不同軟件平臺下動車段所的BIM設計探索

侯黎明

（中國鐵路設計集團有限公司 機械動力和環境工程設計院，天津 300251）

近年來，建筑信息模型（BIM）技術在國內工程建設領域得到大力推廣，中國鐵路總公司明確指出，BIM技術的應用將是未來鐵路勘察設計的必然趨勢，于2013年啟動了鐵路工程建設信息化關鍵技術的研究，聯合多家大型鐵路設計和建設單位，對BIM技術的應用研究進行攻關，并著手建立了一系列的配套標準[1]。

徐駿等人從政策、經濟、技術、人力資源、管理等5個方面對BIM在鐵路行業的應用及其風險進行了分析[1]。馬少雄等人應用BIM技術對西安動車段進行了深化設計，彌補了傳統工作模式的不足，論述了動車段所站場項目應用BIM技術的可行性和必要性[2-3]。德鐵國際公司在新建科隆尼佩斯ICE動車段的設計過程中使用了BIM技術來模擬ICE高速列車及城際特快列車ICx的養護維修過程[4]。王明智基于CATIA平臺，對BIM技術在鐵路室外管線綜合（給排水系統管線）中的應用進行了研究[5]。李小帥等人基于CATIA平臺，嵌入設計校審過程管理機制，在烏東德水電站樞紐工程中開展了數字化勘測與地質、水工、橋隧、建筑、機電、金結、施工總體等多專業BIM協同設計建模[6]。李坤等人探索了BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用，并將BIM技術應用于結構計算和工程量統計等過程[7]。張健平等人基于IFC，提出了一種基于AutoCAD圖形引擎的BIM三維實體建模以及將其轉換為表面模型的方法[8]。何關培指出，目前國內鐵路行業BIM應用過程中，涉及到的三維信息建模軟件包括REVIT、BENTLY系列、3D EXPERIENCE（CATIA V6）等[9]。潘永杰指出，BIM的精髓在于，將各種信息數據貫穿工程的整個生命周期，從而實現對項目的規劃設計、建造及運營維護全生命周期管理[10]。彭利輝提出了一種鐵路BIM數據實時壓縮方法，并結合鐵路三維場景的數據特點，優化了鐵路BIM海量數據與網絡傳輸帶寬之間的矛盾[11]。

國內鐵路BIM應用從2013年起步至今，多家設計院、工程建設單位、高校和科研機構進行了卓有成效的研究工作，但這些成果多集中在高速（普速）鐵路正線和城市軌道交通三維信息建模、運維等方面，較少涉及動車段所的BIM設計，本文基于REVIT和3D EXPERIENCE（CATIA V6）平臺，對某檢查庫壓縮空氣管線進行了詳細三維建模，對比兩款軟件在管線三維建模方面的優缺點，并對兩者之間的數據交互模式進行了分析。闡述了在CATIA平臺中，三維模型信息屬性的添加方法，在此基礎上建立基于CATIA平臺的機輛設備BIM三維信息參數化模型庫。

1　檢查庫壓縮空氣管線建模

1.1　檢查庫及壓縮空氣管線簡介

該檢查庫為10線庫，設置在段所北端，可完成動車組的一二級檢查維護、客運整備、真空卸污、上水等作業。

庫北側設一層邊跨，主要為備品存放、檢測維護、保潔等分間。

庫南側設二層邊跨，主要為調度、班組、辦公、休息、更衣等房間。

庫內設備設施主要有軌道橋、三層作業平臺、安全聯鎖監控及作業評價系統、移動式輪對探傷、綜合管線吊掛系統等。

檢查庫壓縮空氣管線平、立面示意圖如圖1所示。

圖1　壓縮空氣管線平立面示意圖

1.2　壓縮空氣管線建模

室內壓縮空氣管線建模離不開建筑基礎，按照近年來建筑行業BIM發展趨勢，REVIT平臺相較于CATIA等BIM建模軟件具有很大的優勢，為對比兩平臺在管線建模方面的優缺點，分別在兩平臺上建立了檢查庫及壓縮空氣管線（含閥門）的三維信息模型，并對兩平臺之間的數據交互模式進行了探索。

其中，REVIT平臺用到的模塊包括建筑和暖通，CATIA平臺用到的模塊包括Civil 3D和管線模塊，圖2～圖5分別是用兩種平臺建立的檢查庫壓縮空氣管線模型。

圖2　REVIT檢查庫三維建模

圖3　REVIT壓縮空氣管線三維建模

通過對比可以發現，在管線三維建模方面，兩種平臺各有其優缺點。REVIT平臺依然延續了其在建筑三維建模過程中使用的“標高”、“軸網”等概念和工具，操作上帶有濃重的Windows系統風格，如“復制”、“粘貼”等功能的使用，操作容易上手，模型修正也非常方便，第三方插件種類繁多，缺點在于“三維立體”設計的理念較弱；而CATIA平臺則定位高端，完全采用三維協同設計模塊進行正向立體建模，但軟件操作需要一定時間的學習和熟悉，第三方插件較少，模型修正起來也較為繁瑣。

