中小型鐵路旅客站房BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉瑞光

(中交(西安)鐵道設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

1 概述

隨著近幾年來信息技術(shù)、BIM三維技術(shù)等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的二維勘察設(shè)計(jì)技術(shù)正逐步向BIM三維設(shè)計(jì)過渡。韓元利[1]、魏州泉[2]、王同軍[3]等應(yīng)用BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了部分成果。一些學(xué)者也研究了BIM技術(shù)在鐵路工程設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用[4-15]。然而，上述研究均是通過二維圖紙翻模開展BIM技術(shù)應(yīng)用，這種方式能在一定程度上解決設(shè)計(jì)過程中的“差錯(cuò)漏碰”問題，但額外增加的BIM翻模工作讓設(shè)計(jì)人員往往覺得“得不償失”，且未對BIM模型的信息進(jìn)行利用，BIM的核心價(jià)值并未得到體現(xiàn)。因此，如何通過BIM信息模型實(shí)現(xiàn)工程量統(tǒng)計(jì)及生成圖紙，并對BIM模型信息進(jìn)行有效傳遞成了當(dāng)前亟需解決的一大問題。為了解決這一現(xiàn)狀問題，必須從源頭改變BIM應(yīng)用方式[16]，通過建立專業(yè)結(jié)構(gòu)樹及編碼劃分體系，建立包含設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維必要信息屬性的單元庫，并利用單元庫進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后利用BIM模型實(shí)現(xiàn)出圖算量，并將BIM模型信息傳遞至施工及運(yùn)維單位。

從傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)锽IM正向設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)思路、理念的重大變革，不僅要改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)慣和方式，還要將施工單位、運(yùn)維單位的實(shí)際需求結(jié)合起來，考慮BIM模型的全生命周期應(yīng)用是一項(xiàng)宏大工程。以鐵路某旅客站房為研究對象，以Autodesk平臺為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究站房內(nèi)建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水4個(gè)專業(yè)，各專業(yè)設(shè)計(jì)工作包含典型中小型旅客站房所有設(shè)計(jì)內(nèi)容，具有代表性。

2 BIM正向設(shè)計(jì)解決方案

2.1 協(xié)同方式方案比選

Autodesk平臺主要有兩種協(xié)同方式，即工作集和文件鏈接的方式，對該兩種協(xié)同方式進(jìn)行方案比選，詳見表1。

表1 協(xié)同方式方案比選

2.2 專業(yè)結(jié)構(gòu)樹劃分

為了實(shí)現(xiàn)對專業(yè)最小模型構(gòu)建單元的有效管理和應(yīng)用，提出了“專業(yè)結(jié)構(gòu)樹”的概念：針對本專業(yè)所有設(shè)計(jì)內(nèi)容建立的滿足始自專業(yè)終到最小構(gòu)件單元的多層級樹狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)樹符合專業(yè)習(xí)慣，能夠方便查找定位構(gòu)件，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件可以鏈接相應(yīng)的屬性信息。圖1為建筑專業(yè)結(jié)構(gòu)樹劃分示意。

圖1 建筑專業(yè)結(jié)構(gòu)樹劃分

2.3 BIM模型構(gòu)建的編碼應(yīng)用

BIM信息模型作為各參與方的紐帶，可通過模型構(gòu)建編碼實(shí)現(xiàn)信息的建立和傳遞[17-20]。依據(jù)《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，針對模型構(gòu)建輸入兩項(xiàng)編碼參數(shù).(1)分項(xiàng)編碼：描述模型類型所屬的分項(xiàng)工程，如砌體工程、屋面工程、防水工程、裝飾裝修工程等，一般用單個(gè)編碼便可表示；(2)類型編碼：通過元素、建筑產(chǎn)品、行為等兩個(gè)或多個(gè)編碼組合的形式，精確地表示某一模型類型，通過類型編碼對應(yīng)工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)的具體項(xiàng)目，即類型編碼應(yīng)與各專業(yè)提交給工經(jīng)專業(yè)的工程數(shù)量表相對應(yīng)。在Revit軟件中利用“項(xiàng)目參數(shù)”功能對結(jié)構(gòu)樹圖1中的最小設(shè)計(jì)單元“鋁合金門”進(jìn)行編碼添加，添加完成后如圖2所示。

