王明生，彭興東

WANG Ming-sheng1，PENG Xing-dong2

（1.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043；2.石家莊鐵道大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，河北石家莊050043）

(1.School of Civil Engineering， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China； 2.School of Traffic and Transportation， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China)

BIM 技術(shù)在鐵路站場(chǎng)中的應(yīng)用探討

王明生1，彭興東2

WANG Ming-sheng1，PENG Xing-dong2

（1.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043；2.石家莊鐵道大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，河北石家莊050043）

(1.School of Civil Engineering， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China； 2.School of Traffic and Transportation， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， Hebei， China)

通過(guò)闡述鐵路站場(chǎng)BIM技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，針對(duì)鐵路站場(chǎng)應(yīng)用BIM技術(shù)具有的模型信息完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性等特點(diǎn)，分析鐵路站場(chǎng)BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提出鐵路站場(chǎng)前期階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建，進(jìn)一步從站場(chǎng)設(shè)備構(gòu)件的創(chuàng)建、站場(chǎng)BIM模型的建立、參數(shù)信息的添加、站場(chǎng)工程量的統(tǒng)計(jì)等方面，探討鐵路站場(chǎng)三維BIM模型的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)。

BIM；鐵路站場(chǎng)；全生命周期

1 鐵路站場(chǎng) BIM 技術(shù)應(yīng)用

1.1 現(xiàn)狀

BIM (Building Information Modeling，建筑信息模型) 起源于 20 世紀(jì) 70 年代的美國(guó)，最初由建筑行業(yè)提出，隨后逐漸拓展到整個(gè)工程建設(shè)領(lǐng)域，并作為一種全新的技術(shù)正在快速推進(jìn)建設(shè)工程的發(fā)展，歐美、日本等許多國(guó)家已經(jīng)在建筑行業(yè)提出應(yīng)用 BIM 技術(shù)的要求，建立了相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[1]。我國(guó)引用 BIM 技術(shù)起步較晚，經(jīng)過(guò)十幾年的努力探索，BIM 技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)建筑、水電等行業(yè)中日趨成熟[2]。但是，與建筑、水電等行業(yè)相比，在整個(gè)鐵路行業(yè)，特別是鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)應(yīng)用主要集中在設(shè)計(jì)階段[3]，在鐵路站場(chǎng)中的應(yīng)用則處于初步階段。鐵路站場(chǎng)包括編組場(chǎng)、到發(fā)場(chǎng)、調(diào)車場(chǎng)、工務(wù)段、機(jī)務(wù)段等部分，涉及正線、到發(fā)線、貨物線及各類機(jī)車、道岔、信號(hào)、電力等設(shè)施設(shè)備，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而只有少量鐵路站房設(shè)計(jì)應(yīng)用了 BIM 技術(shù)，而站場(chǎng)內(nèi)整體 BIM 技術(shù)的應(yīng)用很難實(shí)現(xiàn)，相關(guān)圖紙僅局限于二維圖紙顯示，從整體上不能直觀、真實(shí)地展現(xiàn)設(shè)計(jì)者的思路。另外，與站場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案比較、優(yōu)化及改動(dòng)需要依賴圖紙，工作量大并且繁瑣。此外，設(shè)計(jì)方、施工方、運(yùn)營(yíng)方不能基于一個(gè)工作平臺(tái)開展工作，也容易產(chǎn)生“信息孤島”。

1.2 鐵路站場(chǎng) BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在鐵路站場(chǎng)中應(yīng)用 BIM，能夠建立一個(gè)包含站場(chǎng)項(xiàng)目所有幾何尺寸、結(jié)構(gòu)功能和空間關(guān)系的參數(shù)化、可聯(lián)動(dòng)修改的三維模型，在項(xiàng)目的規(guī)劃階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，使各個(gè)不同參與方能夠根據(jù)自身需要提取相關(guān)信息，并基于同一三維信息模型進(jìn)行協(xié)同工作。BIM 在項(xiàng)目全生命周期中的信息共享如圖1 所示。

