城市軌道交通通信信號BIM技術(shù)應用研究

戎志立

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司）

1 引言

城市軌道交通是重要的基礎設施工程，如何提高工程設計水平、保證施工質(zhì)量成為亟待解決的問題。BIM技術(shù)在建筑工程領域的實踐推廣已經(jīng)初見成效，相較于發(fā)達國家，我國城市軌道交通BIM技術(shù)應用仍處于初級階段，需要在現(xiàn)有的基礎上進一步探索創(chuàng)新，充分利用BIM軟件平臺，理順設計流程，完善族庫建設，實現(xiàn)設計效果的可視化展示，并提供準確的工程量統(tǒng)計表和深化圖紙，為后續(xù)項目專業(yè)設計提供借鑒參考。

2 BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應用情況

2.1 BIM技術(shù)概念內(nèi)涵

BIM即建筑信息模型，利用數(shù)字化技術(shù)，建立信息完整、與實際情況一致的三維模型，實現(xiàn)了項目物理和功能特性的數(shù)字化表達，將不同建設階段的各種信息集合在一個三維模型數(shù)據(jù)庫中，提供了信息交換和共享的平臺，方便各相關(guān)單位協(xié)同作業(yè)，降低了溝通成本，提高了合作效率。BIM技術(shù)的應用代表著現(xiàn)代建筑工程行業(yè)的信息化、數(shù)字化發(fā)展方向，BIM技術(shù)具有諸多優(yōu)點，主要表現(xiàn)在可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等。其中，可視化指的是在整個項目建設過程中建筑實體情況及相關(guān)屬性信息都可以在模型中直觀體現(xiàn)，不必通過二維圖紙再去構(gòu)思遐想，降低了理解難度，能夠為溝通、協(xié)調(diào)、決策提供科學依據(jù)。協(xié)調(diào)性主要體現(xiàn)在不同專業(yè)協(xié)同設計上，而且無論是業(yè)主還是設計單位、施工單位，都可以通過BIM模型參與到設計工作中來，同時，對于不同專業(yè)之間的碰撞問題進行有效協(xié)調(diào)。模擬性指的是BIM模型不僅能夠模擬建筑實體，而且也可以模擬實驗模擬、招標模擬、施工模擬、運營模擬，通過提前模擬預測，解決不同階段可能會遇到的問題。優(yōu)化性指的是利用BIM技術(shù)可以對復雜項目、復雜問題進行優(yōu)化分析，在有限的時間內(nèi)找到最優(yōu)解決方案?？沙鰣D性指的是通過BIM模型可以直接展示輸出各專業(yè)、各部位二維圖紙，使工程表達更加清晰、詳細[1]。

2.2 應用情況分析

在許多發(fā)達國家，BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中得到了廣泛的應用，包括優(yōu)化設計、模擬分析、組織施工、運營管理等各個方面，比如英國、美國、法國、德國、加拿大，均獲得了不錯的應用效果，有利于減少資源浪費、控制建設成本。我國的BIM技術(shù)應用推廣起步較晚，在經(jīng)濟發(fā)達城市得到了一定程度的應用，北京地鐵9號線豐臺科技園站是首個案例，從工程建設全階段的角度出發(fā)，建立了專業(yè)的集成信息化模型，應用BIM技術(shù)進行綜合管線出圖、施工進度模擬等方面，上海地鐵17號線工程建設中BIM技術(shù)應用更為廣泛，包括場地環(huán)境仿真模擬、土建主體及圍護結(jié)構(gòu)建模、綜合管線檢查、復核工程量、設備運維管理等，隨著技術(shù)研究的不斷深入及相關(guān)實踐經(jīng)驗的積累總結(jié)，BIM技術(shù)在我國城市軌道交通工程中將會得到進一步的應用。

3 城市軌道交通通信信號專業(yè)設計中BIM技術(shù)的應用

為了推動城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展，相關(guān)部門已經(jīng)出臺了BIM技術(shù)應用指南，明確了BIM技術(shù)在城市軌道交通信號專業(yè)的應用方向，有利于加快信息化建設步伐。在實際應用過程中，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范嚴格控制技術(shù)應用要點，保證信號設計方案的科學性、合理性、可行性，同時，借鑒建筑行業(yè)已有BIM標準成果，結(jié)合城市軌道交通信號工程特點，不斷規(guī)范信號專業(yè)設計中的BIM技術(shù)應用標準體系，提高技術(shù)應用的可參考性和可推廣性。

