基于BIM技術(shù)的Revit高鐵中間站自動建模分析

藺玉璞 張翼凡 孫夢雅 董慧芳

（山東省建筑設(shè)計研究院有限公司 山東濟南 250001）

高鐵中間站是鐵路運輸?shù)幕締挝?。為降低成本，減少耕地占用，必須高度重視規(guī)劃和設(shè)計高鐵站。近幾年，計算機輔助設(shè)計（CAD）為鐵路設(shè)計提供了先進的幾何建模和捕捉技術(shù)，使設(shè)計師和工程師免于繪圖的繁瑣任務(wù)，同時提高了準(zhǔn)確性，高效性。隨著軟件技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)字高鐵站設(shè)計技術(shù)現(xiàn)已成為可能。建筑信息模型（BIM）是建筑工程和建筑（AEC）行業(yè)內(nèi)新興的技術(shù)和程序轉(zhuǎn)變。根據(jù)國家建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)，BIM是建筑全生命周期信息的數(shù)字表示，旨在成為設(shè)施所有者的信息庫。高鐵站的設(shè)計者長期以來一直在尋求降低車站項目成本，提高生產(chǎn)率和質(zhì)量以及縮短交貨時間的技術(shù)，BIM提供了實現(xiàn)這些目標(biāo)的潛力。BIM代表計算機生成三維模型的開發(fā)和使用，來模擬設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計、建造和運維。

雖然BIM應(yīng)用僅限于建筑物的建造，但它并不全面涉及運輸領(lǐng)域?；谶@種情況，提出了將BIM概念融入高鐵站的新思路，為有效規(guī)劃和設(shè)計高鐵中間站提供解決方案。本文主要通過分析基于BIM技術(shù)和BIM的常用建模軟件Revit的中間高鐵站設(shè)計過程。使設(shè)計人員能夠通過更少的時間和精力完成工作，也實現(xiàn)車站實時管理。

1 BIM理念

BIM，一種讓項目、構(gòu)件、族庫參數(shù)和項目管理及BIM三維模型組合到一起的數(shù)據(jù)庫載體。在項目實施過程中，BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ┕脑O(shè)計到運營管理進行數(shù)據(jù)化處理，與此同時，將建筑項目中的不同時期的節(jié)點融合到模型之中，讓各方能夠獲得更為精確的數(shù)據(jù)，迅速提高決策的合理度。此外，BIM平臺能夠提供給項目各方一些修整、增減及共享項目的有關(guān)信息，提高溝通效率，避免信息的隔離和數(shù)據(jù)的流失，從而實現(xiàn)項目的高效管理。目前，BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、道路和隧道工程等項目。

2 中間鐵路站Revit建模

由于高鐵中間站數(shù)量占中國鐵路系統(tǒng)的大多數(shù)站點，因此設(shè)計中間站對于完成鐵路運輸任務(wù)和加強城鄉(xiāng)聯(lián)系具有重要意義。

2.1 車站建模的操作步驟

主軌道首先使用羅馬數(shù)字編號，然后電臺軌道按照阿拉伯?dāng)?shù)字的相同順序編號。軌道編號標(biāo)記在軌道布局上。軌道中心線之間的距離應(yīng)設(shè)計成確保交通安全，并保證車站工作人員相關(guān)安全和方便的操作。在平臺布置在兩個軌道之間的情況下，軌道中心線之間的距離取決于平臺的寬度以及從軌道中心線到平臺邊緣的距離。

第二步是以車站建筑物的中心為邊界計數(shù)所有車站道岔，并連續(xù)計算從車站兩端向內(nèi)到車站中心的道岔，從主要路線到次要路線。偶數(shù)列車用于上行方向列車到達終點，而下行方向列車到達終點則為奇數(shù)。計算道岔應(yīng)在車站布局上標(biāo)明。每個道岔號的選擇通常根據(jù)鐵路軌道中列車的運行模式和設(shè)計運行速度來確定。