鐵路站場(chǎng)應(yīng)用 BIM 技術(shù)有以下主要特點(diǎn)。

（1）模型信息的完備性。包含站場(chǎng)中各個(gè)對(duì)象的空間信息、幾何信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系，如站房、股道、線路的空間位置；軌枕、鋼軌、道岔等構(gòu)件的材料信息和工程性能；信號(hào)設(shè)備和供電設(shè)備的類型；工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)信息及對(duì)象間的邏輯關(guān)系等。

（2）模型信息的關(guān)聯(lián)性。模型中的對(duì)象相互識(shí)別與關(guān)聯(lián)[4]，當(dāng)模型中的某個(gè)對(duì)象如股道與站臺(tái)間的位置距離，股道間距離，信號(hào)設(shè)備的位置，軌枕、鋼軌在線路上的位置等發(fā)生變化時(shí)，與其相關(guān)聯(lián)的對(duì)象將做出相應(yīng)的變化調(diào)整并且保持及時(shí)更新。

圖1 BIM 在項(xiàng)目全生命周期中的信息共享

（3）模型信息的一致性。在站場(chǎng)項(xiàng)目全生命周期的不同階段，站場(chǎng)模型所存儲(chǔ)的信息保持一致[5]，針對(duì)不同階段的不同需求，只需要在原有模型信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和擴(kuò)充，省去重新建模的繁瑣，避免不同階段信息不一致帶來(lái)嚴(yán)重后果。

綜上所述，利用 BIM 技術(shù)的理念，建立站場(chǎng)項(xiàng)目全生命周期信息模型，可以使站場(chǎng)設(shè)計(jì)更加直觀化、信息化、合理化，用一種全新的設(shè)計(jì)理念打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)弊端，在方法和觀念上取得突破。

1.3 鐵路站場(chǎng) BIM 技術(shù)應(yīng)用構(gòu)建

BIM 技術(shù)的核心在于項(xiàng)目全生命周期的模型信息及模型信息的共享與更新[6]，該核心來(lái)源于傳統(tǒng)意義上對(duì)一般房屋建筑的整體構(gòu)想，即從整體到局部的分階段、分層次的規(guī)劃設(shè)計(jì)，從宏觀到細(xì)節(jié)逐步添加信息，在項(xiàng)目的各階段中均運(yùn)用 BIM 技術(shù)理念[7]，使階段化的相關(guān)信息不再獨(dú)立存在，而是形成一個(gè)信息關(guān)聯(lián)化、集成化的有機(jī)體整體，避免數(shù)據(jù)信息傳遞誤差，方便信息的管理。

（1）前期階段。在站場(chǎng)設(shè)計(jì)的前期整體布局，設(shè)計(jì)者根據(jù)站場(chǎng)規(guī)模選擇合理比例創(chuàng)建三維 BIM 模型，根據(jù)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行站場(chǎng)區(qū)域劃分和布置，包括站房位置和規(guī)模、股道和線路走向等空間位置。該階段不進(jìn)行具體設(shè)計(jì)分析，只進(jìn)行整體布局。

（2）設(shè)計(jì)階段。在前期規(guī)劃的模型基礎(chǔ)上，使站場(chǎng)內(nèi)各個(gè)對(duì)象具體化、信息化、參數(shù)化，包括站房的具體設(shè)計(jì)、股道和線路的具體位置、軌道結(jié)構(gòu)的幾何形位、附屬設(shè)備的類型及空間位置，該階段通過(guò)對(duì)模型添加信息進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

（3）施工階段。根據(jù)設(shè)計(jì)階段建立三維 BIM 模型，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)的動(dòng)態(tài)模擬施工[8]，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且排除可能存在的隱患；輸出需求的施工圖紙，并且結(jié)合 BIM 模型具體指導(dǎo)施工，該階段應(yīng)用模型信息進(jìn)行施工作業(yè)及信息反饋。

（4）運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段。在站場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目竣工后，將最終的竣工 BIM 模型交付給運(yùn)營(yíng)維護(hù)方，通過(guò)BIM 竣工模型，可以了解鐵路站場(chǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工的全過(guò)程信息，并且從 BIM 模型中提取所需數(shù)據(jù)，方便后期的運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)。

通過(guò)上述各個(gè)階段 BIM 技術(shù)應(yīng)用，形成鐵路站場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目在全生命周期中 BIM 技術(shù)的應(yīng)用，有助于鐵路站場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念的束縛，從方法思路上創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)的突破口。

