劉文超 劉 剛 楊艷學(xué)

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

1 城市軌道交通BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

軌道交通工程建設(shè)周期長(zhǎng)、涉及專(zhuān)業(yè)多，在其整個(gè)生命周期中會(huì)產(chǎn)生大量的信息。在建筑領(lǐng)域，有著成熟的BIM建模應(yīng)用及交付標(biāo)準(zhǔn)，在城市軌道交通領(lǐng)域內(nèi)，尚缺乏統(tǒng)一的建模及交付整體解決方案[1]。

目前，上海，廣州，廈門(mén)，南京等城市的相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工單位，相繼出臺(tái)了各自的建模及交付技術(shù)要求，但沒(méi)有形成規(guī)范、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維單位在模型應(yīng)用方面各自為政，聯(lián)動(dòng)性、協(xié)調(diào)性差，在BIM模型的利用上形成中間“孤島”，信息無(wú)法共享[2]。

祝嘉提出了在城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)想[3]；王玉澤、冀程、徐博研究了BIM技術(shù)在軌道交通工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[1，4-5]；辛佐先、施平望、張波等對(duì)城市軌道交通項(xiàng)目BIM的應(yīng)用模式和實(shí)施體系進(jìn)行了研究[6-8]；賴(lài)華輝、陳安惠、畢湘利等對(duì)城市軌道交通運(yùn)維交付及設(shè)施設(shè)備分類(lèi)編碼進(jìn)行了相關(guān)分析[2，9-10]。但是對(duì)于建模階段如何進(jìn)行構(gòu)件拆分、線(xiàn)性工程的模型命名、不同專(zhuān)業(yè)的BIM協(xié)同配合、交付物和交付形式等缺乏系統(tǒng)研究，造成城市軌道交通BIM建模及交付全過(guò)程的碎片化。

2 城市軌道交通BIM建模標(biāo)準(zhǔn)

2.1 建模軟件選擇

主要應(yīng)用對(duì)象包括區(qū)間線(xiàn)路、隧道、高架、車(chē)站、停車(chē)場(chǎng)等。城市軌道交通涉及不同的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，既是線(xiàn)性工程又包括車(chē)站等單體建筑。因此，在城市軌道交通建模軟件選擇上，應(yīng)針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)和對(duì)象，利用優(yōu)勢(shì)軟件進(jìn)行BIM建模，不同BIM建模軟件特點(diǎn)[11]見(jiàn)表1。

表1 BIM建模軟件對(duì)比

2.2 BIM建模標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合多地城市軌道交通BIM建模及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，建議從專(zhuān)業(yè)拆分、命名規(guī)則、建模協(xié)同、模型扣減、管線(xiàn)綜合等五個(gè)方面，對(duì)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化。

(1)專(zhuān)業(yè)拆分

根據(jù)不同建模平臺(tái)的軟硬件處理能力、項(xiàng)目復(fù)雜程度和體量，對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)拆分。模型拆分的目的是提高工作效率，達(dá)到最大的協(xié)同工作效果。

城市軌道交通項(xiàng)目線(xiàn)路長(zhǎng)，專(zhuān)業(yè)復(fù)雜，對(duì)于整條線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，可分為地形地質(zhì)、區(qū)間、市政、單體建筑(包含車(chē)站、停車(chē)場(chǎng)、車(chē)輛段)四部分，區(qū)間包括隧道區(qū)間、高架區(qū)間；單體建筑部分可按照子項(xiàng)范圍、位置、專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)進(jìn)行模型拆分[12]，專(zhuān)業(yè)模型拆分見(jiàn)表2。最后，將各拆分模型按需求合并，以此提高建模效率。

模型拆分原則如下：

①合理控制模型文件大小，符合計(jì)算機(jī)硬件性能；

②按照線(xiàn)路工點(diǎn)標(biāo)段拆分；

③單體建筑模型按專(zhuān)業(yè)拆分；

④機(jī)電模型按系統(tǒng)功能拆分；

⑤市政、地形地質(zhì)、周邊建筑單獨(dú)建模。

(2)命名規(guī)則

城市軌道交通BIM命名應(yīng)包括BIM文檔組織、模型文件、模型構(gòu)件、模型顏色規(guī)定等。文檔命名：原則上需包含BIM建模原始文件、模型過(guò)程文件、成果文件的整理存儲(chǔ)；模型文件命名：應(yīng)準(zhǔn)確描述模型所屬線(xiàn)路、設(shè)計(jì)階段、歸屬標(biāo)段、名稱(chēng)、所屬專(zhuān)業(yè)、版本等信息，如M02-CS-04-YJQ-JG-20180302表示地鐵2號(hào)線(xiàn)-初步設(shè)計(jì)階段-04標(biāo)段-易家橋站-結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)-模型更新日期。

表2 專(zhuān)業(yè)模型拆分

模型構(gòu)件的命名由其幾何、非幾何信息組成，構(gòu)件命名原則為：在明確構(gòu)件幾何尺寸的同時(shí)添加相應(yīng)模型信息，如材質(zhì)、設(shè)備參數(shù)、安裝方式等，既方便于施工階段的工程量統(tǒng)計(jì)，也可用于運(yùn)營(yíng)階段直接讀取設(shè)備維修參數(shù)。

