BIM技術(shù)在鐵路中小車站給排水工程中的應(yīng)用

■ 王明智

BIM技術(shù)在鐵路中小車站給排水工程中的應(yīng)用

■ 王明智

鐵路中小車站距離城鎮(zhèn)中心區(qū)域較遠(yuǎn)，在給排水工程設(shè)計(jì)中，既要滿足鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)、生活用水的需求，又要確保設(shè)計(jì)能夠符合國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。應(yīng)用BIM技術(shù)不僅能夠避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式帶來(lái)的問(wèn)題，還可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短工程周期，從全生命周期對(duì)鐵路中小車站給排水工程進(jìn)行全面管理。

BIM技術(shù)；鐵路；中小車站；給排水

0 引言

鐵路設(shè)計(jì)是一個(gè)多專業(yè)協(xié)同的復(fù)雜工程，需要項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部密切配合，互提上下序資料，共同完成工程項(xiàng)目。給排水專業(yè)作為鐵路設(shè)計(jì)專業(yè)的一部分，在中小車站主要負(fù)責(zé)給排水管道及附屬構(gòu)筑物、污水處理站、給水所的設(shè)計(jì)。

在鐵路中小車站給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，將虛擬的三維模型信息共享到統(tǒng)一平臺(tái)，各專業(yè)通過(guò)需求在平臺(tái)上直觀提取所需內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠方便進(jìn)行碰撞檢查，生成解決方案，在施工前解決相關(guān)問(wèn)題，還有助于在復(fù)雜地形中進(jìn)行污水處理站的選址和方案設(shè)計(jì)，并能通過(guò)建造模型指導(dǎo)施工和運(yùn)營(yíng)。

1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式與BIM技術(shù)比較

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，給排水設(shè)計(jì)在CAD平臺(tái)下開(kāi)展工作，專業(yè)設(shè)計(jì)人員使用理正給排水和鴻業(yè)市政管線軟件輔助設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)理念構(gòu)造的三維模型表現(xiàn)在二維圖紙中，同時(shí)考慮與暖通專業(yè)的銜接，與車站房屋、電力與通信等管線之間的位置信息，盡量不出現(xiàn)碰撞沖突。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式存在以下問(wèn)題：

（1）各專業(yè)均有各自不同的平臺(tái)，溝通不及時(shí)、不順暢。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，變更設(shè)計(jì)難以避免，一個(gè)專業(yè)更改的內(nèi)容可能會(huì)造成相關(guān)專業(yè)大的變更。鐵路中小車站數(shù)量多、位置分散，當(dāng)上序暖通專業(yè)的某幾個(gè)車站房屋的室內(nèi)給排水管道接口位置或管道的管徑發(fā)生變化時(shí)，分車站各房屋類型將紙質(zhì)資料下序文件重新提交，技術(shù)人員需要分別打開(kāi)各車站、各房屋的圖紙，按照提交資料在CAD圖紙上核實(shí)后重新計(jì)算修改。這種模式往往存在反復(fù)變更，在工程設(shè)計(jì)中非常普遍，在人力、時(shí)間上造成浪費(fèi)，影響設(shè)計(jì)效率。

（2）設(shè)計(jì)意圖難以通過(guò)圖紙明確表現(xiàn)。給排水管線設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)明管線的走向，管道、管徑、埋深等信息，但在具體實(shí)施過(guò)程中，施工技術(shù)員在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)情況下對(duì)二維設(shè)計(jì)圖紙和文字說(shuō)明的理解完全取決于施工人員的水平和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于管線碰撞交叉解決方案一般都在現(xiàn)場(chǎng)解決，設(shè)計(jì)意圖得不到合理實(shí)現(xiàn)。

（3）設(shè)計(jì)成果難以在運(yùn)維過(guò)程中有效利用。鐵路車站設(shè)計(jì)建造完成后，會(huì)多次養(yǎng)護(hù)維修，在此過(guò)程中，埋設(shè)在地下的管線很難通過(guò)二維圖紙表述清楚，給后續(xù)改造設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，也為養(yǎng)護(hù)維修增加了難度。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

應(yīng)用BIM技術(shù)解決上述問(wèn)題，在以下幾個(gè)方面有明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）在參數(shù)化設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)中優(yōu)勢(shì)明顯。給排水內(nèi)容在設(shè)計(jì)后，BIM模型能夠匯總?cè)康男畔?，如某個(gè)消防泵房或污水泵房?jī)?nèi)水泵的用電量信息發(fā)生變化時(shí)，電力專業(yè)相關(guān)負(fù)荷計(jì)算也會(huì)隨之更新。協(xié)同設(shè)計(jì)中任何一方修改了設(shè)計(jì)，其他相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員也能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確了解修改結(jié)果，與之相關(guān)的信息在提示后根據(jù)要求聯(lián)動(dòng)更新，提高了生產(chǎn)效率。