3.1 通信信號專業(yè)BIM正向設計

由于某些特殊原因，在相關(guān)領域的設計中存在著由實物反推圖紙的階段，即所謂的逆向設計方法，該設計方法缺乏合理性，而且產(chǎn)生的正向促進作用非常有限，在國際化、市場化的今天顯然不合時宜，尤其是在建筑工程同質(zhì)化嚴重的情況下，必須加強設計創(chuàng)新，進行完整的正向設計活動。利用BIM技術(shù)，可以更好開展正向設計，建立協(xié)同設計工作平臺，不斷積累構(gòu)件庫，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標準，完成模塊化、參數(shù)化建模，并進行二維出圖、工程量統(tǒng)計等相關(guān)工作[2]。

明確正向設計構(gòu)件要求，搭建正向設計構(gòu)件庫雛形。樣板文件是按照相關(guān)標準統(tǒng)一設置的，不可隨意修改，使用正向設計樣板文件創(chuàng)建模型，能夠更好地滿足項目實施標準和二維出圖標準，為多專業(yè)協(xié)同設計提供條件，有效減少設計人員的重復工作，加快出圖質(zhì)量和效率。使用協(xié)同設計軟件，創(chuàng)建設計階段模型，協(xié)同設計軟件基于互聯(lián)網(wǎng)使用Revit工作集，可以實現(xiàn)通信信號專業(yè)人員的跨區(qū)域靈活建模，使通信信號專業(yè)模型統(tǒng)一顯示在一個模型文件中，加強了通信信號專業(yè)間的協(xié)同設計和溝通效率，這種合作模式比較適用于多專業(yè)單體項目。建筑模型提資應滿足安裝專業(yè)要求創(chuàng)建，包括墻、構(gòu)造柱、圈梁、門、窗、房間命名、建筑標高標注等圖元。結(jié)構(gòu)模型提資應為結(jié)構(gòu)竣工驗收封裝模型，需將結(jié)構(gòu)模型以鏈接的形式鏈接到協(xié)同設計軟件創(chuàng)建的中心模型中，給通信、信號專業(yè)進行參考。通信、信號專業(yè)按提資要求在協(xié)同設計軟件的中心文件中創(chuàng)建模型，然后根據(jù)通信、信號專業(yè)的提資模型統(tǒng)一調(diào)整管綜模型。管綜模型經(jīng)審核通過后組織通信、信號專業(yè)人員集中辦公，通信、信號專業(yè)人員對管綜模型無異議后進行模型封裝驗收，模型封裝驗收后，無特殊情況不允許修改。管綜模型封裝驗收后，通信、信號專業(yè)按正向設計出圖范圍在協(xié)同設計軟件管綜模型中直接出圖，正向設計出圖范圍不包括的，如系統(tǒng)圖、CAD圖層等，需在CAD中補充。出圖完成后，需對模型與圖紙一致性進行審核，確認無誤后，設計人員可進行送審流程，如送審有調(diào)整意見，需按意見修改模型后重新在模型中出圖，送審無問題后正向設計流程結(jié)束。

3.2 信號專業(yè)BIM技術(shù)應用要點

3.2.1 流程設計

作為城市軌道交通站后系統(tǒng)的重要組成部分之一，信號專業(yè)設計應該與建筑、結(jié)構(gòu)、隧道、橋梁、軌道、動照、暖通、通信、給排水、BAS、FAS等多個專業(yè)協(xié)調(diào)進行。現(xiàn)階段，城市軌道交通信號工程設計主要采用二維交付的方式，由于平面設計圖紙存在理解困難、信息關(guān)聯(lián)度低等問題，很容易出現(xiàn)設計與施工的矛盾，比如，信號設備侵入限界，無法滿足安裝條件，與其他專業(yè)設備碰撞，等等，如果沒有在設計階段解決，很容易出現(xiàn)返工、誤工的情況，不利于工程進度和費用成本的控制，容易引發(fā)不必要的沖突。利用BIM技術(shù)進行信號專業(yè)建模，必須保證模型能夠滿足設計要求，現(xiàn)階段，主流BIM軟件平臺均提供了二次開發(fā)接口，信號專業(yè)設計可以在平臺上開發(fā)插件，通過專業(yè)計算軟件和BIM軟件的有效配合，提高設計質(zhì)量和效率。同時，組建完善設備族庫，調(diào)用相關(guān)設備模型進行優(yōu)化布置，可以通過三維視圖直觀的檢查設備布置效果，并結(jié)合其他專業(yè)模型，實現(xiàn)信號設備的準確定位，避免出現(xiàn)位置、角度等方面的碰撞關(guān)系，最后，進行工程量統(tǒng)計，輸出平面圖紙，為后續(xù)的采購、施工、管理工作提供依據(jù)。

