BIM技术在铁路中小车站给排水工程中的应用

■ 王明智

BIM技术在铁路中小车站给排水工程中的应用

■ 王明智

铁路中小车站距离城镇中心区域较远，在给排水工程设计中，既要满足铁路运输生产、生活用水的需求，又要确保设计能够符合国家对环境保护的要求。应用BIM技术不仅能够避免传统设计模式带来的问题，还可以提高设计质量、缩短工程周期，从全生命周期对铁路中小车站给排水工程进行全面管理。

BIM技术；铁路；中小车站；给排水

0 引言

铁路设计是一个多专业协同的复杂工程，需要项目设计团队内部密切配合，互提上下序资料，共同完成工程项目。给排水专业作为铁路设计专业的一部分，在中小车站主要负责给排水管道及附属构筑物、污水处理站、给水所的设计。

在铁路中小车站给排水设计中应用BIM技术，将虚拟的三维模型信息共享到统一平台，各专业通过需求在平台上直观提取所需内容，最终实现协同设计。BIM技术的应用不仅能够方便进行碰撞检查，生成解决方案，在施工前解决相关问题，还有助于在复杂地形中进行污水处理站的选址和方案设计，并能通过建造模型指导施工和运营。

1 传统设计模式与BIM技术比较

1.1 传统设计模式

传统设计模式下，给排水设计在CAD平台下开展工作，专业设计人员使用理正给排水和鸿业市政管线软件辅助设计，将设计理念构造的三维模型表现在二维图纸中，同时考虑与暖通专业的衔接，与车站房屋、电力与通信等管线之间的位置信息，尽量不出现碰撞冲突。传统设计模式存在以下问题：

（1）各专业均有各自不同的平台，沟通不及时、不顺畅。在设计过程中，变更设计难以避免，一个专业更改的内容可能会造成相关专业大的变更。铁路中小车站数量多、位置分散，当上序暖通专业的某几个车站房屋的室内给排水管道接口位置或管道的管径发生变化时，分车站各房屋类型将纸质资料下序文件重新提交，技术人员需要分别打开各车站、各房屋的图纸，按照提交资料在CAD图纸上核实后重新计算修改。这种模式往往存在反复变更，在工程设计中非常普遍，在人力、时间上造成浪费，影响设计效率。

（2）设计意图难以通过图纸明确表现。给排水管线设计图纸上标明管线的走向，管道、管径、埋深等信息，但在具体实施过程中，施工技术员在复杂的现场情况下对二维设计图纸和文字说明的理解完全取决于施工人员的水平和经验，对于管线碰撞交叉解决方案一般都在现场解决，设计意图得不到合理实现。

（3）设计成果难以在运维过程中有效利用。铁路车站设计建造完成后，会多次养护维修，在此过程中，埋设在地下的管线很难通过二维图纸表述清楚，给后续改造设计带来困难，也为养护维修增加了难度。

1.2 BIM技术的应用

应用BIM技术解决上述问题，在以下几个方面有明显优势：

（1）在参数化设计和协同设计中优势明显。给排水内容在设计后，BIM模型能够汇总全部的信息，如某个消防泵房或污水泵房内水泵的用电量信息发生变化时，电力专业相关负荷计算也会随之更新。协同设计中任何一方修改了设计，其他相关专业技术人员也能实时准确了解修改结果，与之相关的信息在提示后根据要求联动更新，提高了生产效率。

（2）管道综合设计中表现管道真实空间状态，便于进行碰撞检测。碰撞分为硬碰撞和软碰撞。硬碰撞指碰撞发生在物理意义上；软碰撞指使用空间、安装及检修的校核［1］。在检测过程中，设计师不但能将模型当中所发生的冲突碰撞直接观看，还能够利用相关模块进行碰撞检测。

（3）在指导施工和运营维护方面发挥巨大作用。给排水专业管线及附属构筑物在BIM平台中真实展现，施工单位根据BIM成果指导施工，实现设计与施工无缝对接。在运营维护过程中，管线、构筑物及给排水设备等信息可供管理人员随时调取，改造后及时更新BIM信息，为运营单位提供了方便。

2 BIM软件应用情况

目前，在铁路给排水专业设计方面，Autodesk公司的Revit MEP、Dassault systemes公司的CATIA等软件均能够满足设计要求。

2.1 Revit MEP

Revit MEP在民用建筑市场借助AutoCAD的天然优势，市场使用率较高，对一个中小车站的室内建筑给排水设计，借助真实管线进行准确建模，能够实现智能而直观的设计流程。

