瑣流程的同時，也避免了信息不對稱、信息傳遞不及時等問題。（2）傳統設計中是對圖紙的質量控制，而在BIM協同設計中，圖紙是模型的產物，通過各個節點對模型的質量控制來保證圖紙的質量，將傳統的結果控制轉變為過程控制，進一步提升了設計質量。（3）數字化協同設計所有的圖紙是基于同一個模型抽出，各個專業實時協同，避免了專業間圖紙不一致，以及同一專業平、剖面圖不一致的問題。

3 數字化協同設計流程應用

3.1 工程概況

某城市軌道交通車站總建筑面積為11142.17m2，車站主體建筑面積為7936.96m2，車站附屬建筑面積為3205.21m2。車站設4個出入口、1個緊急疏散出入口、2組風亭（2組均為敞口低風亭）。站臺中心線處軌頂面絕對標高為-9.200m；站臺裝修面絕對標高為-8.150m；站廳裝修面絕對標高為-3.050m；結構頂板頂絕對標高為2.550m；地面絕對標高為5.870m；頂板覆土厚3.32m。車站主體采用2‰的坡度坡向車站大里程端（北高南低）。

3.2 數字化協同設計實施流程

（1）設計環境配置。根據軌道交通行業相關的設計指引、總包管理辦法、各專業總體設計要求、工點設計管理要求以及模型制圖標準，科學地完成相應的設計環境配置。通過PW協同管理平臺，對集團級、項目級、工點級、專業級等各層級工作空間進行網絡托管、統一管理、自動推送、實時同步，滿足各個層次的設計和管理需求。通過設計環境定制，將模型制圖標準和設計標準，內置到BIM設計軟件中，規范設計建模，為三維模型出圖、算量、編碼等應用提供模板及數據基礎，提高設計效率和質量。對各層級設計環境進行網絡托管，避免專業內部、各專業之間、同一項目內不同工點之間因設計環境不一致帶來的問題，滿足項目、工點、專業等各個層次的需求[3-4]。

（2）模型創建。在項目設計前期，利用傾斜攝影模型、地質模型、周邊管線模型、車站體量模型創建車站及周邊環境模型，如圖2所示。可視化分析車站周邊環境，便于設計單位比選站位和附屬布置，進行管線遷改、交通疏解、風險源分析，從而提高業主決策效率。在車站體量模型的基礎上，結構專業初步布置梁、板、柱、側墻等結構構件，為其他專業提供基礎模型。建筑專業在結構模型的基礎上對車站公共區及設備管理用房進行功能分區和平面布局，如圖3所示。機電管線以先大管后小管的原則排布，依次創建暖通、給排水、動照等專業的初步模型并進行實施協同，任何一個專業的模型上可實時查看包含其他所有專業車站的模型如圖4所示，在協同過程中逐步解決專業間的碰撞并細化模型，設計方案一步步落地[5]。

（3）三維模型出圖。按施工圖形成的過程，對三維模型出圖分為三類：①A類指單專業模型出圖，無須參考其他專業模型的出圖，如建筑的平剖圖、圍護結構和主體結構平剖圖。如圖5所示。②B類指需要參考其他專業模型的抽圖，如暖通、給排水的平剖面圖。③C類指通過繪制或者插入圖塊加以編輯而形成的施工圖，如設計說明、系統圖。

4 數字化協同設計與傳統設計對比分析

圖2 車站及周邊環境模型創建

圖3 土建模型創建

圖4 機電模型創建

傳統設計中由建筑專業作為牽頭向各個下游專業進行提資，各個專業經過本專業設計調整后，再返提給建筑專業，這個過程極其煩瑣復雜。特別是在城市軌道交通設計中，因下游專業很多，如結構、暖通、給排水、動照、弱電專業等，造成設計周期加長，項目進度緩慢，容易出現“差、錯、漏、碰”的情況。BIM協同設計中各個專業可以實時協同其他專業的模型，提高了溝通效率。在BIM協同設計中建筑專業可以避免經常出現的一些疏漏或錯誤，比如車站設計中常見的樓梯和結構底、中板凈空高度問題。傳統設計過程中首先需要確認平面圖、剖面圖及大樣圖等多張視圖的一致性后，才能量取凈空高度，BIM協同設計可以免去各個視圖確認的過程，直接定位就可以確定。

傳統的機電設計中，機電各專業設計的內容數量多，功能復雜，設計周期短，實際工程中容易與結構梁及機電本身的位置發生沖突，有時甚至需要反復進行管線綜合，常常會引起工程返工、延期，從而影響美觀，造成不必要的損失。而在BIM協同設計中設備模型和建筑模型可以在同一個文件中表達，各階段有程度不同的管綜工作，由大到小、由粗到細進行綜合設計，合理排布管線，提高了設計的準確性，顯著縮短了設計和施工周期。通過BIM模型便于施工單位對復雜區域和重點區域設計要點的理解。設計完成后，BIM模型移交給施工單位，施工單位利用BIM模型進行深化設計，有效減輕施工單位的工作量。

在傳統設計中，各個專業的設計是割裂開來的，設計過程是線性的，在完成一個階段的圖紙后，通過不斷的提資與反提資、不斷的修改，然后才能形成一個比較統一的成果，最后進行會簽。傳統設計流程會導致設計不斷反復、專業間信息傳遞的不及時和信息的不對稱。在BIM協同設計過程中，所有的設計工作都是在同一個模型、同一個設計環境中完成，不需要提資和會簽，并且所有的模型和圖紙數據都是關聯的，進而保證了圖紙的準確性。傳統設計中質量控制的重點是圖紙，而在BIM協同設計中，圖紙是模型的產物，通過各個節點對模型的質量控制來保證圖紙的質量，將傳統的結果控制轉變為過程控制，進一步提升了設計質量。

圖5 建筑專業三維模型出圖

5 結論

文章提出了基于BENTLEY平臺的城市軌道交通數字化協同設計流程，并將該流程在某地的城市軌道交通車站開展了應用，得出結論如下。

（1）通過數字化協同設計的四個流程，將大量設計工作前置，改變了傳統線性設計的模式，破除了專業間的溝通壁壘，提前暴露出設計過程中存在的問題，避免了由設計流程原因引起的返工和設計變更。

（2）設計環境配置實現了各層級工作環境的網絡托管、統一管理、自動推送、實時同步，滿足了各個層次的設計和管理需求，設計環境具備可復用性、可拓展性，能夠滿足不同地域城市軌道交通設計定制化的需求。

（3）數字化協同設計以過程控制為抓手，不僅有效解決了傳統設計中經常出現的碰撞、圖紙不一致等問題，提高了設計質量，還解決了傳統設計中提資不及時、會簽煩瑣等問題，提高了設計效率。