（2）管道綜合設(shè)計(jì)中表現(xiàn)管道真實(shí)空間狀態(tài)，便于進(jìn)行碰撞檢測(cè)。碰撞分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞指碰撞發(fā)生在物理意義上；軟碰撞指使用空間、安裝及檢修的校核［1］。在檢測(cè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師不但能將模型當(dāng)中所發(fā)生的沖突碰撞直接觀看，還能夠利用相關(guān)模塊進(jìn)行碰撞檢測(cè)。

（3）在指導(dǎo)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面發(fā)揮巨大作用。給排水專業(yè)管線及附屬構(gòu)筑物在BIM平臺(tái)中真實(shí)展現(xiàn)，施工單位根據(jù)BIM成果指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工無(wú)縫對(duì)接。在運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中，管線、構(gòu)筑物及給排水設(shè)備等信息可供管理人員隨時(shí)調(diào)取，改造后及時(shí)更新BIM信息，為運(yùn)營(yíng)單位提供了方便。

2 BIM軟件應(yīng)用情況

目前，在鐵路給排水專業(yè)設(shè)計(jì)方面，Autodesk公司的Revit MEP、Dassault systemes公司的CATIA等軟件均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2.1 Revit MEP

Revit MEP在民用建筑市場(chǎng)借助AutoCAD的天然優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)使用率較高，對(duì)一個(gè)中小車站的室內(nèi)建筑給排水設(shè)計(jì)，借助真實(shí)管線進(jìn)行準(zhǔn)確建模，能夠?qū)崿F(xiàn)智能而直觀的設(shè)計(jì)流程。

Revit中所有模塊和編輯類型以族的方式存在并提供常用的模塊族，如室內(nèi)的消火栓、噴頭等。管道族作為給排水專業(yè)重要的組成部分，Revit為其提供了非常便捷的支持，通過(guò)復(fù)制編輯管道這個(gè)系統(tǒng)族，可創(chuàng)建項(xiàng)目所需的各種材質(zhì)、管徑的管道，在管道編輯中還有布管系統(tǒng)配置項(xiàng)，能夠編輯采用何種管件來(lái)連接管道，如彎頭、三通等［2］。模塊族能夠根據(jù)軟件提供的族塊制作樣本去不斷擴(kuò)充，在實(shí)際工程中不斷積累，該軟件在建筑行業(yè)應(yīng)用廣泛，在室內(nèi)建筑給排水設(shè)計(jì)有一定優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)車站工點(diǎn)，如果全專業(yè)均采用Revit在一個(gè)平臺(tái)下開(kāi)展設(shè)計(jì)研究是能夠滿足要求的。2.2 CATIA

CATIA是全球最高端的機(jī)械設(shè)計(jì)制造軟件，在航空、航天、汽車等領(lǐng)域具有接近壟斷的地位，應(yīng)用于工程建設(shè)中，對(duì)復(fù)雜模型的表現(xiàn)與管理能力相比傳統(tǒng)建筑類軟件更有優(yōu)勢(shì)。在鐵路設(shè)計(jì)中，涉及的專業(yè)多、范圍廣，為實(shí)現(xiàn)鐵路項(xiàng)目全專業(yè)協(xié)同，在鐵路中小車站給排水設(shè)計(jì)中使用與站前專業(yè)相同的平臺(tái)軟件，更加符合BIM技術(shù)的初衷。CATIA主要優(yōu)勢(shì)包括：

（1）全專業(yè)在一個(gè)平臺(tái)下工作，專業(yè)設(shè)計(jì)模型能夠?qū)崟r(shí)顯示，并根據(jù)專業(yè)需要提取所需要的信息，采用CATIA“骨架驅(qū)動(dòng)”的概念，實(shí)現(xiàn)專業(yè)修改后，各專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容聯(lián)動(dòng)修改，提高工作效率。

（2）CATIA旗下的Piping &Tubing 3D Design管路模塊有強(qiáng)大的管路繪制功能，在鐵路中小車站的給排水專業(yè)設(shè)計(jì)中能夠方便地繪制給水、中水、雨水、污水等管道模型，并賦予不同的顏色，能直觀顯示管道之間的相對(duì)位置（見(jiàn)圖1）。圖1中綠色代表給水管道、黃色代表污水管道、紅色代表消防管道，可通過(guò)Interference Check模塊檢測(cè)管道之間的碰撞問(wèn)題，并提供問(wèn)題報(bào)告。

