高 华 刘祾頠 吴祥龙

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

BIM技术倡导从工程规划、设计到施工的全生命周期的应用管理[1]，其在协调性、信息化以及可视化方面带来的巨大变革为轨道交通勘察设计行业提供新的契机[2-3]。

在轨道交通领域，国内已经有多个城市轨道交通工程项目尝试BIM技术应用[4]。其中，建筑、结构、暖通，隧道等专业人员对 BIM 技术应用进行了深入研究。

城市轨道交通车辆基地BIM设计中，涉及的专业多、模型复杂、模型数据量极大[5-7]，站场作为车辆基地设计的龙头专业，其设计成果影响下游众多设计专业。目前，站场专业BIM技术的应用尚处于利用二维设计成果建造三维信息模型的阶段，难以体现BIM技术协同高效的价值[8-9]。

站场专业进行BIM设计时，在前期的方案规划阶段，需要不断修改完善，由于站场专业设计的BIM数据量极大，目前尚无一款商业软件能完全适用于站场BIM设计，其瓶颈表现如下[10-13]。

①专业程度不深，不能完全理解设计细节及需求，设计功能不足。

②软件操作习惯与一线设计人员需求不符，设计效率低下，自动化程度低。

③软件标准、规范不符合国内要求，出图格式与国内差别较大。

④轨道交通行业中各专业适用软件不统一，各主流平台的数据无法有效互通，易导致信息丢失。

因此，让BIM技术为站场勘察设计服务，必须要解决站场BIM软件的问题[14-15]，结合设计经验及工程实际，提出站场股道设计、路基设计、构件设备库、出图等BIM设计方面的技术路线和解决思路。

1 站场BIM设计系统开发概述

通过在主流三维设计平台上开发站场BIM设计软件，以实现站场专业信息模型的快速构建。该软件开发难点如下。

(1)站场BIM设计软件需要满足的基本要求：①灵活多变，符合设计人员习惯的计算机三维交互设计；②可对三维BIM模型数据进行运算；③可实时快速的对大规模数据进行渲染；④能广泛读取模型属性数据。

(2)实现站场设计成果的标准化与结构化，以及设计过程和成果的信息共享，为多专业协同设计打好基础。

(3)将特有的设计技术及知识经验封装到BIM设计软件，构造站场专业核心技术。

2 站场BIM设计技术路线

2.1 总体构架

对站场BIM设计软件的开发按以下总体架构搭建，如图1所示。

图1 软件构架示意

2.2 模块划分

根据工作流程进行如下模块划分，将站场所涉及到的主要设备对象化、实体化，站场所涉及的设备模块如图2所示。

图2 工作流及模块划分示意

根据工作流进行模块划分后，对各模块进行BIM建模设计。

(1) 股道设计

股道设计功能模块如图3所示，软件的股道设计部分成果如图4所示。

图3 股道BIM设计技术路线示意

图4 股道BIM设计示意

(2)路基设计

轨道交通车辆基地中，站场路基的BIM设计与地形结合较为严密，其BIM模型多为不规则结构，批量建模困难，且附属结构设计与地质参数关联性较强，与各专业模型信息交换较多，协同设计难度大。为了解决这些问题，该软件立足站场专业BIM设计，对车辆基地路基BIM设计进行参数化自动建模的探索，对路基、路面、边坡进行参数化设计，以达到快速建模及人机交互修改的目的。常规路基BIM设计如图5所示。

图5 常规路基BIM设计示意

遇到特殊类型路基时，可采用人工干预的方法对其进行修正。

(3)其他设备库建模

传统设备库建模需要依据二维设计成果，手工确定每个设备构件的坐标及方位，最后整合形成整个站场BIM模型。在建立BIM模型时，需要根据模型位置，手动依次插入模型，耗时耗力。因此，该软件在标准化单体构件模板以及设计方案数字化的基础上，参考股道位置，经计算后自动放置构件模型，由对话框设定坐标位置、方向及属性，支持鼠标拖动、属性修改、删除等交互操作。使程序根据已有信息自动、快速创建站场BIM模型。部分构件模型如图6，构件自动建模技术路线如图7。

图6 部分构件模型示意

图7 构件设置技术路线示意

对站场设备赋予数字信息后，设计成果数据库中记录了设备的各种设计信息，从数据库中获取包括定位、几何尺寸、非几何属性(材质、通用图号等)的主要信息及设备间的关联耦合逻辑关系，通过程序自动调用即可实现自动化成图与建模，实现设计成果数据化。

(4)工程数量及成果输出

该软件是基于现有站场设计软件基础上的BIM延伸开发，为降低三维空间直接交互的难度和提升人机交互的用户体验，对于同一设计方案，分别实现二维和三维可视化(提供2个视图窗口，二维窗口体现模型的平、纵、横等信息，三维窗口以三维可视化展示为主，并保持二三维窗口联动)，如图8所示。

图8 二三维窗口的联动

在数据存储方面，采用数据驱动，以数据库为核心，对数据进行读写操作，生成图形。数据存储模式如图9所示，数据库框架如图10所示。

图9 数据存储

图10 数据库框架搭建

将软件封装成动态链接库，以最大限度实现业务模块与既有商业平台的隔离，降低软件对商业平台的依赖程度(实现松耦合)；并为该软件的升级和扩展，以及与其他平台的对接等未来拓展预留条件。

3 总结与展望

针对目前国内站场BIM发展现状与瓶颈，提出基于Microstation开发站场BIM设计系统的软件框架及各模块实现技术路线。通过对站场设计构件进行对象化、实体化处理，在参考股道位置的基础上，自动化生成站场股道、路基、设备等模型，以人机交互辅助进行精细化设计。并以轻量化数据库对模型信息进行存储，实现了业务模块与既有商业平台的分离与封装，为实现轨道交通全专业数据互通和正向设计提供一种可行的思路。

站场是一个系统性专业，站场设计软件开发涉及线路、站场、路基、信号等众多专业，需要对业务具有深入的了解，该软件选用的BIM平台为Bentley MicroStation，其开发资料较少，技术支持渠道有限，二次开发进展较慢，后续可以考虑与专业公司形成战略合作协议，并投入大量的人力和时间来促进项目的推进。