圖4　CATIA V6檢查庫三維建模

圖5　CATIA V6壓縮空氣管線三維建模

1.3　管線及閥門屬性添加

REVIT和CATIA均支持對三維管線和閥門模型添加屬性信息，如管線長度、重量、密度、坡度、材質等。圖6～圖9分別給出了兩種平臺的管線和閥門屬性添加方式。

圖6　REVIT管線屬性添加

圖7　REVIT閥門屬性添加

圖8　CATIA管線屬性添加

圖9　CATIA閥門屬性添加

1.4　兩款軟件數據交互

將REVIT平臺管線模型通過IFC格式的轉換，可以直接導入CATIA平臺，并且在數據轉換的過程中，模型的精度不會受到影響，導入后只需要進行簡單處理即可使用，這為房建專業（使用REVIT）與其他專業（使用CATIA）之間進行數據交互提供了便利。兩平臺之間的數據交互模式如圖10所示。

圖10　兩種平臺數據交互模式

2　機輛設備BIM模型庫

REVIT軟件主要應用于建筑領域，在機械建模方面存在一定缺陷和不足，而CATIA發家于航空工業，在機械設備建模方面優勢明顯，對于機輛專業來說無疑更具優勢，且REVIT模型可以通過格式上的轉換導入CATIA，這為使用CATIA作為動車段所BIM設計主平臺提供了便利。

2.1　數據交互

鐵路機輛設備三維模型來自不同的渠道、不同的建模軟件，需要進行格式轉換和輕量化處理，才能導入CATIA平臺，組建機輛設備BIM模型庫。

以SOLIDWORKS和REVIT格式的機輛設備三維模型為例，通過 IFC格式的轉換和IGS格式的輕量化處理后，可以方便地導入CATIA，圖11是不同軟件平臺建立的三維模型導入CATIA的效果。

圖11　不同軟件平臺數據交互

2.2　機輛設備屬性定義

以懸臂吊為例，對機輛設備模型的屬性信息添加進行介紹，如用風量、用水量、用電量、基礎要求、生產廠家等。由于目前國內機輛設備并沒有統一的IFC屬性標準，因此，本文對CATIA提供的模型屬性添加方式進行介紹。

CATIA提供多種方式對模型屬性進行表達，包括導入Excel格式的模型參數表，或者將模型參數直接復制到模型的屬性框，另外還可以將設備的屬性信息以CAD或者PDF等格式的文件鏈接到模型中，這幾種方式都將使設備模型帶有風量、用水量、用電量等信息。圖12給出了機輛設備的屬性添加方式。

圖12　機輛設備屬性添加

2.3　機輛設備模型庫

采用CATIA平臺作為動車段所BIM設計主平臺的另一個優勢在于，CATIA采用文件夾（CATALOG）的方式對各種三維信息模型進行管理，存儲于服務器的標準空間中，可以極大地提高模型的檢索效率，使得數量龐大的機輛設備模型管理效率成倍提升。圖13給出了用于存放機輛設備的BIM模型文件夾。

圖13　BIM模型文件夾

3　結束語

本文對CATIA和REVIT等BIM軟件平臺在動車運用所檢查庫管線三維建模和機輛設備模型庫的建模方面進行了分析和對比，并對不同平臺之間的數據交互模式進行了梳理，具體結論包括以下幾個方面：

（1）CATIA和REVIT等BIM軟件平臺均可對壓縮空氣管線進行詳細的三維建模及屬性信息的添加，且兩種平臺可通過IFC格式的文件進行數據交互。

（2）CATIA在機輛設備建模和模型管理方面具有先天優勢，同時支持不同軟件平臺的數據交互和格式轉換，這為使用CATIA作為動車段所BIM設計主平臺提供了便利。

（3）梳理了采用SOLIDWORKS和REVIT等平臺建立的機輛設備三維模型，通過 IFC 格式的轉換和 IGS格式的輕量化后，導入CATIA平臺的步驟和流程。

（4）闡述了在CATIA平臺中，為機輛設備三維模型添加信息屬性的方法，進而組建了動車段所機輛設備BIM三維信息模型庫，極大地方便了機輛設備模型的批量管理、批量建模和批量修改。

參考文獻：

[1]徐 駿，李安洪，劉厚強，等. BIM在鐵路行業的應用及其風險分析[J]. 鐵道工程學報，2014（3）：129-133.

[2]馬少雄，李昌寧，劉爭耀，等. BIM技術在西安動車段項目施工中的應用[J]. 自動化技術與應用，2016，35（10）：122-126.

[3]馬少雄，李昌寧，劉爭耀，等. BIM技術在西安動車段項目深化設計中的應用[J]. 鐵道標準設計，2016，60（10）：149-152.

[4]Thorsten Koop, Erik Ei fl er, Thomas Rath. BIM模型在科隆尼佩斯動車段項目中的運用[J]. 鐵路技術創新，2015（6）：96-100.

[5]王明智. BIM技術在鐵路室外管線綜合的應用研究[J]. 鐵路技術創新，2017（4）：58-60.

[6]李小帥，張 樂. 烏東德水電站樞紐工程BIM設計與應用[J].土木建筑工程信息技術，2017，9（1）：7-13.

[7]李 坤. BIM技術在地鐵車站結構設計中的應用研究[J]. 鐵道工程學報，2015，32（2）：103-108.

[8]張建平，張 洋，張 新. 基于IFC的BIM三維幾何建模及模型轉換[J]. 土木建筑工程信息技術，2009，1（1）：40-46.

[9]何關培. BIM和BIM相關軟件[J]. 土木建筑工程信息技術，2010，2（4）：110-117.

[10]潘永杰.基于BIM的橋梁建養一體化平臺應用研究[J]. 鐵路計算機應用，2016，25（5）：39-42，47.

[11]彭利輝.鐵路BIM海量數據實時壓縮方法研究[J]. 鐵路計算機應用，2016，25（5）：34-38.