大型铁路工程BIM设计的探索及实现

段熙宾

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)



大型铁路工程BIM设计的探索及实现

段熙宾

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

BIM技术的应用能够提升铁路工程建设技术水平及信息管理能力，也是铁路工程建设信息化的核心和方向。BIM信息模型是BIM技术应用的基础文件，设计单位在BIM技术的应用中起牵头及主导作用。在现阶段，铁路工程BIM设计多停留在单体设计的水平上，BIM技术在铁路工程中的探索及应用也停留在较为初级的阶段；针对此情况，我院在迁建西安客车段、机务段这一大型铁路工程设计过程中进行了积极探索，采用BIM技术对两段进行了全专业、全内容BIM设计，取得一定成果，为BIM技术在铁路工程中的应用积累了宝贵经验，也是我院利用BIM设计手段开展大型铁路工程设计的良好开端。

大型铁路工程；BIM设计；信息化；总图模型；综合应用

BIM技术凭借其可视化、易协同、实时模拟、可贯穿建筑全生命周期等优势被越来越多的工程从业人员接受和采用[1]。铁路工程相比民建工程，体量更大、工艺更为复杂、专业更多，对BIM技术的需求也更加迫切。BIM技术的广泛应用能够提升铁路工程建设技术水平以及信息管理的能力，也是铁路工程建设信息化的核心和方向，对铁路工程建设有着巨大的发展潜力和应用价值。随着铁路建设行业的迅速发展，传统的二维设计因其不够直观，协同性差等局限，一些领域逐渐被BIM三维设计所取代[2-4]。

BIM技术的应用，其核心文件是BIM信息模型；毫无疑问，设计单位在BIM技术的应用中起着牵头及主导作用，相比建设单位、施工单位及监理单位，设计单位更应该掌握、应用和推广BIM技术。已有的铁路工程BIM实践，多是对某个单体，如房屋、桥梁、隧道等进行BIM设计，参与设计的专业相对较少，专业间协同性不高，相比二维设计，BIM设计的优势并未显现出来，BIM技术在铁路工程中的探索也停留在较为初级的阶段。针对此情况，我院在迁建西安客车段、机务段这一大型铁路工程设计过程中，采用了BIM技术对两段进行了全专业、全内容BIM设计，取得了一定成果，也为以后BIM技术在铁路工程中的应用积累了宝贵经验[5-9]。

此次迁建西安客车段、机务段工程位于陇海下行正线里程K1067+300～K1071+000(=陇海上行正线里程K1071+180)段上、下行正线间。其中迁建西安客车段在原到达场北侧还建客车车辆段，检修总规模为30台位：其中预修5台位、架修15台位、油漆5台位(3台位油漆烘干库、2台位待油漆线)、交验5台位，段修存车线4条，备用客车存放线4条，牵出线1条，单体房屋建名13座。迁建西安机务段将原货机折返段改建为客机机务段，设机车出入段线3条、电力机车整备待班线8条，内燃机车整备待班线1条，走行线1条、越行线1条，卸油线1条，备用机车停留线2条，设84 m×24 m三线贯通式小辅库2座及其配套设施，单体房屋建名16座。采用BIM软件为欧特克公司开发的Revit 2014，Navisworks Manage 2014、InfraWorks 2014及中铁第一勘察设计院自行开发的“BIM模型应用工具”等，由西安站改总体组全专业设计人员参与进行BIM设计，其中包含站场、轨道、桥涵、车辆、机务、给排水、建筑、房建、暖通、电力、接触网、通信、信息、环保及信息网络共15个专业。BIM模型包含两段站场、轨道、接触网、室外综合管沟、管线及所有生产生活房屋，准确直观的反映了客车段、机务段建造后的实景效果(图1，图2)。更为重要的是，对此模型加以应用，可预先解决施工过程中的碰撞问题，避免造成窝工、返工及废弃工程，有效保障工期稳定；建设单位及施工单位利用BIM模型，也可对现场及项目运营后加以管理[10-12]。

图1 西安客车段、机务段全专业整合后BIM模型

图2 客车段组合车库BIM模型

1 BIM信息模型的建立及多专业整合

有别于传统二维CAD设计，BIM设计各专业除需建立本专业模型外，还需考虑本专业内容三维空间位置以便于后期各专业整合模型，客车段、车辆段BIM设计各专业内容体量均较大，后期在多专业整合软件中调整各专业模型位置并不容易实现，所以BIM设计时对前期总图或者总图模型依赖程度较高，需要较高的精度。