圖2 鋁合金門完成編碼添加

2.4 設(shè)計(jì)流程

本項(xiàng)目總體實(shí)施流程采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，數(shù)據(jù)傳遞的文件格式依據(jù)Revit軟件特點(diǎn)做了調(diào)整，如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)流程

3 實(shí)施BIM正向設(shè)計(jì)

3.1 樣板文件制作

各專業(yè)在開展施工圖設(shè)計(jì)之前由專業(yè)負(fù)責(zé)人確定樣板文件，樣板文件應(yīng)符合以下要求。

(1)文件名稱統(tǒng)一，項(xiàng)目信息齊全。

(2)設(shè)定必要的項(xiàng)目參數(shù)，如分項(xiàng)工程編碼、類型編碼等。

(3)平、立、剖等主要視圖的顯示設(shè)置等。

3.2 專業(yè)模型建立

各專業(yè)利用預(yù)設(shè)的樣板文件創(chuàng)建專業(yè)項(xiàng)目， 依據(jù)本專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)設(shè)計(jì)原則開展BIM正向設(shè)計(jì)，建筑專業(yè)基于Revit的軟件完成主體模型的創(chuàng)建，如圖4所示。

圖4 建筑專業(yè)BIM模型

3.3 設(shè)計(jì)資料互提

BIM正向設(shè)計(jì)各專業(yè)資料互提與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的提資內(nèi)容完全一致，只是提資方式上有所不同，圖5為暖通專業(yè)利用“管溝模型+文字注釋”的方式向結(jié)構(gòu)專業(yè)提出管溝資料。

圖5 暖通專業(yè)提結(jié)構(gòu)專業(yè)管溝資料

3.4 碰撞檢測

本項(xiàng)目基于Navisworks軟件對土建模型和機(jī)電模型兩兩做碰撞檢測，檢測出結(jié)構(gòu)與設(shè)備專業(yè)構(gòu)件碰撞67處，設(shè)備專業(yè)間構(gòu)件碰撞81處，根據(jù)檢測結(jié)果導(dǎo)出碰撞報(bào)告，碰撞報(bào)告中可以查看碰撞構(gòu)件的位置、圖層、ID號等，如圖6所示。

圖6 碰撞報(bào)告

3.5 生成圖紙及統(tǒng)計(jì)工程量

3.5.1 生成圖紙

設(shè)計(jì)人員對BIM模型添加必要的文字說明、標(biāo)注后，即可生成需要的圖紙類型。圖7為建筑專業(yè)利用Revit生成的衛(wèi)生間平面詳圖。

圖7 衛(wèi)生間平面詳圖(單位：mm)

圖8 基礎(chǔ)大樣視圖及剖切視圖(單位：mm)

結(jié)構(gòu)專業(yè)通過Revit二三維聯(lián)動(dòng)功能可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)詳圖的自動(dòng)生成。首先建立基礎(chǔ)大樣視圖，屏蔽多余構(gòu)件，調(diào)整視圖比例，然后對視圖中構(gòu)件進(jìn)行剖切，得到剖切視圖，如圖8所示。最后，設(shè)置剖切視圖比例、并注明配筋信息、構(gòu)造做法等，如圖9所示。基于以上步驟生成的構(gòu)件詳圖會(huì)和結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，在模型發(fā)生變化時(shí)，詳圖輪廓會(huì)聯(lián)動(dòng)變化。

圖9 完善基礎(chǔ)詳圖大樣(單位：mm)

