BIM 技術(shù)在鐵路站場中的應(yīng)用探討

王明生，彭興東

WANG Ming-sheng1，PENG Xing-dong2

（1.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043；2.石家莊鐵道大學(xué)交通運輸學(xué)院，河北石家莊050043）

(1.School of Civil Engineering， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China； 2.School of Traffic and Transportation， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China)

BIM 技術(shù)在鐵路站場中的應(yīng)用探討

王明生1，彭興東2

WANG Ming-sheng1，PENG Xing-dong2

（1.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043；2.石家莊鐵道大學(xué)交通運輸學(xué)院，河北石家莊050043）

(1.School of Civil Engineering， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China； 2.School of Traffic and Transportation， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China)

通過闡述鐵路站場BIM技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，針對鐵路站場應(yīng)用BIM技術(shù)具有的模型信息完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性等特點，分析鐵路站場BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，提出鐵路站場前期階段、設(shè)計階段、施工階段、運營維護階段的BIM技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建，進一步從站場設(shè)備構(gòu)件的創(chuàng)建、站場BIM模型的建立、參數(shù)信息的添加、站場工程量的統(tǒng)計等方面，探討鐵路站場三維BIM模型的構(gòu)建與實現(xiàn)。

BIM；鐵路站場；全生命周期

1 鐵路站場 BIM 技術(shù)應(yīng)用

1.1 現(xiàn)狀

BIM (Building Information Modeling，建筑信息模型) 起源于 20 世紀(jì) 70 年代的美國，最初由建筑行業(yè)提出，隨后逐漸拓展到整個工程建設(shè)領(lǐng)域，并作為一種全新的技術(shù)正在快速推進建設(shè)工程的發(fā)展，歐美、日本等許多國家已經(jīng)在建筑行業(yè)提出應(yīng)用 BIM 技術(shù)的要求，建立了相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[1]。我國引用 BIM 技術(shù)起步較晚，經(jīng)過十幾年的努力探索，BIM 技術(shù)的應(yīng)用在國內(nèi)建筑、水電等行業(yè)中日趨成熟[2]。但是，與建筑、水電等行業(yè)相比，在整個鐵路行業(yè)，特別是鐵路站場設(shè)計中，BIM 技術(shù)應(yīng)用主要集中在設(shè)計階段[3]，在鐵路站場中的應(yīng)用則處于初步階段。鐵路站場包括編組場、到發(fā)場、調(diào)車場、工務(wù)段、機務(wù)段等部分，涉及正線、到發(fā)線、貨物線及各類機車、道岔、信號、電力等設(shè)施設(shè)備，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而只有少量鐵路站房設(shè)計應(yīng)用了 BIM 技術(shù)，而站場內(nèi)整體 BIM 技術(shù)的應(yīng)用很難實現(xiàn)，相關(guān)圖紙僅局限于二維圖紙顯示，從整體上不能直觀、真實地展現(xiàn)設(shè)計者的思路。另外，與站場的設(shè)計方案比較、優(yōu)化及改動需要依賴圖紙，工作量大并且繁瑣。此外，設(shè)計方、施工方、運營方不能基于一個工作平臺開展工作，也容易產(chǎn)生“信息孤島”。

1.2 鐵路站場 BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

在鐵路站場中應(yīng)用 BIM，能夠建立一個包含站場項目所有幾何尺寸、結(jié)構(gòu)功能和空間關(guān)系的參數(shù)化、可聯(lián)動修改的三維模型，在項目的規(guī)劃階段、設(shè)計階段、施工階段和運營維護階段，使各個不同參與方能夠根據(jù)自身需要提取相關(guān)信息，并基于同一三維信息模型進行協(xié)同工作。BIM 在項目全生命周期中的信息共享如圖1 所示。

鐵路站場應(yīng)用 BIM 技術(shù)有以下主要特點。

（1）模型信息的完備性。包含站場中各個對象的空間信息、幾何信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系，如站房、股道、線路的空間位置；軌枕、鋼軌、道岔等構(gòu)件的材料信息和工程性能；信號設(shè)備和供電設(shè)備的類型；工程造價統(tǒng)計信息及對象間的邏輯關(guān)系等。

（2）模型信息的關(guān)聯(lián)性。模型中的對象相互識別與關(guān)聯(lián)[4]，當(dāng)模型中的某個對象如股道與站臺間的位置距離，股道間距離，信號設(shè)備的位置，軌枕、鋼軌在線路上的位置等發(fā)生變化時，與其相關(guān)聯(lián)的對象將做出相應(yīng)的變化調(diào)整并且保持及時更新。

