基于3DEXPERIENCE平台的动车运用所BIM设计

王自超

（中国铁路设计集团有限公司 机械环工院机辆所，天津 300251）

0 引言

近年来，建筑信息模型（BIM）作为我国工程建设领域大力推广的信息化技术，在工程信息化建模、工艺流程仿真、建筑施工指导、设备设施管理（FM）等方面得到各设计、施工、运营单位的重视。

我国铁路行业的BIM技术研究与应用起步于2013年，迄今为止，多家设计院、工程建设单位、高校和科研机构进行了卓有成效的研究工作。马少雄等[1-2]应用BIM技术对西安动车段进行深化设计，弥补了传统工作模式的不足；德国联邦铁路公司在新建科隆尼佩斯ICE动车段的设计中应用BIM技术模拟ICE高速列车及城际特快列车ICx的养护维修过程[3]；王明智[4]基于法国达索公司的3DEXPERIENCE平台对铁路室外管线综合（给排水系统管线）进行了BIM技术应用研究；李坤等[5]探索了地铁车站结构设计中的BIM技术应用，并将其应用于结构计算和工程量统计等；叶炜等[6]在乌鲁木齐高铁火车站项目中应用BIM技术完成了声学、光学、消防疏散、CFD空调模拟、室内设计、低碳设计等设计，并通过虚拟现实及可视化专题研究，实现了BIM技术的施工、业主、运营三方推广；高永刚等[7]在杭州东站项目中借助PKPM三维建模和三维施工模拟等系列软件，解决了工程本身结构的复杂空间关系及钢结构吊装、安装等施工方案的制定和选取，通过建立模型完善了设计、施工方案。

以上研究主要集中在高速（普速）铁路正线及城市轨道交通三维信息建模、运维等方面，较少涉及动车段（所）设计[8]。基于法国达索公司的3DEXPERIENCE平台，依托中国铁路设计集团有限公司动车运用所BIM试点项目，进行3DEXPERIENCE平台下多专业实时协同的BIM设计模式研究。

1 试点项目概况

1.1 目的

开展3DEXPERIENCE平台多专业BIM协同设计流程探索，分析BIM技术应用于高速铁路动车运用所设计、施工、运维管理等阶段的可行性，主要目的在于：

（1）探索建立完整的动车运用所BIM三维信息模型的可行性；

（2）验证全部专业均在3DEXPERIENCE平台下设计，而不涉及其他BIM软件（如Revit）的可行性；

（3）分析动车运用所BIM设计过程中各专业的配合模式；

（4）验证各专业在动车运用所设计过程中IFC和IFD标准的完整性。

1.2 范围

依托中国铁路设计集团有限公司动车运用所施工图，开展基于3DEXPERIENCE平台的BIM模型设计。设计内容包括：10线检查库、44线存车场、临修库、锅炉房、垃圾转运站等。涉及站场、房建、轨道、测绘、桥梁、给排水、暖通、电力、接触网、信号、通信、信息、供变电、机械、环保、动车等16个专业，各专业BIM设计内容见表1。

表1 各专业BIM设计内容

1.3 总体原则及项目节点划分

为统一建模思路，尽量避免各专业发生节点命名误解，编写BIM试点项目总体设计原则，规定试点项目总节点和各专业BIM建模节点的命名规则，要求试点涉及的16个专业统一采用3DEXPERIENCE 2017x平台，不得采用其他BIM软件予以辅助，以达到各专业在同一平台下协同建模的目的（见图1）。

“节点”指在3DEXPERIENCE平台下，各专业进行同一个工程项目建模时，项目总体分配给各专业的专门“区域”，各专业只允许在本专业节点下工作，不得在其他专业节点建模，但可参考和引用其他专业的建模内容（见图2）。

图1 项目节点

1.4 BIM设计流程

在3DEXPERIENCE平台下对多专业协同BIM设计流程进行梳理分析（见图3）。

1.5 标准执行

建模过程中，各专业除参考相关国家标准和本专业规范条文外，主要依据的铁路BIM标准包括《铁路工程实体结构分解指南（1.0版）》《铁路工程信息模型分类和编码标准（1.0版）》《铁路四电工程信息模型数据存储标准》《铁路工程设计信息模型表达标准（1.0版）》《铁路工程信息模型数据存储标准（1.0版）》《铁路工程信息模型交付精度标准（1.0版）》[9-13]。