Revit中所有模块和编辑类型以族的方式存在并提供常用的模块族，如室内的消火栓、喷头等。管道族作为给排水专业重要的组成部分，Revit为其提供了非常便捷的支持，通过复制编辑管道这个系统族，可创建项目所需的各种材质、管径的管道，在管道编辑中还有布管系统配置项，能够编辑采用何种管件来连接管道，如弯头、三通等［2］。模块族能够根据软件提供的族块制作样本去不断扩充，在实际工程中不断积累，该软件在建筑行业应用广泛，在室内建筑给排水设计有一定优势。对于一个车站工点，如果全专业均采用Revit在一个平台下开展设计研究是能够满足要求的。2.2 CATIA

CATIA是全球最高端的机械设计制造软件，在航空、航天、汽车等领域具有接近垄断的地位，应用于工程建设中，对复杂模型的表现与管理能力相比传统建筑类软件更有优势。在铁路设计中，涉及的专业多、范围广，为实现铁路项目全专业协同，在铁路中小车站给排水设计中使用与站前专业相同的平台软件，更加符合BIM技术的初衷。CATIA主要优势包括：

（1）全专业在一个平台下工作，专业设计模型能够实时显示，并根据专业需要提取所需要的信息，采用CATIA“骨架驱动”的概念，实现专业修改后，各专业相关的内容联动修改，提高工作效率。

（2）CATIA旗下的Piping &Tubing 3D Design管路模块有强大的管路绘制功能，在铁路中小车站的给排水专业设计中能够方便地绘制给水、中水、雨水、污水等管道模型，并赋予不同的颜色，能直观显示管道之间的相对位置（见图1）。图1中绿色代表给水管道、黄色代表污水管道、红色代表消防管道，可通过Interference Check模块检测管道之间的碰撞问题，并提供问题报告。

图1 中小车站给排水及附属构筑物三维实体图

（3）CATIA强大的建模功能可以方便专业人员根据设计院通用图集和国标图集制作模型库，建立一系列给水、排水构筑物模型库：①排水构筑物模型库。包含污水检查井、溢流井及化粪池等。②给水构筑物模型库。包含水表井、消火栓井、阀门井、给水栓、圆形蓄水池和矩形蓄水池等。专业技术人员在工程实践中不断扩充积累专业模型，最终形成铁路行业专业模型库。

CATIA虽然刚刚走入铁路行业市场，在铁道第三勘察设计院集团有限公司的试点工程进行了CATIA平台下全专业协同设计的探索，取得了一定成果。但由于CATIA没有铁路给排水设计方面的模板库，需要专业技术人员随着工程实践的开展慢慢积累。

3 存在的问题

BIM技术在铁路设计中的应用受到越来越多专家和设计师的重视，其优势也被肯定。然而，BIM技术在中小型铁路车站中给排水中的运用仍处于起步探索阶段，存在以下几方面问题：

（1）未形成专业标准。目前，铁路工程信息模型数据存储标准1.0版已经编制完成，在阳大铁路工程进行了试点研究，但仅为站前专业标准，给排水专业在铁路行业还没有数据存储标准。

（2）专业软件本土化仍需要时间去提升。CATIA从机械行业跨越到铁路行业，需要和铁路设计研究单位去合作，掌握用户需求，不断完善。Revit也缺乏符合铁路设计要求相应的管道、设备、构筑物等模型库。

（3）专业计算功能有待完善。BIM技术的发展是不断发展，不断改进的过程，铁路给排水计算，特别是难度较大的平差计算，在二维辅助设计软件的帮助下能够进行快速计算与标准，但在三维设计的BIM技术中有待进一步开发，利用专业软件将模型信息提取后进行平差计算，将计算后信息赋在模型信息中，供设计者使用。

（4）成果的交付。使用BIM建立的模型，如果按照传统的二维出图方式，需要进行格式转换后提交业主或施工单位实施。这种情况出现在BIM使用的过渡期，未来的发展应该是BIM成果的三维交付，以何种形式交付有待进一步研究。

4 结束语

目前，铁路给排水设计还是以CAD为主导，但BIM技术的巨大优势显而易见，并势必带来一次新的技术革命。铁路给排水设计必须适应铁路“高可靠，少维修”的形势［3］，积极探索研究，建设一系列系统而专业的标准、规程，指导BIM技术规范合理地运用。随着BIM软件专业设计模块的不断丰富，势必会告别二维绘图时代，使设计效率和质量再上新台阶［4］。

［1］ 赵吉. 探索BIM在建筑给排水工程设计中的应用［J］. 中华居民，2013（9）：102-103.

［2］ 袁俊. 运用Revit2013建立建筑给排水BIM信息模型的技术探讨［J］. 中国居民，2013（5）：65-66.

［3］ 武志强，张松岩. 新建铁路中小车站给排水设计探讨［J］.给水排水，2005（7）：111-112.

［4］ 张雪才. BIM技术在铁路设计行业的应用研究［J］. 铁路技术创新，2014（5）：14-18.

王明智：铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师，天津，300251

责任编辑 苑晓蒙

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