基于BIM理論的室內(nèi)外工藝設計方法研究

王曉陽

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308）

0 引言

建筑信息模型（BIM）是一種創(chuàng)新的建筑設計、施工和管理方法，是以三維數(shù)字技術為基礎，集成建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型［1］。從設計成果看，CAD與手工繪圖相比只改變了成果交付的工具，并沒有改變成果交付的內(nèi)容——圖紙。而BIM不僅改變了工具，更重要的是改變了成果交付的內(nèi)容，從而也正逐步改變成果交付的方法和流程。在發(fā)達國家BIM技術已經(jīng)比較成熟。隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，越來越多的高級辦公樓、商業(yè)樓、綜合樓等都配備中央空調(diào)系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)等，建筑行業(yè)需要BIM軟件幫助分析各種管道在各處的綜合排布，分析設備及管道的運行狀況，以達到優(yōu)化設計、節(jié)省空間、保證功能、方便施工等目的。

2013年12月17日，鐵路BIM聯(lián)盟（簡稱聯(lián)盟）在北京召開成立大會，聯(lián)盟的成立旨在為鐵路BIM技術研究和應用提供組織支撐，在鐵路行業(yè)BIM標準、接口研究、平臺技術、專業(yè)應用等方面開展深入研究，探索并致力于形成中國鐵路BIM技術體系，同時在行業(yè)內(nèi)進行應用實踐，為我國鐵路勘察設計、建設施工、運營管理全生命周期管理等提供支撐平臺［2］。

1 室內(nèi)外工藝設計BIM應用概述

1.1 設計內(nèi)容分析

在鐵路工程設計中，機械工藝專業(yè)設計內(nèi)容主要分為室內(nèi)工藝設計和室外工藝設計。綜合維修車間/工區(qū)設計可體現(xiàn)室外工藝設計內(nèi)容，鍋爐房設計可體現(xiàn)室內(nèi)工藝設計內(nèi)容。綜合維修車間/工區(qū)設計內(nèi)容為室外設備布置，與貨場的設計內(nèi)容相仿。鍋爐房設計內(nèi)容為室內(nèi)管道及設備的布置，與空壓機設計類似。因此，目前針對機械工藝專業(yè)設計。主要以室外工藝設計（綜合維修車間/工區(qū)）和室內(nèi)工藝設計（鍋爐房）2個部分為切入點，進行BIM設計探索。

1.2 軟件應用

針對BIM設計的多專業(yè)協(xié)同及機械工藝專業(yè)設計內(nèi)容主要依附在站場或房建專業(yè)基礎上，故在選用機械工藝專業(yè)設計軟件時，務必考慮相關專業(yè)所使用的軟件［3-4］。鑒于站前站場軌道等專業(yè)應用CATIA三維設計軟件，故機械工藝專業(yè)在綜合維修車間設計中也應用CATIA軟件；鑒于房建暖通等專業(yè)應用Revit軟件，故機械工藝專業(yè)在鍋爐房設計中也應用Revit軟件［5］。

1.3 應用試點

選擇某綜合維修車間作為機械工藝專業(yè)室外工藝設計的BIM應用試點，并同時利用達索工作平臺實現(xiàn)多專業(yè)的配合［6］。

選擇某地鐵工程停車場鍋爐房作為機械工藝專業(yè)室內(nèi)工藝設計試點。考慮到鍋爐房室內(nèi)設計內(nèi)容相對獨立，無需大量相關專業(yè)配合，機械工藝專業(yè)針對鍋爐房設計采用單專業(yè)的設計探討，并應用SolidWorks和Revit軟件進行對比分析［7］。

2 維修車間工藝設計BIM應用

機械工藝專業(yè)綜合維修車間BIM設計內(nèi)容梳理如下：（1）維修機構分布。該內(nèi)容無需可視化，可利用原有方式提供給各專業(yè)。（2）站場總平面布置。建模可視化工作由站場專業(yè)完成，機械工藝專業(yè)負責配合提出并完成站場布置工藝要求等內(nèi)容。（3）生產(chǎn)房屋設備布置平面圖。房屋建筑等可視化模型由房建專業(yè)提出，機械工藝專業(yè)負責配合提出房屋要求及設備工藝布置要求，復核相關機械設備建模。（4）所涉及的相關機械設備模型。設備本身信息對其他專業(yè)影響不大的，如移動設備或小型且無需基礎的設備可采用簡化建模；對其他專業(yè)影響大且設備本身信息較多的設備，如室內(nèi)橋吊、室外門吊等可稍精細建模。

綜合維修車間機械工藝專業(yè)BIM設計需完成的主要工作如下：完成機械工藝專業(yè)起重機建模，并且發(fā)布起重機走行軌骨架；完成維修車間的總體工作，組織各專業(yè)完成綜合維修車間BIM模型建立；房建專業(yè)通過Revit完成軌道車庫的建模，并導入本工程達索平臺下維修車間中，探索室內(nèi)外應用不同軟件協(xié)作開展BIM設計的方法；完成維修車間工藝仿真。具體如下：

（1）搭建結構樹。由于各專業(yè)在BIM工作平臺下協(xié)同工作，需各專業(yè)在統(tǒng)一集合下搭建各自的結構樹，有利于各專業(yè)及時更新相關專業(yè)內(nèi)容，同步更新、同步設計。綜合維修車間結構樹見圖1。

圖1 綜合維修車間結構樹

（2）專業(yè)模板的積累和優(yōu)化。目前機械工藝專業(yè)的模型主要包括門式起重機、橋式起重機等，其中門式起重機模型已創(chuàng)建完成（見圖2）。在建模時，盡量采用參數(shù)化建模，這樣不同規(guī)格的門式起重機只需修改參數(shù)即可實現(xiàn)建模。

