轨道交通站场BIM设计建模

城市轨道交通车辆基地BIM设计中，涉及专业多、模型复杂、模型数据量极大，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。

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：

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

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

软件标准、规范不符合国内要求,出图格式与国内差别较大

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，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。

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。

设计技术路线

总体构架

对站场BIM设计软件的开发按下图所示总体架构搭建。

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下图所示。

根据工作流进行模块划分后,对各模块进行BIM建模设计。

股道设计

股道BIM设计技术路线

股道BIM设计示意

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。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。

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。

部分构件模型示意

构件设置技术路线

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。

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)。

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

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。

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。

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