基于BIM技术的Revit高铁中间站自动建模分析

蔺玉璞 张翼凡 孙梦雅 董慧芳

（山东省建筑设计研究院有限公司 山东济南 250001）

高铁中间站是铁路运输的基本单位。为降低成本，减少耕地占用，必须高度重视规划和设计高铁站。近几年，计算机辅助设计（CAD）为铁路设计提供了先进的几何建模和捕捉技术，使设计师和工程师免于绘图的繁琐任务，同时提高了准确性，高效性。随着软件技术领域的发展，数字高铁站设计技术现已成为可能。建筑信息模型（BIM）是建筑工程和建筑（AEC）行业内新兴的技术和程序转变。根据国家建筑信息模型标准，BIM是建筑全生命周期信息的数字表示，旨在成为设施所有者的信息库。高铁站的设计者长期以来一直在寻求降低车站项目成本，提高生产率和质量以及缩短交货时间的技术，BIM提供了实现这些目标的潜力。BIM代表计算机生成三维模型的开发和使用，来模拟设施的规划、设计、建造和运维。

虽然BIM应用仅限于建筑物的建造，但它并不全面涉及运输领域。基于这种情况，提出了将BIM概念融入高铁站的新思路，为有效规划和设计高铁中间站提供解决方案。本文主要通过分析基于BIM技术和BIM的常用建模软件Revit的中间高铁站设计过程。使设计人员能够通过更少的时间和精力完成工作，也实现车站实时管理。

1 BIM理念

BIM，一种让项目、构件、族库参数和项目管理及BIM三维模型组合到一起的数据库载体。在项目实施过程中，BIM技术能够将建筑施工从设计到运营管理进行数据化处理，与此同时，将建筑项目中的不同时期的节点融合到模型之中，让各方能够获得更为精确的数据，迅速提高决策的合理度。此外，BIM平台能够提供给项目各方一些修整、增减及共享项目的有关信息，提高沟通效率，避免信息的隔离和数据的流失，从而实现项目的高效管理。目前，BIM技术广泛应用于建筑、桥梁、道路和隧道工程等项目。

2 中间铁路站Revit建模

由于高铁中间站数量占中国铁路系统的大多数站点，因此设计中间站对于完成铁路运输任务和加强城乡联系具有重要意义。

2.1 车站建模的操作步骤

主轨道首先使用罗马数字编号，然后电台轨道按照阿拉伯数字的相同顺序编号。轨道编号标记在轨道布局上。轨道中心线之间的距离应设计成确保交通安全，并保证车站工作人员相关安全和方便的操作。在平台布置在两个轨道之间的情况下，轨道中心线之间的距离取决于平台的宽度以及从轨道中心线到平台边缘的距离。

第二步是以车站建筑物的中心为边界计数所有车站道岔，并连续计算从车站两端向内到车站中心的道岔，从主要路线到次要路线。偶数列车用于上行方向列车到达终点，而下行方向列车到达终点则为奇数。计算道岔应在车站布局上标明。每个道岔号的选择通常根据铁路轨道中列车的运行模式和设计运行速度来确定。

第三步是确定污垢柱和信号的位置。污垢岗位设置在两条轨道的交界处，它的位置由污垢柱与道岔中心之间的距离表示，该距离与道岔数量、轨道中心线之间的距离和连接曲线半径等因素有关。中间站还配备有通信信号，左侧驱动系统，因此信号设置在每个轨道的行进方向的左侧。信号位置由信号与道岔中心之间的距离表示，该距离与确定污垢柱位置的相同因素有关。

最后一步是计算站中所有主要点的坐标。有必要计算道岔、信号、污垢柱、平台和各种房屋和建筑物的坐标，以确定它们的位置。通过将主轨道的中心线作为基准线（X轴），站点中心（通常是乘客建筑的中心线）作为边界，并且两个站点的主轨道中最外侧道岔的中心作为坐标原点来进行计算。站内方向被认为是正方向，而出站方向是X轴的负方向。在Y轴上指示垂直距离，例如轨道中心线之间的距离、平台边缘和轨道中心线之间的距离以及各种建筑物的宽度。然后根据X轴坐标计算轨道的有效长度和全长以及轨道铺设的长度。

