軌道交通站場BIM設計建模

城市軌道交通車輛基地BIM設計中，涉及專業多、模型復雜、模型數據量極大，站場作為車輛基地設計的龍頭專業，其設計成果影響下游眾多設計專業。目前，站場專業BIM技術的應用尚處于利用二維設計成果建造三維信息模型的階段，難以體現BIM技術協同高效的價值。

站場專業進行BIM設計時，在前期的方案規劃階段,需要不斷修改完善，由于站場專業設計的BIM數據量極大，目前尚無一款商業軟件能完全適用于站場BIM設計，其瓶頸表現如下：

• 專業程度不深,不能完全理解設計細節及需求,設計功能不足

• 軟件操作習慣與一線設計人員需求不符,設計效率低下,自動化程度低

• 軟件標準、規范不符合國內要求,出圖格式與國內差別較大

• 軌道交通行業中各專業適用軟件不統一,各主流平臺的數據無法有效互通,易導致信息丟失

因此，讓BIM技術為站場勘察設計服務，必須要解決站場BIM軟件的問題，結合設計經驗及工程實際，提出站場股道設計、路基設計、構件設備庫、出圖等BIM設計方面的技術路線和解決思路。

 站場BIM設計系統開發概述

通過在主流三維設計平臺上開發站場BIM設計軟件，以實現站場專業信息模型的快速構建。該軟件開發難點如下。

(1)站場BIM設計軟件需要滿足的基本要求:①靈活多變,符合設計人員習慣的計算機三維交互設計;②可對三維BIM模型數據進行運算;③可實時快速的對大規模數據進行渲染;④能廣泛讀取模型屬性數據。

(2)實現站場設計成果的標準化與結構化,以及設計過程和成果的信息共享,為多專業協同設計打好基礎。

(3)將特有的設計技術及知識經驗封裝到BIM設計軟件,構造站場專業核心技術。

設計技術路線

總體構架

對站場BIM設計軟件的開發按下圖所示總體架構搭建。

模塊劃分

根據工作流程進行如下模塊劃分,將站場所涉及到的主要設備對象化、實體化,站場所涉及的設備模塊如下圖所示。

根據工作流進行模塊劃分后,對各模塊進行BIM建模設計。

股道設計

股道BIM設計技術路線

股道BIM設計示意

路基設計

軌道交通車輛基地中,站場路基的BIM設計與地形結合較為嚴密,其BIM模型多為不規則結構,批量建模困難,且附屬結構設計與地質參數關聯性較強,與各專業模型信息交換較多,協同設計難度大。

為了解決這些問題,該軟件立足站場專業BIM設計,對車輛基地路基BIM設計進行參數化自動建模的探索,對路基、路面、邊坡進行參數化設計,以達到快速建模及人機交互修改的目的。遇到特殊類型路基時,可采用人工干預的方法對

其進行修正。

其他設備庫建模

傳統設備庫建模需要依據二維設計成果,手工確定每個設備構件的坐標及方位,最后整合形成整個站場BIM模型。在建立BIM模型時,需要根據模型位置,手動依次插入模型,耗時耗力。因此,該軟件在標準化單體構件模板以及設計方案數字化的基礎上,參考股道位置,經計算后自動放置構件模型,由對話框設定坐標位置、方向及屬性,支持鼠標拖動、屬性修改、刪除等交互操作。使程序根據已有信息自動、快速創建站場BIM模型。

部分構件模型示意

構件設置技術路線

對站場設備賦予數字信息后,設計成果數據庫中記錄了設備的各種設計信息,從數據庫中獲取包括定位、幾何尺寸、非幾何屬性(材質、通用圖號等)的主要信息及設備間的關聯耦合邏輯關系,通過程序自動調用即可實現自動化成圖與建模,實現設計成果數據化。

工程數量及成果輸出

該軟件是基于現有站場設計軟件基礎上的BIM延伸開發,為降低三維空間直接交互的難度和提升人機交互的用戶體驗,對于同一設計方案,分別實現二維和三維可視化(提供2個視圖窗口,二維窗口體現模型的平、縱、橫等信息,三維窗口以三維可視化展示為主,并保持二三維窗口聯動)。

二三維窗口的聯動

在數據存儲方面,采用數據驅動,以數據庫為核心,對數據進行讀寫操作,生成圖形。

數據存儲

將軟件封裝成動態鏈接庫,以最大限度實現業務模塊與既有商業平臺的隔離,降低軟件對商業平臺的依賴程度(實現松耦合);并為該軟件的升級和擴展,以及與其他平臺的對接等未來拓展預留條件。

總結與展望

針對目前國內站場BIM發展現狀與瓶頸,提出基于Microstation開發站場BIM設計系統的軟件框架及各模塊實現技術路線。通過對站場設計構件進行對象化、實體化處理,在參考股道位置的基礎上,自動化生成站場股道、路基、設備等模型,以人機交互輔助進行精細化設計。并以輕量化數據庫對模型信息進行存儲,實現了業務模塊與既有商業平臺的分離與封裝,為實現軌道交通全專業數據互通和正向設計提供一種可行的思路。

站場是一個系統性專業,站場設計軟件開發涉及線路、站場、路基、信號等眾多專業,需要對業務具有深入的了解, 該軟件選用的BIM平臺為Bentley MicroStation,其開發資料較少,技術支持渠道有限,二次開發進展較慢,后續可以考慮與專業公司形成戰略合作協議,并投入大量的人力和時間來促進項目的推進。