第三步是確定污垢柱和信號的位置。污垢崗位設(shè)置在兩條軌道的交界處，它的位置由污垢柱與道岔中心之間的距離表示，該距離與道岔數(shù)量、軌道中心線之間的距離和連接曲線半徑等因素有關(guān)。中間站還配備有通信信號，左側(cè)驅(qū)動系統(tǒng)，因此信號設(shè)置在每個軌道的行進方向的左側(cè)。信號位置由信號與道岔中心之間的距離表示，該距離與確定污垢柱位置的相同因素有關(guān)。

最后一步是計算站中所有主要點的坐標(biāo)。有必要計算道岔、信號、污垢柱、平臺和各種房屋和建筑物的坐標(biāo)，以確定它們的位置。通過將主軌道的中心線作為基準(zhǔn)線（X軸），站點中心（通常是乘客建筑的中心線）作為邊界，并且兩個站點的主軌道中最外側(cè)道岔的中心作為坐標(biāo)原點來進行計算。站內(nèi)方向被認為是正方向，而出站方向是X軸的負方向。在Y軸上指示垂直距離，例如軌道中心線之間的距離、平臺邊緣和軌道中心線之間的距離以及各種建筑物的寬度。然后根據(jù)X軸坐標(biāo)計算軌道的有效長度和全長以及軌道鋪設(shè)的長度。

2.2 車站元素的三維建模

使用Autodesk Revit分別對中間高鐵站的所有元素進行建模，并將其存儲為Revit系列。在Revit中，每個元素都與預(yù)定義的參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并將這些參數(shù)分類為類型參數(shù)和實例參數(shù)。類型參數(shù)控制該類型元素的屬性，而實例參數(shù)控制實例屬性，類型和實例參數(shù)進一步分為不同的組。存儲在每個參數(shù)中的數(shù)據(jù)格式類型為：文本、整數(shù)、數(shù)字、長度、面積、體積、角度、URL、材質(zhì)等。高鐵中間站的要素是道岔、鐵路、污損站、信號、臥鋪、緊固裝置、客運平臺、通道、雨棚、客運大樓和貨場。

（1）道岔：通常它分為三種形狀：線接頭道岔、線交叉道岔和線接頭穿越道岔。每個道岔都有標(biāo)準(zhǔn)編號，如6、7、9、12、18、38、42等。圖1顯示了線接頭的Revit模型。

（2）導(dǎo)軌：導(dǎo)軌類型和強度用儀表單位的重量（kg/m）表示。目前，中國鐵路的主要類型為75 kg/m，60 kg/m，50 kg/m，43 kg/m和UIC60 kg/m。該研究模擬了60 kg/m的類型，如圖1所示。

（3）污垢樁：當(dāng)車輛停在軌道的污垢柱內(nèi)時，其他列車可以安全地在相鄰軌道上行駛。圖1顯示了污染后模型。

（4）通信信號：主要是指沿鐵路線協(xié)助列車運行的各設(shè)備。根據(jù)信號功能將它們分為不同類型。本文已經(jīng)建模了警告信號，如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)彎裝置的Revit模型

（5）枕木：它們通常安裝在一般路段、道岔和無碴橋上。枕木有兩種：木枕和混凝土軌枕。每種都有不同的分類。一個混凝土軌枕已經(jīng)建模為Revit系列，如圖1所示。

（6）緊固裝置：中國緊固裝置根據(jù)使用的材料分為不同類型：木質(zhì)枕木緊固件、混凝土軌枕緊固件和無碴軌道緊固件。本文已經(jīng)模擬了兩種混凝土軌枕緊固件，如圖1所示。

（7）乘客平臺：通常分為基礎(chǔ)平臺和中間平臺，并分別建模，如圖2所示。

圖2 組裝乘客平臺，通道，頂篷和乘客建筑的Revit模型

（8）通道：在基礎(chǔ)平臺和中間平臺之間，應(yīng)設(shè)置一個或兩個寬度不小于2.5 m的通道。圖2顯示了通道的Revit模型。

（9）冠層：每個站需要仔細考慮平臺需要覆蓋的程度。顯然，應(yīng)該為等候的乘客提供一些保護。如果天篷不需要走平臺的整個長度，則應(yīng)覆蓋最靠近接入點和車站建筑物的長度。本文已經(jīng)建模了一種類型的檐篷，如圖2所示。