設(shè)備專業(yè)基于Revit軟件生成系統(tǒng)圖的問題一直懸而未決，根據(jù)出圖習(xí)慣設(shè)備專業(yè)系統(tǒng)圖為斜二軸測圖，而Revit軟件生成的為正等軸側(cè)圖，且不能進(jìn)行二次編輯和圖例轉(zhuǎn)化。本項(xiàng)目中通過應(yīng)用基于Revit的鴻業(yè)機(jī)電2018插件，生成了消防系統(tǒng)圖，如圖10所示，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備專業(yè)系統(tǒng)圖生成從無到有的突破。

圖10 消火栓系統(tǒng)

3.5.2 工程量統(tǒng)計(jì)

各專業(yè)的工程量統(tǒng)計(jì)是通過Revit軟件的“明細(xì)表”功能實(shí)現(xiàn)，因在樣板文件中已提前定義好“明細(xì)表”的樣式，此處僅需要直接調(diào)用“明細(xì)表”功能，即可完成工程量統(tǒng)計(jì)。圖11為建筑專業(yè)實(shí)現(xiàn)“門”工程量的統(tǒng)計(jì)。

圖11 門工程量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

(1)以Autodesk平臺為基礎(chǔ)，采用一般設(shè)計(jì)流程，建筑、結(jié)構(gòu)、暖通及給排水多專業(yè)參與，提出了合理可行的BIM正向設(shè)計(jì)解決方案，為后續(xù)中小型鐵路旅客站房的BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了參考案例。

(2)首次將“專業(yè)結(jié)構(gòu)樹”的劃分方法應(yīng)用于鐵路站房相關(guān)專業(yè)BIM模型構(gòu)件劃分中，提供了一種新的劃分思路，既符合專業(yè)習(xí)慣又滿足規(guī)范要求。

(3)建筑專業(yè)完成建模后，可直接得到立面圖，通過剖切工具可自動(dòng)生成任一位置的剖面圖。同時(shí)，通過模型與效果圖進(jìn)行比對，可修正效果圖中的不合理之處，方便決策層人員合理快速做出方案決策，如圖12所示。

圖12 BIM模型與效果圖

(4)結(jié)構(gòu)專業(yè)利用Revit二三維聯(lián)動(dòng)功能可依據(jù)平面模型自動(dòng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)專業(yè)詳圖的生成，在圖紙發(fā)生修改時(shí)，僅需修改主體圖紙，詳圖大樣可聯(lián)動(dòng)生成，大大提高設(shè)計(jì)效率且避免傳統(tǒng)修改過程中容易發(fā)生漏改和錯(cuò)改的情況。

(5)設(shè)備專業(yè)利用BIM模型可視化的特點(diǎn)，更容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的合理布置，同時(shí)能夠解決各專業(yè)模型構(gòu)建碰撞問題，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

(6)通過BIM模型構(gòu)建編碼的應(yīng)用，BIM信息模型可以在工程項(xiàng)目各參與方間進(jìn)行有效傳遞，為工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)信息化管理奠定基礎(chǔ)。

(7)校審體系不匹配：本次采用Revit軟件開展設(shè)計(jì)，但校審文件仍要求為CAD文件，Revit導(dǎo)出的CAD文件需要進(jìn)行圖面整理及二次編輯后才符合送審條件，而修改校審意見又需要在Revit中完成，就導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在文件審核過程中反復(fù)導(dǎo)圖及處理圖面，浪費(fèi)大量時(shí)間，嚴(yán)重制約BIM正向設(shè)計(jì)的大范圍推廣。

4.2 展望

相信隨著BIM相關(guān)軟件的不斷迭代更新，并且隨著各設(shè)計(jì)單位的BIM設(shè)計(jì)日趨標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，現(xiàn)階段文件校審體系與BIM正向設(shè)計(jì)不匹配的問題會(huì)迎刃而解。此外，通過BIM技術(shù)在鐵路站房中的應(yīng)用，還可以利用BIM技術(shù)對站房常用工程內(nèi)容形成參數(shù)化設(shè)計(jì)，形成標(biāo)準(zhǔn)通用圖，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。