不同软件平台下动车段所的BIM设计探索

侯黎明

（中国铁路设计集团有限公司 机械动力和环境工程设计院，天津 300251）

近年来，建筑信息模型（BIM）技术在国内工程建设领域得到大力推广，中国铁路总公司明确指出，BIM技术的应用将是未来铁路勘察设计的必然趋势，于2013年启动了铁路工程建设信息化关键技术的研究，联合多家大型铁路设计和建设单位，对BIM技术的应用研究进行攻关，并着手建立了一系列的配套标准[1]。

徐骏等人从政策、经济、技术、人力资源、管理等5个方面对BIM在铁路行业的应用及其风险进行了分析[1]。马少雄等人应用BIM技术对西安动车段进行了深化设计，弥补了传统工作模式的不足，论述了动车段所站场项目应用BIM技术的可行性和必要性[2-3]。德铁国际公司在新建科隆尼佩斯ICE动车段的设计过程中使用了BIM技术来模拟ICE高速列车及城际特快列车ICx的养护维修过程[4]。王明智基于CATIA平台，对BIM技术在铁路室外管线综合（给排水系统管线）中的应用进行了研究[5]。李小帅等人基于CATIA平台，嵌入设计校审过程管理机制，在乌东德水电站枢纽工程中开展了数字化勘测与地质、水工、桥隧、建筑、机电、金结、施工总体等多专业BIM协同设计建模[6]。李坤等人探索了BIM技术在地铁车站结构设计中的应用，并将BIM技术应用于结构计算和工程量统计等过程[7]。张健平等人基于IFC，提出了一种基于AutoCAD图形引擎的BIM三维实体建模以及将其转换为表面模型的方法[8]。何关培指出，目前国内铁路行业BIM应用过程中，涉及到的三维信息建模软件包括REVIT、BENTLY系列、3D EXPERIENCE（CATIA V6）等[9]。潘永杰指出，BIM的精髓在于，将各种信息数据贯穿工程的整个生命周期，从而实现对项目的规划设计、建造及运营维护全生命周期管理[10]。彭利辉提出了一种铁路BIM数据实时压缩方法，并结合铁路三维场景的数据特点，优化了铁路BIM海量数据与网络传输带宽之间的矛盾[11]。

国内铁路BIM应用从2013年起步至今，多家设计院、工程建设单位、高校和科研机构进行了卓有成效的研究工作，但这些成果多集中在高速（普速）铁路正线和城市轨道交通三维信息建模、运维等方面，较少涉及动车段所的BIM设计，本文基于REVIT和3D EXPERIENCE（CATIA V6）平台，对某检查库压缩空气管线进行了详细三维建模，对比两款软件在管线三维建模方面的优缺点，并对两者之间的数据交互模式进行了分析。阐述了在CATIA平台中，三维模型信息属性的添加方法，在此基础上建立基于CATIA平台的机辆设备BIM三维信息参数化模型库。

1　检查库压缩空气管线建模

1.1　检查库及压缩空气管线简介

该检查库为10线库，设置在段所北端，可完成动车组的一二级检查维护、客运整备、真空卸污、上水等作业。

库北侧设一层边跨，主要为备品存放、检测维护、保洁等分间。

库南侧设二层边跨，主要为调度、班组、办公、休息、更衣等房间。

库内设备设施主要有轨道桥、三层作业平台、安全联锁监控及作业评价系统、移动式轮对探伤、综合管线吊挂系统等。

检查库压缩空气管线平、立面示意图如图1所示。

图1　压缩空气管线平立面示意图

1.2　压缩空气管线建模

室内压缩空气管线建模离不开建筑基础，按照近年来建筑行业BIM发展趋势，REVIT平台相较于CATIA等BIM建模软件具有很大的优势，为对比两平台在管线建模方面的优缺点，分别在两平台上建立了检查库及压缩空气管线（含阀门）的三维信息模型，并对两平台之间的数据交互模式进行了探索。

其中，REVIT平台用到的模块包括建筑和暖通，CATIA平台用到的模块包括Civil 3D和管线模块，图2～图5分别是用两种平台建立的检查库压缩空气管线模型。

图2　REVIT检查库三维建模

图3　REVIT压缩空气管线三维建模

通过对比可以发现，在管线三维建模方面，两种平台各有其优缺点。REVIT平台依然延续了其在建筑三维建模过程中使用的“标高”、“轴网”等概念和工具，操作上带有浓重的Windows系统风格，如“复制”、“粘贴”等功能的使用，操作容易上手，模型修正也非常方便，第三方插件种类繁多，缺点在于“三维立体”设计的理念较弱；而CATIA平台则定位高端，完全采用三维协同设计模块进行正向立体建模，但软件操作需要一定时间的学习和熟悉，第三方插件较少，模型修正起来也较为繁琐。