模型顏色命名確定了模型的視覺(jué)表現(xiàn)形式。原則上，建筑、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)以真實(shí)材質(zhì)顏色為宜，水暖電專(zhuān)業(yè)的模型命名以軌道交通設(shè)計(jì)CAD圖層命名為基礎(chǔ)，各類(lèi)管線(xiàn)顏色以二維CAD設(shè)計(jì)顏色為主，并結(jié)合管線(xiàn)模型需求進(jìn)行細(xì)化和調(diào)整。

(3)建模協(xié)同

不同的軟件平臺(tái)有著不同的協(xié)同工作方式，其目的基本一致，即多個(gè)用戶(hù)同時(shí)針對(duì)同一項(xiàng)目進(jìn)行BIM建模，而不同建模軟件的模型成果，可轉(zhuǎn)換成兼容格式，通過(guò)鏈接方式整合至完整項(xiàng)目中，車(chē)站建模協(xié)同流程見(jiàn)圖1。

圖1 車(chē)站建模協(xié)同流程

BIM建模涉及不同的專(zhuān)業(yè)以及不同標(biāo)段之間的協(xié)作。在BIM設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，應(yīng)建立一致的基準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)，確保各專(zhuān)業(yè)模型位置準(zhǔn)確，便于項(xiàng)目協(xié)作[12]。

以Revit為例說(shuō)明建模協(xié)同過(guò)程：模型基準(zhǔn)的設(shè)置取決于Revit中項(xiàng)目基準(zhǔn)點(diǎn)參數(shù)的設(shè)置。項(xiàng)目基點(diǎn)用于確定模型所在局部坐標(biāo)系的絕對(duì)位置，也是模型與其他建筑物相對(duì)位置的坐標(biāo)參照。

項(xiàng)目基點(diǎn)設(shè)置原則：

①在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，項(xiàng)目基準(zhǔn)點(diǎn)宜設(shè)置在軸網(wǎng)A-1軸交點(diǎn)處；各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，項(xiàng)目基點(diǎn)不得更改。

②項(xiàng)目基點(diǎn)坐標(biāo)從規(guī)劃設(shè)計(jì)總圖中獲取。

③專(zhuān)業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)采用同一軸網(wǎng)，建筑專(zhuān)業(yè)與水電相關(guān)專(zhuān)業(yè)采用同一高程。

(4)模型扣減

建筑結(jié)構(gòu)模型的扣減對(duì)象為結(jié)構(gòu)梁、板、柱等構(gòu)件，扣減后模型示例見(jiàn)圖2。模型扣減規(guī)則提高了BIM模型的應(yīng)用價(jià)值。結(jié)構(gòu)扣減大致規(guī)則[13]如下：

①同種類(lèi)構(gòu)件不重疊；

②混凝土等級(jí)不同的構(gòu)件不重疊，混凝土等級(jí)高的構(gòu)件扣減等級(jí)低的構(gòu)件；

③結(jié)構(gòu)構(gòu)件扣減建筑構(gòu)件。

圖2 某地鐵車(chē)站建筑結(jié)構(gòu)模型

(5)管線(xiàn)綜合

地鐵車(chē)站管線(xiàn)綜合示例見(jiàn)圖3，BIM管線(xiàn)綜合的基本原則如下。

①滿(mǎn)足管線(xiàn)排布相應(yīng)規(guī)范要求： BIM管線(xiàn)綜合需符合相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)滿(mǎn)足車(chē)站空間的要求。

②建筑空間合理利用：地鐵車(chē)站人流量大，管線(xiàn)排布應(yīng)該在滿(mǎn)足使用功能、路徑合理、方便施工的原則下盡可能集中布置。

③滿(mǎn)足施工及檢修要求：管線(xiàn)綜合應(yīng)充分考慮施工操作空間及運(yùn)維設(shè)備等的檢修要求，合理確定管道、線(xiàn)路、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)等的位置和距離。

圖3 某地鐵車(chē)站管線(xiàn)綜合模型

3 城市軌道交通BIM交付標(biāo)準(zhǔn)

3.1 模型構(gòu)件編碼標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)BIM模型構(gòu)件與各系統(tǒng)信息的集成，可實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)件信息與城市軌道交通運(yùn)維信息的整合，進(jìn)而打通BIM在城市軌道交通全生命周期的應(yīng)用。在BIM全生命周期的各個(gè)應(yīng)用階段，數(shù)據(jù)的分類(lèi)及BIM模型編碼有所不同，在企業(yè)管理、工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)領(lǐng)域也有不同的編碼體系。

其中，企業(yè)管理領(lǐng)域的編碼信息主要為概算、合同、供應(yīng)商、檔案分類(lèi)、資產(chǎn)；在工程建設(shè)領(lǐng)域，主要為與設(shè)計(jì)施工相關(guān)的模型構(gòu)件編碼。運(yùn)維領(lǐng)域涉及的BIM模型主要與設(shè)備資產(chǎn)相關(guān)，包含設(shè)備位置、設(shè)備型號(hào)、資產(chǎn)編碼等(編碼結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3)[10]。