1.1 建立初步总图BIM模型

车辆及机务专业作为客车段及机务段总体专业，向站场专业提供两段工艺总平面布置图(DWG格式)，向房建专业提供各个单体房屋的平面布置图及层高要求(DWG格式)；站场专业确定两段场坪绝对高程分布，定位项目原点，修改完善两段总平面布置(DWG格式)，并将其导入Revit 2014中，将项目原点与Revit平面中项目基点位置相重合，在Revit中制作实际场坪模型，将此模型文件(RVT格式)提供给房建专业；房建专业在场坪模型中添加各个单体房屋轴网布置，确定室内外高差，明确各个房屋±0.000的绝对高程，将带房屋轴网布置的场坪模型(RVT格式)返给站场专业，由站场专业将此模型发布给各专业，并向各专业发布项目原点位置，具备设计条件的专业可据此在Revit中展开设计。

1.2 带房屋模型的总图模型

在总图BIM模型的基础上，房建专业利用Revit 2014中的复制/监视命令将各个房屋单体轴网均按建名拆分为单个模型(RVT格式)，确保每个模型中房屋轴网与总图模型中位置及高程完全重合；在各个单体轴网模型中完成建筑粗模的布置(包含轴网、楼层、墙体、门窗、房屋名称及建筑做法)，提供至站后专业，站后专业据此展开设计。房建专业将1.1中建立的总图BIM模型作为基础文件，链接各个单体建筑粗模，并将包含建筑粗模的总图模型发布给各个专业，至此各专业已具备设计条件，均可在Revit 2014中展开设计。

1.3 带综合管沟、检查井及桥涵布置的总图模型

暖通专业完成本专业室外管线在1.2中总图模型中的布置，并将此模型(RVT格式)提供给各个室外管线专业，管线专业参考暖通专业室外管线走向，添加本专业管线布置，并将布置完成后的模型(RVT格式)提供至总体专业；总体专业根据室外管线专业所提供模型进行综合管沟设计，确定综合管沟、检查井及桥涵断面尺寸，然后将尺寸(DWG格式)提供给房建和桥涵专业，房建及桥涵专业据此完成管沟、检查井及桥涵族的制作(RFA格式)，将其返给总体专业，总体专业确定各综合管沟、检查井及管涵的埋深及走向，完成带综合管沟、检查井及桥涵布置的总图模型(RVT格式)。

1.4 室外管线布置

总体专业向各个管线专业提供1.3中完成的总图模型，并向各管线专业提供所有的管沟断面布置(DWG格式，包含各个专业管线在管沟中的准确定位)；各管线专业调整本专业室外管线布置并返给总体专业，总体专业牵头完成室外综合管沟、检查井及桥涵中管线布置。两段局部地下管沟、管线BIM模型见图3。

图3 两段局部地下管沟、管线BIM模型

1.5 全专业模型整合

全专业模型采用Navisworks Manage 2014进行整合。总体专业牵头整合室外站场、轨道、接触网、综合管沟、管线等模型，房建专业牵头整合各个单体房屋建筑、结构及水暖电模型；最终完成迁建西安客车段、机务段全专业全内容BIM模型[13]。

2 BIM信息模型的应用

2.1 碰撞检测

碰撞检测的主要目的是基于各专业模型，应用BIM 软件检查设计阶段的碰撞，完成项目模型内各种管线、构筑物三维协同设计工作，以避免空间冲突[14]，尽可能减少碰撞，避免设计错误影响到施工阶段。此次迁建西安客车段、机务段BIM模型碰撞检测采用Navisworks Manage 2014。见图4。

图4 检修库内承台侵入不落轮镟坑内

碰撞检测分室外各专业模型(图5)及各个单体房屋模型分别进行碰撞检测，设定冲突检测的基本原则，如：将铁路限界作为软碰撞公差以检查是否侵入限界，将硬碰撞公差设为0以检查构筑物相碰。使用Navisworks Manage 2014，检查发现两两专业BIM模型中的冲突和碰撞，编写碰撞检测报告，并提出解决方案。随后逐一调整模型，确保各专业之间的冲突与碰撞问题得到解决。

图5 室外有压管对排水管的避让

2.2 生成二维图纸

在现有铁路工程设计环境下，二维图纸仍然是设计院的主要设计成果，在二维设计至BIM设计过渡的阶段中，无疑AutoDesk CAD依然发挥着重要作用。由BIM模型转化为二维DWG之前，可在Revit 2014依次完成对模型图元进行尺寸标注及注释说明、图层设计、创建标准图框、图纸目录的建立和整体布局要求之后，导出DWG格式的图纸(图6)；也可直接导出DWG格式的图纸，在CAD中编辑完成剩余图纸工作。