圖1 BIM 在項目全生命周期中的信息共享

（3）模型信息的一致性。在站場項目全生命周期的不同階段，站場模型所存儲的信息保持一致[5]，針對不同階段的不同需求，只需要在原有模型信息的基礎(chǔ)上進行修改和擴充，省去重新建模的繁瑣，避免不同階段信息不一致帶來嚴(yán)重后果。

綜上所述，利用 BIM 技術(shù)的理念，建立站場項目全生命周期信息模型，可以使站場設(shè)計更加直觀化、信息化、合理化，用一種全新的設(shè)計理念打破傳統(tǒng)設(shè)計弊端，在方法和觀念上取得突破。

1.3 鐵路站場 BIM 技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建

BIM 技術(shù)的核心在于項目全生命周期的模型信息及模型信息的共享與更新[6]，該核心來源于傳統(tǒng)意義上對一般房屋建筑的整體構(gòu)想，即從整體到局部的分階段、分層次的規(guī)劃設(shè)計，從宏觀到細節(jié)逐步添加信息，在項目的各階段中均運用 BIM 技術(shù)理念[7]，使階段化的相關(guān)信息不再獨立存在，而是形成一個信息關(guān)聯(lián)化、集成化的有機體整體，避免數(shù)據(jù)信息傳遞誤差，方便信息的管理。

（1）前期階段。在站場設(shè)計的前期整體布局，設(shè)計者根據(jù)站場規(guī)模選擇合理比例創(chuàng)建三維 BIM 模型，根據(jù)資料數(shù)據(jù)進行站場區(qū)域劃分和布置，包括站房位置和規(guī)模、股道和線路走向等空間位置。該階段不進行具體設(shè)計分析，只進行整體布局。

（2）設(shè)計階段。在前期規(guī)劃的模型基礎(chǔ)上，使站場內(nèi)各個對象具體化、信息化、參數(shù)化，包括站房的具體設(shè)計、股道和線路的具體位置、軌道結(jié)構(gòu)的幾何形位、附屬設(shè)備的類型及空間位置，該階段通過對模型添加信息進行設(shè)計分析。

（3）施工階段。根據(jù)設(shè)計階段建立三維 BIM 模型，實現(xiàn)站場的動態(tài)模擬施工[8]，及時發(fā)現(xiàn)并且排除可能存在的隱患；輸出需求的施工圖紙，并且結(jié)合 BIM 模型具體指導(dǎo)施工，該階段應(yīng)用模型信息進行施工作業(yè)及信息反饋。

（4）運營維護階段。在站場建設(shè)項目竣工后，將最終的竣工 BIM 模型交付給運營維護方，通過BIM 竣工模型，可以了解鐵路站場的規(guī)劃、設(shè)計、施工的全過程信息，并且從 BIM 模型中提取所需數(shù)據(jù)，方便后期的運營管理和維護。

通過上述各個階段 BIM 技術(shù)應(yīng)用，形成鐵路站場建設(shè)項目在全生命周期中 BIM 技術(shù)的應(yīng)用，有助于鐵路站場建設(shè)項目打破傳統(tǒng)設(shè)計觀念的束縛，從方法思路上創(chuàng)新，實現(xiàn)鐵路站場設(shè)計的突破口。

2 鐵路站場 BIM 三維模型的構(gòu)建與實現(xiàn)

2.1 站場設(shè)備構(gòu)件的創(chuàng)建

建立 BIM 模型的難點之一是創(chuàng)建站場中的異構(gòu)族構(gòu)件，不同于梁、柱、墻族等常規(guī)族類型，站場中涉及的軌枕、鋼軌、信號機等構(gòu)件由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，無法直接運用軟件自帶族構(gòu)件，需要運用族編輯器進行開發(fā)創(chuàng)建，創(chuàng)建的基本過程如下。

選擇合適的族樣板作為編輯模板，然后在族樣板中繪制構(gòu)件的外邊界，添加控制參照平面和參照線，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸繪制構(gòu)件的輪廓邊界，并且與參照面和參照線建立控制約束參數(shù)，最后通過放樣，融合，剪切等功能創(chuàng)建構(gòu)件的空間構(gòu)造，軌枕族基本輪廓如圖2 所示。例如，軌枕、鋼軌族的創(chuàng)建需要考慮結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜，隨著線路變化適應(yīng)的需要，利用自適應(yīng)族樣板創(chuàng)建，創(chuàng)建時還應(yīng)在族構(gòu)件基線中添加適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)點，使構(gòu)件能適應(yīng)形狀的變化，軌枕族如圖3 所示。信號機、警沖標(biāo)等設(shè)備具有曲面形式，運用體量族樣板創(chuàng)建，反復(fù)運用融合和剪切功能修剪出設(shè)計要求的曲面形式。