城市軌道交通模型構(gòu)件編碼內(nèi)容應(yīng)包括：線(xiàn)路、公共位置、專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)等基本要素。

為達(dá)到城市軌道交通BIM交付中模型信息部分的共享與兼容，統(tǒng)一的構(gòu)件編碼尤為重要，其中編碼內(nèi)容、位數(shù)、取值范圍、編碼定義等應(yīng)形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

表3 編碼結(jié)構(gòu)

3.2 BIM模型交付數(shù)據(jù)格式

傳統(tǒng)BIM模型交付通常采用模型的原文件格式及其輕量化的瀏覽文件。

表4 建模平臺(tái)交付格式

由此可見(jiàn)，各BIM平臺(tái)都有各自獨(dú)立的交付及輕量化格式，由此造成各自模型及信息不能互相利用。因此，需要建立一種統(tǒng)一的BIM模型交付格式來(lái)整合各類(lèi)BIM建模軟件。

模型交付應(yīng)保證幾何信息、模型信息的完整性，滿(mǎn)足BIM模型的輕量化應(yīng)用。目前，尚無(wú)城市軌道交通統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。國(guó)際公認(rèn)的開(kāi)放共享標(biāo)準(zhǔn)IFC (Industry Foundation Classes)[14]采用EXPRESS語(yǔ)言和定義，適用于Autodesk、Bentley、Dassault等BIM軟件解決方案。建議城市軌道交通BIM數(shù)據(jù)交付采用IFC標(biāo)準(zhǔn)。

在領(lǐng)域?qū)?、共享層、核心層、資源層這四個(gè)層級(jí)關(guān)系中，資源層囊括了最為具體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可提供給下層使用，下層則根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)進(jìn)行分類(lèi)、提取、重組、使用，城市軌道交通IFC架構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 IFC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

3.3 模型交付

模型交付應(yīng)與設(shè)計(jì)階段相匹配。各設(shè)計(jì)階段BIM模型精度等級(jí)要求不同。在建筑領(lǐng)域，定義了用于BIM模型交付的LOD(Level of Development)標(biāo)準(zhǔn)，其LOD概念來(lái)源于三維動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域的精細(xì)程度(即模型細(xì)致程度)，在BIM領(lǐng)域，LOD轉(zhuǎn)變成模型發(fā)展等級(jí)的含義，即從設(shè)計(jì)到施工、運(yùn)維的模型等級(jí)。在城市軌道交通領(lǐng)域，結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程及習(xí)慣，制定了LOD100-400等級(jí)。

LOD100等同于方案設(shè)計(jì)。LOD200等同于初步設(shè)計(jì)，可進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)模型的可視化展示。LOD300等同于施工圖設(shè)計(jì)，此模型可滿(mǎn)足成本估算以及施工過(guò)程應(yīng)用，包括碰撞檢測(cè)、進(jìn)度模擬以及可視化交底；此外，模型應(yīng)包含構(gòu)件的幾何屬性信息和非幾何參數(shù)信息。LOD400為竣工模型，在此階段，模型應(yīng)滿(mǎn)足軌道交通運(yùn)維管理的最低要求[15]，BIM建模精度等級(jí)及要求見(jiàn)表5。應(yīng)依據(jù)城市軌道交通特點(diǎn)，保證模型的完整性，滿(mǎn)足相應(yīng)階段LOD的深度要求；既而保證模型的規(guī)范性。模型應(yīng)包含正確的構(gòu)件信息并與設(shè)計(jì)圖紙吻合。在施工圖深化階段，保證模型扣減、管線(xiàn)綜合符合相應(yīng)施工規(guī)范要求。另外，在模型組裝中應(yīng)設(shè)定各自原點(diǎn)坐標(biāo)，以保證車(chē)站、區(qū)間等與設(shè)計(jì)總圖的坐標(biāo)一致性。

BIM交付物基本以可編輯模型文件、輕量化瀏覽模型為主，還包括各類(lèi)方案模擬視頻文件，如設(shè)計(jì)方案、管線(xiàn)改遷、交通導(dǎo)改方案等，也包括重要節(jié)點(diǎn)的三維渲染圖、工程量統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容。

表5 BIM建模精度等級(jí)

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)城市軌道交通領(lǐng)域BIM建模及交付標(biāo)準(zhǔn)的研究，對(duì)比主流建模軟件平臺(tái)的特點(diǎn)，選取符合軌道交通領(lǐng)域的BIM建模軟件平臺(tái)。通過(guò)對(duì)軌道交通專(zhuān)業(yè)建模流程、規(guī)則、方法的闡述，建立起基于統(tǒng)一的建模軟件平臺(tái)、統(tǒng)一的建模規(guī)則及統(tǒng)一編碼的軌道交通規(guī)范化BIM模型，保證了模型的質(zhì)量統(tǒng)一、表達(dá)統(tǒng)一、構(gòu)件精度統(tǒng)一、模型信息統(tǒng)一。