圖1 中小車站給排水及附屬構(gòu)筑物三維實(shí)體圖

（3）CATIA強(qiáng)大的建模功能可以方便專業(yè)人員根據(jù)設(shè)計(jì)院通用圖集和國(guó)標(biāo)圖集制作模型庫(kù)，建立一系列給水、排水構(gòu)筑物模型庫(kù)：①排水構(gòu)筑物模型庫(kù)。包含污水檢查井、溢流井及化糞池等。②給水構(gòu)筑物模型庫(kù)。包含水表井、消火栓井、閥門井、給水栓、圓形蓄水池和矩形蓄水池等。專業(yè)技術(shù)人員在工程實(shí)踐中不斷擴(kuò)充積累專業(yè)模型，最終形成鐵路行業(yè)專業(yè)模型庫(kù)。

CATIA雖然剛剛走入鐵路行業(yè)市場(chǎng)，在鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司的試點(diǎn)工程進(jìn)行了CATIA平臺(tái)下全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的探索，取得了一定成果。但由于CATIA沒(méi)有鐵路給排水設(shè)計(jì)方面的模板庫(kù)，需要專業(yè)技術(shù)人員隨著工程實(shí)踐的開(kāi)展慢慢積累。

3 存在的問(wèn)題

BIM技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用受到越來(lái)越多專家和設(shè)計(jì)師的重視，其優(yōu)勢(shì)也被肯定。然而，BIM技術(shù)在中小型鐵路車站中給排水中的運(yùn)用仍處于起步探索階段，存在以下幾方面問(wèn)題：

（1）未形成專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)1.0版已經(jīng)編制完成，在陽(yáng)大鐵路工程進(jìn)行了試點(diǎn)研究，但僅為站前專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，給排水專業(yè)在鐵路行業(yè)還沒(méi)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）專業(yè)軟件本土化仍需要時(shí)間去提升。CATIA從機(jī)械行業(yè)跨越到鐵路行業(yè)，需要和鐵路設(shè)計(jì)研究單位去合作，掌握用戶需求，不斷完善。Revit也缺乏符合鐵路設(shè)計(jì)要求相應(yīng)的管道、設(shè)備、構(gòu)筑物等模型庫(kù)。

（3）專業(yè)計(jì)算功能有待完善。BIM技術(shù)的發(fā)展是不斷發(fā)展，不斷改進(jìn)的過(guò)程，鐵路給排水計(jì)算，特別是難度較大的平差計(jì)算，在二維輔助設(shè)計(jì)軟件的幫助下能夠進(jìn)行快速計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)，但在三維設(shè)計(jì)的BIM技術(shù)中有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，利用專業(yè)軟件將模型信息提取后進(jìn)行平差計(jì)算，將計(jì)算后信息賦在模型信息中，供設(shè)計(jì)者使用。

（4）成果的交付。使用BIM建立的模型，如果按照傳統(tǒng)的二維出圖方式，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后提交業(yè)主或施工單位實(shí)施。這種情況出現(xiàn)在BIM使用的過(guò)渡期，未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該是BIM成果的三維交付，以何種形式交付有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，鐵路給排水設(shè)計(jì)還是以CAD為主導(dǎo)，但BIM技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，并勢(shì)必帶來(lái)一次新的技術(shù)革命。鐵路給排水設(shè)計(jì)必須適應(yīng)鐵路“高可靠，少維修”的形勢(shì)［3］，積極探索研究，建設(shè)一系列系統(tǒng)而專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程，指導(dǎo)BIM技術(shù)規(guī)范合理地運(yùn)用。隨著B(niǎo)IM軟件專業(yè)設(shè)計(jì)模塊的不斷豐富，勢(shì)必會(huì)告別二維繪圖時(shí)代，使設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量再上新臺(tái)階［4］。

［1］ 趙吉. 探索BIM在建筑給排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］. 中華居民，2013（9）：102-103.

［2］ 袁俊. 運(yùn)用Revit2013建立建筑給排水BIM信息模型的技術(shù)探討［J］. 中國(guó)居民，2013（5）：65-66.

［3］ 武志強(qiáng)，張松巖. 新建鐵路中小車站給排水設(shè)計(jì)探討［J］.給水排水，2005（7）：111-112.

［4］ 張雪才. BIM技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用研究［J］. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（5）：14-18.

王明智：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，工程師，天津，300251

責(zé)任編輯 苑曉蒙

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1672-061X（2016）03-0080-03