圖2 門式起重機模型

（3）快速創(chuàng)建骨架和實例化模型。作為多專業(yè)同步設計，門式起重機與軌道及站場的關聯(lián)密切，所以在設計中需發(fā)布門式起重機的骨架（即門吊走行軌位置），軌道可直接利用骨架對軌道建模，若門吊走行軌位置修改，軌道模型也隨之修改。利用CATIA軟件可實現(xiàn)快速創(chuàng)建骨架和實例化模型。起重機走行軌骨架見圖3。

圖3 起重機走行軌骨架

（4）與站場專業(yè)配合完成站場布置。通過提出相應維修站場要求，站場專業(yè)結合地形完成站場平面及停放線的建模。維修車間站場平面圖見圖4。

圖4 站場平面圖

（5）配合房建專業(yè)完成站場圖上房屋布置。通過提出房屋定員要求，配合房建專業(yè)完成房屋平面布置，生活房屋只需畫出位置及大小，生產(chǎn)房屋暫定為精細化建模（軌道車庫）。房屋布置見圖5，軌道車庫模型見圖6。

（6）完成維修車間BIM模型。通過提出相關水電及軌道要求，完成室內(nèi)外給排水、配電及軌道模型（見圖7—圖9）。

圖5 房屋布置

圖6 軌道車庫模型

圖7 給排水模型

圖8 低壓配電模型

圖9 軌道模型

通過各專業(yè)協(xié)同設計，完成多專業(yè)的綜合維修車間BIM模型（見圖10）。

圖10 綜合維修車間BIM模型

3 鍋爐房工藝設計BIM應用

由于鍋爐房屬機械工藝專業(yè)出圖工作量較大的設計內(nèi)容，且利用傳統(tǒng)二維軟件進行鍋爐房室內(nèi)工藝設備及管道布置需強大的空間想象能力，故探索利用三維軟件進行鍋爐房設計已迫在眉睫［8］?？紤]到需要利用三維軟件對鍋爐房進行碰撞檢測及工藝仿真，因此采用達索公司的SolidWorks軟件和Autodesk公司的Revit軟件分別對鍋爐房進行建模和設計。

3.1 利用SolidWorks軟件建模

由于SolidWorks軟件為傳統(tǒng)機械三維設計軟件，針對設備模型建模應用很好，但是缺少既有模型或管道模塊，建模耗時較多。

（1）鍋爐房室內(nèi)設備建模。由于SolidWorks軟件無模型庫或未找到相關模型庫，利用軟件結合設備樣本完成鍋爐房室內(nèi)設備的三維建模（見圖11、圖12）。

圖11 鍋爐房設備平面布置

圖12 鍋爐房水處理間設備布置

（2）鍋爐房室內(nèi)管路及設備建模。由于SolidWorks軟件無既有管道模塊，采用傳統(tǒng)圓柱體建模方式對鍋爐房管道進行建模，完成鍋爐房室內(nèi)設備及管路的三維建模和連接（見圖13）。但是模型一旦建立，如需調(diào)整設備位置，則需完全調(diào)整管道模型，工作量較大。

（3）鍋爐房室內(nèi)管路及設備碰撞檢測。利用Solid?Works軟件干涉檢查模塊，對鍋爐房管道及設備進行干涉碰撞檢測（見圖14）。通過碰撞檢測，調(diào)整并修改模型位置。

3.2 利用Revit軟件建模

通過與房建暖通專業(yè)配合學習，先利用Revit軟件進行鍋爐房建模。由于Revit軟件有既有系統(tǒng)模塊（即模型庫），同時具有管道建模模塊（見圖15），利用Revit建模耗時較少，且修改同步性較好。

（1）鍋爐房室內(nèi)設備建模。利用Revit軟件調(diào)用既有鍋爐房及相關設備模型，同時含出入口污水用電等相關基本信息。鍋爐及循環(huán)泵Revit模型見圖16。

圖13 鍋爐房設備及管路BIM模型

圖14 鍋爐房設備及管路碰撞檢測

圖15 Revit軟件相關模型庫及模塊

圖16 鍋爐及循環(huán)泵Revit模型

（2）鍋爐房室內(nèi)管路及設備建模。利用Revit既有管道模塊，通過拾取設備出入口信息，實現(xiàn)智能連接，同時設置管徑（默認和出入水口管徑一致），即可畫出管道。如需調(diào)整管徑及位置，只需輸入信息或者鼠標拖動即可修改。鍋爐房室內(nèi)管路及設備Revit模型見圖17。

（3）鍋爐房室內(nèi)管路及設備碰撞檢測。利用Revit軟件碰撞檢測模塊，對鍋爐房管道及設備進行干涉碰撞檢測，通過碰撞檢測，調(diào)整并修改模型位置［9-10］，同時生成沖突報告（見圖18）。

4 結束語

對機械工藝專業(yè)基于BIM理論的室內(nèi)外工藝設計方法進行研究，并結合設計實踐總結梳理出不同軟件的BIM設計方法。在鐵路工程室內(nèi)外工藝設計中，采用BIM設計能夠更清晰直觀地反映各工藝設備的布局及總平面布局，為施工配合及交底提供技術支持；BIM采用多專業(yè)協(xié)同設計，可利用軟件碰撞檢測進行優(yōu)化設計；也可在BIM設計模型的基礎上進行仿真應用，室外工藝可進行動態(tài)工藝模擬，室內(nèi)工藝可進行仿真計算。

圖17 鍋爐房室內(nèi)管路及設備Revit模型

圖18 Revit碰撞檢測沖突報告