2 鐵路站場(chǎng) BIM 三維模型的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

2.1 站場(chǎng)設(shè)備構(gòu)件的創(chuàng)建

建立 BIM 模型的難點(diǎn)之一是創(chuàng)建站場(chǎng)中的異構(gòu)族構(gòu)件，不同于梁、柱、墻族等常規(guī)族類型，站場(chǎng)中涉及的軌枕、鋼軌、信號(hào)機(jī)等構(gòu)件由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，無(wú)法直接運(yùn)用軟件自帶族構(gòu)件，需要運(yùn)用族編輯器進(jìn)行開發(fā)創(chuàng)建，創(chuàng)建的基本過(guò)程如下。

選擇合適的族樣板作為編輯模板，然后在族樣板中繪制構(gòu)件的外邊界，添加控制參照平面和參照線，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸繪制構(gòu)件的輪廓邊界，并且與參照面和參照線建立控制約束參數(shù)，最后通過(guò)放樣，融合，剪切等功能創(chuàng)建構(gòu)件的空間構(gòu)造，軌枕族基本輪廓如圖2 所示。例如，軌枕、鋼軌族的創(chuàng)建需要考慮結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜，隨著線路變化適應(yīng)的需要，利用自適應(yīng)族樣板創(chuàng)建，創(chuàng)建時(shí)還應(yīng)在族構(gòu)件基線中添加適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)點(diǎn)，使構(gòu)件能適應(yīng)形狀的變化，軌枕族如圖3 所示。信號(hào)機(jī)、警沖標(biāo)等設(shè)備具有曲面形式，運(yùn)用體量族樣板創(chuàng)建，反復(fù)運(yùn)用融合和剪切功能修剪出設(shè)計(jì)要求的曲面形式。

圖2 軌枕族基本輪廓

圖3 軌枕族

2.2 站場(chǎng) BIM 模型的建立

對(duì)于中間站的房屋建筑設(shè)施，可以直接運(yùn)用軟件功能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于軌枕、鋼軌、信號(hào)機(jī)等異構(gòu)族的連接和放置，則需要通過(guò) Revit API 進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)分析族構(gòu)件的加載原理，在 Revit 二次開發(fā)函數(shù)中查找到基于點(diǎn)和線的加載函數(shù)，利用遍歷函數(shù)找到項(xiàng)目中已經(jīng)加載的族構(gòu)件，并且通過(guò)訪問(wèn)構(gòu)件參數(shù)獲取族構(gòu)件的定位點(diǎn)或定位線，信號(hào)機(jī)等設(shè)備可以通過(guò)計(jì)算模型中的三維坐標(biāo)點(diǎn)及與相鄰構(gòu)件的約束進(jìn)行加載與替換；軌枕、鋼軌族構(gòu)件的放置需要先繪制線路中心線，通過(guò)基于線的加載方式將族構(gòu)件的自適應(yīng)點(diǎn)附著到線路中心線上，使構(gòu)件適應(yīng)線路的變化，并且能通過(guò)調(diào)整加載長(zhǎng)度和間距的參數(shù)，使軌枕和鋼軌按設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)度和間距加載，保證模型的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，最終形成中間站三維 BIM 模型如圖4 所示。

圖4 中間站三維BIM模型效果圖

2.3 參數(shù)信息的添加

對(duì)于站場(chǎng)中各個(gè)族構(gòu)件信息的添加，可以分為族類型參數(shù)和共享參數(shù)，共享參數(shù)可以不受族類型的約束，通用于不同種類的族構(gòu)件共享使用，創(chuàng)建族構(gòu)件時(shí)根據(jù)功能需要添加共享參數(shù)，不僅可以約束族構(gòu)件，同時(shí)也能夠?yàn)楹笃诘膮?shù)化控制和統(tǒng)計(jì)信息提供方便，創(chuàng)建共享參數(shù)和添加共享參數(shù)信息如圖5 所示。

圖5 添加共享參數(shù)信息

2.4 站場(chǎng)工程量的統(tǒng)計(jì)