图6 BIM模型生成二维平面

3 建议及展望

结合迁建西安客车段、机务段BIM设计，在以后的BIM设计中，需特别注意以下问题。

3.1 重视总图模型

传统二维设计，各专业只对本专业内容进行设计，表达方式，图纸比例各不相同，这就造成了各专业间协同设计沟通不畅，效果不佳，最终容易将设计过程中的失误传递至施工阶段。而BIM设计采用实体建模，各专业模型整合后进行碰撞检测，获得结果直观、准确、迅速，但这一切的前提是各专业模型内容定位精准，所以设计前期确定总图模型显得尤为必要。

3.2 认识铁路BIM模型整合的特殊性

一般民建工程BIM设计在各专业模型进行整合时，多采用Revit 2014；而铁路工程因为其体量大、参与专业多的特点，利用Revit 2014显得力不从心；在此次实践过程中，采用Navisworks Manage 2014进行整合模型及碰撞检测，效果较为理想。在以后的铁路工程BIM设计中可采用“专业内利用Revit 2014工作集进行划分、专业间采用Navisworks Manage 2014进行整合”的策略。

3.3 善用传统二维CAD软件

传统二维CAD设计已非常成熟，设计插件及相关接口软件也很丰富，在现阶段依然为大部分设计人员所采用。在铁路工程设计行业向BIM设计过渡的过程中，依然发挥着重要的作用。如何将BIM设计与二维CAD设计相结合，取长补短，也是一个亟需研究的课题。

3.4 铁路BIM设计展望

BIM技术作为铁路工程新兴的设计手段，尚无相关规范规程可依，仍然需要在今后的设计过程中大量的总结经验及方法，方兴未艾[15]。

4 结语

在迁建西安客车段、机务段工程BIM设计过程中，采用“AutoDesk Revit 2014建模，Autodesk NavisWorks Manage 2014进行整合”的设计思路，实现了两段所有构筑物的建模及精确定位，同时各专业均完成本专业内容工程量计算、碰撞检测及二维图纸生成等工作，并已将室外综合管沟碰撞检测及修改的结果反馈至施工单位，避免了后续废弃工程的出现。本次探索及应用为我院在大型铁路工程BIM设计领域积累了宝贵经验，也是我院利用BIM设计手段开展大型铁路工程设计的良好开端。

[1] 卢春房.铁路建设项目标准化管理[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[2] 清华大学BIM课题组.设计企业BIM实施标准指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3] 中国铁路BIM联盟.铁路工程实体结构分解指南(1.0版)[M]. 北京：中国铁路BIM联盟，2015.

[4] 中国铁路BIM联盟.铁路工程信息模型分类和编码标准(1.0版) [M].北京：中国铁路BIM联盟，2015.

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[6] 刘彦明，李志彪.BIM技术在铁路设计中的推广应用[J].铁路技术创新，2015(3):51-54.

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[8] 王浩.BIM技术在铁路工程设计应用中的现状及前景分析[J].工程建设与设计，2015(12):94-96.

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[14]高继传，江文化. 三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨[J].铁道标准设计，2015(7):134-137.

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Exploration and Realization of BIM Design of Large-scale Railway Engineering

DUAN Xi-bin

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

The application of BIM technology can improve railway engineering construction and information management and proves to be the core and direction of the railway engineering construction informatization. The information model is the foundation of the application of BIM technology and design institutes take the lead and play a leading role in the application of BIM technology. At the present stage， the railway engineering BIM design remains for simplex design and the exploration and application of BIM technology in railway engineering remains at an initial stage. In view of this circumstance， our institute focuses on Xi’an passenger train depot and locomotive depot of large-scale railway engineering， uses BIM technology in every details of the design and obtains certain achievements. We have accumulated invaluable experiences on the application of BIM technology in railway engineering， which marks a good start of our institute to use BIM design tool to carry out large-scale railway engineering design．

Large-scale railway engineering; BIM design; Informatization; General layout model; Comprehensive application

2016-04-20；

2016-05-06

段熙宾(1987—)，男，工程师，2011年毕业于武汉大学结构

工程专业，工学硕士，E-mail：duanxb1943@163.com。

1004-2954(2016)12-0124-04

U212; TU201.4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.027