图4　CATIA V6检查库三维建模

图5　CATIA V6压缩空气管线三维建模

1.3　管线及阀门属性添加

REVIT和CATIA均支持对三维管线和阀门模型添加属性信息，如管线长度、重量、密度、坡度、材质等。图6～图9分别给出了两种平台的管线和阀门属性添加方式。

图6　REVIT管线属性添加

图7　REVIT阀门属性添加

图8　CATIA管线属性添加

图9　CATIA阀门属性添加

1.4　两款软件数据交互

将REVIT平台管线模型通过IFC格式的转换，可以直接导入CATIA平台，并且在数据转换的过程中，模型的精度不会受到影响，导入后只需要进行简单处理即可使用，这为房建专业（使用REVIT）与其他专业（使用CATIA）之间进行数据交互提供了便利。两平台之间的数据交互模式如图10所示。

图10　两种平台数据交互模式

2　机辆设备BIM模型库

REVIT软件主要应用于建筑领域，在机械建模方面存在一定缺陷和不足，而CATIA发家于航空工业，在机械设备建模方面优势明显，对于机辆专业来说无疑更具优势，且REVIT模型可以通过格式上的转换导入CATIA，这为使用CATIA作为动车段所BIM设计主平台提供了便利。

2.1　数据交互

铁路机辆设备三维模型来自不同的渠道、不同的建模软件，需要进行格式转换和轻量化处理，才能导入CATIA平台，组建机辆设备BIM模型库。

以SOLIDWORKS和REVIT格式的机辆设备三维模型为例，通过 IFC格式的转换和IGS格式的轻量化处理后，可以方便地导入CATIA，图11是不同软件平台建立的三维模型导入CATIA的效果。

图11　不同软件平台数据交互

2.2　机辆设备属性定义

以悬臂吊为例，对机辆设备模型的属性信息添加进行介绍，如用风量、用水量、用电量、基础要求、生产厂家等。由于目前国内机辆设备并没有统一的IFC属性标准，因此，本文对CATIA提供的模型属性添加方式进行介绍。

CATIA提供多种方式对模型属性进行表达，包括导入Excel格式的模型参数表，或者将模型参数直接复制到模型的属性框，另外还可以将设备的属性信息以CAD或者PDF等格式的文件链接到模型中，这几种方式都将使设备模型带有风量、用水量、用电量等信息。图12给出了机辆设备的属性添加方式。

图12　机辆设备属性添加

2.3　机辆设备模型库

采用CATIA平台作为动车段所BIM设计主平台的另一个优势在于，CATIA采用文件夹（CATALOG）的方式对各种三维信息模型进行管理，存储于服务器的标准空间中，可以极大地提高模型的检索效率，使得数量庞大的机辆设备模型管理效率成倍提升。图13给出了用于存放机辆设备的BIM模型文件夹。

图13　BIM模型文件夹

3　结束语

本文对CATIA和REVIT等BIM软件平台在动车运用所检查库管线三维建模和机辆设备模型库的建模方面进行了分析和对比，并对不同平台之间的数据交互模式进行了梳理，具体结论包括以下几个方面：

（1）CATIA和REVIT等BIM软件平台均可对压缩空气管线进行详细的三维建模及属性信息的添加，且两种平台可通过IFC格式的文件进行数据交互。

（2）CATIA在机辆设备建模和模型管理方面具有先天优势，同时支持不同软件平台的数据交互和格式转换，这为使用CATIA作为动车段所BIM设计主平台提供了便利。

（3）梳理了采用SOLIDWORKS和REVIT等平台建立的机辆设备三维模型，通过 IFC 格式的转换和 IGS格式的轻量化后，导入CATIA平台的步骤和流程。

（4）阐述了在CATIA平台中，为机辆设备三维模型添加信息属性的方法，进而组建了动车段所机辆设备BIM三维信息模型库，极大地方便了机辆设备模型的批量管理、批量建模和批量修改。

参考文献：

[1]徐 骏，李安洪，刘厚强，等. BIM在铁路行业的应用及其风险分析[J]. 铁道工程学报，2014（3）：129-133.

[2]马少雄，李昌宁，刘争耀，等. BIM技术在西安动车段项目施工中的应用[J]. 自动化技术与应用，2016，35（10）：122-126.

[3]马少雄，李昌宁，刘争耀，等. BIM技术在西安动车段项目深化设计中的应用[J]. 铁道标准设计，2016，60（10）：149-152.

[4]Thorsten Koop, Erik Ei fl er, Thomas Rath. BIM模型在科隆尼佩斯动车段项目中的运用[J]. 铁路技术创新，2015（6）：96-100.

[5]王明智. BIM技术在铁路室外管线综合的应用研究[J]. 铁路技术创新，2017（4）：58-60.

[6]李小帅，张 乐. 乌东德水电站枢纽工程BIM设计与应用[J].土木建筑工程信息技术，2017，9（1）：7-13.

[7]李 坤. BIM技术在地铁车站结构设计中的应用研究[J]. 铁道工程学报，2015，32（2）：103-108.

[8]张建平，张 洋，张 新. 基于IFC的BIM三维几何建模及模型转换[J]. 土木建筑工程信息技术，2009，1（1）：40-46.

[9]何关培. BIM和BIM相关软件[J]. 土木建筑工程信息技术，2010，2（4）：110-117.

[10]潘永杰.基于BIM的桥梁建养一体化平台应用研究[J]. 铁路计算机应用，2016，25（5）：39-42，47.

[11]彭利辉.铁路BIM海量数据实时压缩方法研究[J]. 铁路计算机应用，2016，25（5）：34-38.