完整的信息化模型可以用來(lái)進(jìn)行工程量計(jì)算[9]，在建立標(biāo)準(zhǔn)三維模型后，通過(guò)創(chuàng)建工程明細(xì)表，可以清楚地將模型中所包含族構(gòu)件的基本參數(shù)信息顯示出來(lái)，其中包含之前所創(chuàng)建的族構(gòu)件的類型參數(shù)和根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建的共享參數(shù)等信息，并且隨著模型信息的逐步添加和完善，可統(tǒng)計(jì)信息也將隨之增加，最終實(shí)現(xiàn)模型的信息化管理和工程量的自動(dòng)計(jì)算。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì) BIM 技術(shù)理念和應(yīng)用的分析，在進(jìn)一步加深對(duì) BIM 技術(shù)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提出將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)全生命周期中的基本思路，初步實(shí)現(xiàn)站場(chǎng) BIM 三維模型的構(gòu)建。鐵路站場(chǎng) BIM設(shè)計(jì)的完全實(shí)現(xiàn)仍然需要一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，需要鐵路各專業(yè)的通力配合和共同努力。BIM 技術(shù)是鐵路站場(chǎng)未來(lái)發(fā)展的方向，其實(shí)現(xiàn)將是設(shè)計(jì)技術(shù)和理念的更新?lián)Q代，也將帶來(lái)站場(chǎng)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的重大轉(zhuǎn)型。

[1] 賀靈童. BIM 在全球的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 聚焦信息化，2013，31(3)：12-19. HE Ling-tong. Global BIM Application Status[J]. Focus on Informatization，2013，31(3)：12-19.

[2] 王 珺. BIM 理念及 BIM 軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2011. WANG Jun. Study on the Application of BIM Principle and BIM Software in Construction Projects[D]. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2011.

[3] 過(guò) 俊. BIM 在國(guó)內(nèi)建筑全壽命周期中的典型應(yīng)用[J]. 建筑技藝，2011(1)：95-99. GUO Jun. Application Types of BIM in a Building's Lifecycle [J]. Journal of Construction Techniques，2011 (1)：95-99. [4] 何關(guān)培. BIM 總論[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[5] 李建成. BIM概述[J]. 時(shí)代建筑，2013(2)：10-15. LI Jian-cheng. An Overview of BIM[J]. Time Architecture，2013 (2)：10-15.

[6] 張建新. 建筑信息模型在我國(guó)工程設(shè)計(jì)行業(yè)中應(yīng)用障礙研究[J]. 工程管理學(xué)報(bào)，2010，8(4)：387-392. ZHANG Jian-xin. Study on Barriers of Implementing BIM in Engineering Design Industry in China[J]. Journal of Engineering Management，2010，8(4)：387-392.

[7] 朱 江. BIM 在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(10)：45-53. ZHU Jiang. Discussionon Application of BIM in Railway Design[J]. Journal of Railway Engineering Society，2010(10)：45-53.

[8] 張建平. 基于BIM 和4D 技術(shù)的建筑施工優(yōu)化及動(dòng)態(tài)管理[J]. 中國(guó)建設(shè)信息，2010(2)：22-31.

[9] 毛 寧. 鐵路站場(chǎng)工程數(shù)量自動(dòng)化計(jì)算的研究[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2005，27(10)：85-88. MAO Ning. Research on Railway Station Engineering Quantity Calculation Automatically[J]. Railway Transport and Economy，2005，27 (10)：85-88.

責(zé)任編輯：吳文娟

Discussion on Application of BIM Technology on Railway Station Yard

Through expounding the application status of BIM technology in railway station yard, targeting with the characteristics of the technology application including the completeness, relevance and consistency of model information, this paper analyzes advantages of the technology application, puts forward the establishment the technology application in early stage, design stage, construction stage and operation maintenance stage of railway station yard, and further discusses the establishment and realization of three-dimensional BIM model of railway station yard from the aspects such as building equipment members of station yard, establishing the BIM model of station yard, adding parameter information and counting engineering quantity of station yard.

BIM; Railway Station Yard; Full Life Cycle

1003-1421(2015)09-0029-04

TP399：U291.1

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2015.09.07

2015-08-31

河北省基金項(xiàng)目(E2014210111)