1.6 标准验证

各专业在动车运用所BIM建模中，均进行不同程度的铁路BIM标准（如WBS、IFC、IFD等）的应用和验证（见图4）。

图2 “节点”和专业建模“区域”

图3 多专业BIM协同设计流程分析

2 BIM建模

测绘专业主要负责动车运用所地形模型设计，并与站场专业配合完成地形的裁剪。贴图后的三维地形曲面见图5。

站场专业主要负责场坪等模型的设计。动车运用所站场模型见图6。

轨道专业主要负责动车运用所区域整体道床模型设计（见图7）。

图4 四电IFC、IFD标准执行及验证

图5 贴图后的三维地形曲面

桥梁专业主要负责场区2处框架涵模型设计（见图8）。

房建专业主要负责动车运用所房屋模型设计。动车运用所检查库模型见图9。

给排水专业主要负责动车运用所给排水管线模型设计（见图10）。

暖通专业主要负责室内、外暖通管线模型设计。动车运用所检查库暖通管线见图11。

电力专业主要负责电力设备和电缆模型的设计。电力箱变、灯塔模型见图12。

图6 动车运用所站场模型

图7 轨道专业整体道床模型

图8 桥梁专业框架涵模型

图9 动车运用所检查库模型

图10 给排水管线模型

接触网专业主要负责接触网设备模型设计。动车运用所接触网模型见图13。

信号专业主要负责站场信号灯和转辙机等模型的设计。站场信号灯模型见图14。

通信专业主要负责站场通信设备模型设计。通信基站、视频设备模型见图15。

信息专业主要负责室内、外信息设备的建模及布置。信息设备模型见图16。

供变电专业主要负责接触网开关光纤监控装置模型设计（见图17）。

图11 动车运用所检查库暖通管线

图12 电力箱变、灯塔模型

图13 动车运用所接触网模型

图14 站场信号灯模型

图15 通信基站、视频设备模型

机械专业主要负责锅炉房内设备的建模及布置（见图18）。

环保专业主要负责垃圾转运站内设备模型设计（见图19）。

动车专业主要负责室内、外动车设备的建模及布置。检查库动车设备模型见图20。

图16 信息设备模型

图17 接触网开关光纤监控装置模型

图18 锅炉设备模型

图19 垃圾转运站设备模型

3 BIM设计模式及总体设计效果

3DEXPERIENCE平台抛弃了传统建模软件的文件、数据本地化管理模式，项目所有数据放在统一服务器中保存。计算机端实际仅安装1个客户端，类似网络云盘，只要在客户端搜索想要的资料即可直接从服务器读取并打开，如果管理员被赋予修改权限，便可直接在本地计算机中修改。同样，客户端进行文件保存时，也可直接将资料保存至服务器，而不会保存到本地计算机中（除非采用“文件导出”模式）。

图20 检查库动车设备模型

这种类似“云服务”的工作流程（见图21），其优势在于保证大量设计人员同时工作时，均可访问同一服务器的同一项目资料，且可实时查看其他专业设计内容和模型调整情况，大大简化建模流程，提高整体设计效率。

此外，3DEXPERIENCE平台采用“Catalog文件夹”模式进行专业BIM模型库的保存，并储存在服务器的一个固定模型库中，所有设计人员使用同样的模型，大大方便专业内容的统一组织和管理[8]。动车运用所BIM总体设计效果见图22。

图22 动车运用所BIM总体设计效果

4 结论与展望

基于3DEXPERIENCE平台，依托中国铁路设计集团有限公司动车运用所BIM试点项目，开展动车运用所BIM技术研究，通过梳理3DEXPERIENCE平台下的多专业实时协同BIM设计模式，得出以下主要结论：

（1）开展动车运用所的BIM技术试点研究十分必要，可为后期基于BIM技术的动车运用所设备设施运维管理研究提供基础数据支撑，并为后期探索“智能化、智慧化”动车段（所）设计提供铺垫。

（2）动车运用所BIM设计是一项复杂的系统工程，涉及站场、房建、轨道、测绘、桥梁等多达16个专业，基于3DEXPERIENCE可开展多专业的实时BIM协同设计。

（3）3DEXPERIENCE平台采用B/S和C/S结合的构架进行BIM设计，减少了文件传输，提高了设计效率。

（4）在动车运用所BIM模型基础上，配合达索DELMIA、Composer、VR等工具，可进一步深化基于3DEXPERIENCE平台的动车运用所工艺仿真、施工仿真、VR虚拟现实等技术研究。

图21 3DEXPERIENCE平台工作流程