（10）乘客大樓：乘客大樓的位置應(yīng)與城市協(xié)調(diào)，方便游客進出車站，并結(jié)合城市規(guī)劃和車站總體布局。圖2顯示了乘客建筑的Revit模型。

2.3 程序設(shè)計

在訪問數(shù)據(jù)庫中準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)則并將中間站的元素建模為單獨的Revit系列之后，實現(xiàn)擴展工具的最后一步是編碼所有設(shè)計過程。

為此，本文使用了C＃編程語言。圖3是由基于Revit的擴展工具執(zhí)行設(shè)計過程的流程圖。作為執(zhí)行該程序的結(jié)果，站設(shè)計者將以三種格式獲得計劃的站布局：3D模型、2D視圖和輸出數(shù)據(jù)表。

圖3 設(shè)計過程流程圖

3 案例效益分析

通過對某高鐵站實際案例研究的中間高鐵站進行建模，對擬議的擴展工具進行了驗證。軌道由Revit擴展工具建模。車站模型以快速靈活的方式實現(xiàn)。圖4顯示了中間高鐵站模型的不同視圖。

圖4 高鐵中間站基于Revit的模型

高鐵中間站項目是非常龐大且十分繁瑣建模的工程，從實踐意義上講具有一定的代表性。BIM的應(yīng)用解決了部分二維圖紙設(shè)計難以理解和空間想象的問題，完成了深化設(shè)計分析。BIM技術(shù)在高鐵中間站工程經(jīng)濟性方面具有實際可操作的功能和現(xiàn)實意義，隨著系統(tǒng)功能逐步完善，獲取效益的渠道也越來越多。

（1）提高方案效益。BIM技術(shù)的能夠有效增加項目各參與者間的深入溝通，為各個專業(yè)提供模型視圖。另外，利用模型數(shù)據(jù)各參與者對方案的實施與設(shè)計提供反饋意見，從而提高了各方參與分析方案的效率。

（2）提高設(shè)計和安全性效益。通過BIM車站中間站的Revit自動建模，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足，解決土建施工的安全問題，避免了因建筑布置不當(dāng)與結(jié)構(gòu)沖突而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，有效地提高了工程設(shè)計效率、安全性和施工質(zhì)量。

（3）降低資源消耗效益。BIM技術(shù)符合綠色建筑的發(fā)展。在復(fù)雜的工程設(shè)計中，工程技術(shù)人員無法通過CAD平面圖紙來確定管線的碰撞位置。實踐中發(fā)生綜合管線的碰撞情況，幾乎所有項目都要進行局部重新設(shè)計和再建設(shè)、返工造成材料損失，引起現(xiàn)場施工機械變化造成設(shè)備損失。利用BIM車站中間站的Revit自動建模，從根本上消除資源浪費、能源消耗和延誤工期造成的損失。

4 結(jié)論

在本文中提出了三維數(shù)字高鐵站的新思路，為高鐵中間站建立了一個信息豐富的模型。BIM建?？梢灾С终驹氐脑敿氄Z義，項目分散在不同工程師設(shè)計導(dǎo)致許多問題，僅依靠二維平面數(shù)據(jù)難以解決。因此，高鐵站模型的發(fā)展勢在必行。通過獲得中間高鐵站的整個三維模型，可以得出以下結(jié)論：

（1）在建模方面，設(shè)計階段得到妥善處理。使用BIM有助于消除傳統(tǒng)上與二維工程相關(guān)的大量重復(fù)和平凡任務(wù)，從而有更多時間協(xié)調(diào)和可視化工作站模型。

（2）當(dāng)設(shè)計團隊處理熟悉的圖紙視圖或三維視圖時，采用BIM的新技術(shù)將其設(shè)計信息與車站項目的所有其他表示進行協(xié)調(diào)，并進行碰撞檢測。

（3）在繁瑣、冗余、耗時且容易出錯的CAD繪圖后，具有自動文檔生成和協(xié)調(diào)能力的參數(shù)化建模技術(shù)，將重振中間高鐵站的布局過程。

展望未來會導(dǎo)致BIM虛擬高鐵站的設(shè)計和建造方法，高鐵站項目在真實進行之前將被完全模擬。BIM將提供潛在的有益站項目通過快速分析與站點生命周期性能相關(guān)的不同場景，可以獲得成果。