3.2.2 族庫建設

Revit軟件平臺中的所有圖元都是基于族的，每個族都能定義多種類型，而每種類型又可以蘊含不同參數(shù)信息，最終形成項目構(gòu)件。信號專業(yè)族模型設計需要根據(jù)信號設備廠商提供的技術(shù)參數(shù)針對不同類型設備展開建模活動，并逐漸擴充成信號專業(yè)特有的模型族庫，在設計過程中，只需要調(diào)用提前設計好的族模型即可，并根據(jù)實際要求參數(shù)化配置設備信息，實現(xiàn)該設備的重新設置，這樣能夠有效提高設計效率。城市軌道交通信號系統(tǒng)包含了眾多的設備類型，為了方便管理，可以根據(jù)相關(guān)標準進行科學分類，通常情況下，將信號設備模型族庫劃分為信號室內(nèi)設備模型和信號室外設備模型，其中，信號室內(nèi)設備模型包括智能電源屏、UPS電源、穩(wěn)壓柜、組合柜、信號配電箱等，而信號室外設備模型包括信號機、轉(zhuǎn)轍機、軌旁箱盒等，根據(jù)所用設備實體尺寸進行模型參數(shù)化設計，盡可能使三維模型全面反映設備真實情況，并結(jié)合不同業(yè)主和廠商的相關(guān)要求加以調(diào)整修改，為設備布置提供有利條件。另外，利用BIM技術(shù)，能夠?qū)⒆迥Ｐ完P(guān)聯(lián)其他附加非幾何類型屬性信息，比如，各類設備規(guī)格型號，設備配置連接關(guān)系，系統(tǒng)屬性，等等，能夠?qū)⒃O備特性直觀的展現(xiàn)出來。目前為止，城市軌道交通信號專業(yè)沒有完善的設備通用族庫，需要根據(jù)實際情況創(chuàng)建設備模型專用族，必須加強信號設備通用族庫建設，通過有效的族模型文件管理，方便設計人員直接調(diào)用各種設備模型，這樣可以節(jié)省族庫建設的時間，提高設計效率。

3.2.3 可視化展示

將設計好的族模型載入到項目文件中，開始進行信號室內(nèi)設備布置，根據(jù)機房的實際情況，合理優(yōu)化布局，按照檢修需求預留檢修空間，并通過三維視圖從多個角度查看機房內(nèi)信號設備的布置效果，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以隨時進行優(yōu)化調(diào)整。另外，利用漫游功能，可以在信號設備機房模型中以第一視角查看室內(nèi)設備布置情況，模擬施工過程，提前發(fā)現(xiàn)施工問題，通過前期的優(yōu)化設計，有效減少施工矛盾和沖突。

3.2.4 出圖與統(tǒng)計

利用BIM技術(shù)，可以自動進行工程量統(tǒng)計，提供工程量清單，減少人為計算可能產(chǎn)生的誤差和錯誤，而且利用BIM技術(shù)的參數(shù)化特性，在模型中的任意修改都會同步調(diào)整更新工程量表，保證了工程量統(tǒng)計的實時性和有效性。利用BIM技術(shù)，可以進行信號工程各種圖紙設計，包括信號設備平面布置圖、信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、室外信號設備光電纜徑路圖，等等，以光電纜徑路圖設計為例，能夠精準定位光電纜的敷設走向以及部分特殊區(qū)域線纜過軌位置，通過BIM模型，可以輸出需要的二維平面圖，在任何部位剖切都會得到設計詳圖，從而為技術(shù)交底和專業(yè)施工提供科學指導。

4 結(jié)語

綜上所述，在城市軌道交通工程項目中運用BIM技術(shù)，可以更好協(xié)同各參建方，減少工程設計和施工的錯誤，充分發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢，有利于改變傳統(tǒng)設計理念和設計模式存在的不足，更好地輔助通信信號專業(yè)設計?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在城市軌道交通通信信號專業(yè)中的應用尚不成熟，缺乏完善的規(guī)范標準，需要積極探索實踐，結(jié)合其他相關(guān)行業(yè)的應用經(jīng)驗，加快標準化建設，提升專業(yè)應用能力，實現(xiàn)城市軌道交通行業(yè)的設計革新。