圖2 軌枕族基本輪廓

圖3 軌枕族

2.2 站場 BIM 模型的建立

對于中間站的房屋建筑設(shè)施，可以直接運用軟件功能實現(xiàn)，但對于軌枕、鋼軌、信號機等異構(gòu)族的連接和放置，則需要通過 Revit API 進行二次開發(fā)實現(xiàn)。通過分析族構(gòu)件的加載原理，在 Revit 二次開發(fā)函數(shù)中查找到基于點和線的加載函數(shù)，利用遍歷函數(shù)找到項目中已經(jīng)加載的族構(gòu)件，并且通過訪問構(gòu)件參數(shù)獲取族構(gòu)件的定位點或定位線，信號機等設(shè)備可以通過計算模型中的三維坐標(biāo)點及與相鄰構(gòu)件的約束進行加載與替換；軌枕、鋼軌族構(gòu)件的放置需要先繪制線路中心線，通過基于線的加載方式將族構(gòu)件的自適應(yīng)點附著到線路中心線上，使構(gòu)件適應(yīng)線路的變化，并且能通過調(diào)整加載長度和間距的參數(shù)，使軌枕和鋼軌按設(shè)計要求的長度和間距加載，保證模型的真實性、準(zhǔn)確性，最終形成中間站三維 BIM 模型如圖4 所示。

圖4 中間站三維BIM模型效果圖

2.3 參數(shù)信息的添加

對于站場中各個族構(gòu)件信息的添加，可以分為族類型參數(shù)和共享參數(shù)，共享參數(shù)可以不受族類型的約束，通用于不同種類的族構(gòu)件共享使用，創(chuàng)建族構(gòu)件時根據(jù)功能需要添加共享參數(shù)，不僅可以約束族構(gòu)件，同時也能夠為后期的參數(shù)化控制和統(tǒng)計信息提供方便，創(chuàng)建共享參數(shù)和添加共享參數(shù)信息如圖5 所示。

圖5 添加共享參數(shù)信息

2.4 站場工程量的統(tǒng)計

完整的信息化模型可以用來進行工程量計算[9]，在建立標(biāo)準(zhǔn)三維模型后，通過創(chuàng)建工程明細表，可以清楚地將模型中所包含族構(gòu)件的基本參數(shù)信息顯示出來，其中包含之前所創(chuàng)建的族構(gòu)件的類型參數(shù)和根據(jù)需要創(chuàng)建的共享參數(shù)等信息，并且隨著模型信息的逐步添加和完善，可統(tǒng)計信息也將隨之增加，最終實現(xiàn)模型的信息化管理和工程量的自動計算。

3 結(jié)束語

通過對 BIM 技術(shù)理念和應(yīng)用的分析，在進一步加深對 BIM 技術(shù)認識的基礎(chǔ)上，提出將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到鐵路站場設(shè)計全生命周期中的基本思路，初步實現(xiàn)站場 BIM 三維模型的構(gòu)建。鐵路站場 BIM設(shè)計的完全實現(xiàn)仍然需要一個長期過程，需要鐵路各專業(yè)的通力配合和共同努力。BIM 技術(shù)是鐵路站場未來發(fā)展的方向，其實現(xiàn)將是設(shè)計技術(shù)和理念的更新?lián)Q代，也將帶來站場施工和運營維護的重大轉(zhuǎn)型。

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責(zé)任編輯：吳文娟

Discussion on Application of BIM Technology on Railway Station Yard

Through expounding the application status of BIM technology in railway station yard, targeting with the characteristics of the technology application including the completeness, relevance and consistency of model information, this paper analyzes advantages of the technology application, puts forward the establishment the technology application in early stage, design stage, construction stage and operation maintenance stage of railway station yard, and further discusses the establishment and realization of three-dimensional BIM model of railway station yard from the aspects such as building equipment members of station yard, establishing the BIM model of station yard, adding parameter information and counting engineering quantity of station yard.

BIM; Railway Station Yard; Full Life Cycle

1003-1421(2015)09-0029-04

TP399：U291.1

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2015.09.07

2015-08-31

河北省基金項目(E2014210111)