2.2 车站元素的三维建模

使用Autodesk Revit分别对中间高铁站的所有元素进行建模，并将其存储为Revit系列。在Revit中，每个元素都与预定义的参数相关联，并将这些参数分类为类型参数和实例参数。类型参数控制该类型元素的属性，而实例参数控制实例属性，类型和实例参数进一步分为不同的组。存储在每个参数中的数据格式类型为：文本、整数、数字、长度、面积、体积、角度、URL、材质等。高铁中间站的要素是道岔、铁路、污损站、信号、卧铺、紧固装置、客运平台、通道、雨棚、客运大楼和货场。

（1）道岔：通常它分为三种形状：线接头道岔、线交叉道岔和线接头穿越道岔。每个道岔都有标准编号，如6、7、9、12、18、38、42等。图1显示了线接头的Revit模型。

（2）导轨：导轨类型和强度用仪表单位的重量（kg/m）表示。目前，中国铁路的主要类型为75 kg/m，60 kg/m，50 kg/m，43 kg/m和UIC60 kg/m。该研究模拟了60 kg/m的类型，如图1所示。

（3）污垢桩：当车辆停在轨道的污垢柱内时，其他列车可以安全地在相邻轨道上行驶。图1显示了污染后模型。

（4）通信信号：主要是指沿铁路线协助列车运行的各设备。根据信号功能将它们分为不同类型。本文已经建模了警告信号，如图1所示。

图1 转弯装置的Revit模型

（5）枕木：它们通常安装在一般路段、道岔和无碴桥上。枕木有两种：木枕和混凝土轨枕。每种都有不同的分类。一个混凝土轨枕已经建模为Revit系列，如图1所示。

（6）紧固装置：中国紧固装置根据使用的材料分为不同类型：木质枕木紧固件、混凝土轨枕紧固件和无碴轨道紧固件。本文已经模拟了两种混凝土轨枕紧固件，如图1所示。

（7）乘客平台：通常分为基础平台和中间平台，并分别建模，如图2所示。

图2 组装乘客平台，通道，顶篷和乘客建筑的Revit模型

（8）通道：在基础平台和中间平台之间，应设置一个或两个宽度不小于2.5 m的通道。图2显示了通道的Revit模型。

（9）冠层：每个站需要仔细考虑平台需要覆盖的程度。显然，应该为等候的乘客提供一些保护。如果天篷不需要走平台的整个长度，则应覆盖最靠近接入点和车站建筑物的长度。本文已经建模了一种类型的檐篷，如图2所示。

（10）乘客大楼：乘客大楼的位置应与城市协调，方便游客进出车站，并结合城市规划和车站总体布局。图2显示了乘客建筑的Revit模型。

2.3 程序设计

在访问数据库中准备标准设计规则并将中间站的元素建模为单独的Revit系列之后，实现扩展工具的最后一步是编码所有设计过程。

为此，本文使用了C＃编程语言。图3是由基于Revit的扩展工具执行设计过程的流程图。作为执行该程序的结果，站设计者将以三种格式获得计划的站布局：3D模型、2D视图和输出数据表。

图3 设计过程流程图

3 案例效益分析

通过对某高铁站实际案例研究的中间高铁站进行建模，对拟议的扩展工具进行了验证。轨道由Revit扩展工具建模。车站模型以快速灵活的方式实现。图4显示了中间高铁站模型的不同视图。

图4 高铁中间站基于Revit的模型

高铁中间站项目是非常庞大且十分繁琐建模的工程，从实践意义上讲具有一定的代表性。BIM的应用解决了部分二维图纸设计难以理解和空间想象的问题，完成了深化设计分析。BIM技术在高铁中间站工程经济性方面具有实际可操作的功能和现实意义，随着系统功能逐步完善，获取效益的渠道也越来越多。

（1）提高方案效益。BIM技术的能够有效增加项目各参与者间的深入沟通，为各个专业提供模型视图。另外，利用模型数据各参与者对方案的实施与设计提供反馈意见，从而提高了各方参与分析方案的效率。

（2）提高设计和安全性效益。通过BIM车站中间站的Revit自动建模，及时发现设计中的不足，解决土建施工的安全问题，避免了因建筑布置不当与结构冲突而导致安全事故的发生，有效地提高了工程设计效率、安全性和施工质量。

（3）降低资源消耗效益。BIM技术符合绿色建筑的发展。在复杂的工程设计中，工程技术人员无法通过CAD平面图纸来确定管线的碰撞位置。实践中发生综合管线的碰撞情况，几乎所有项目都要进行局部重新设计和再建设、返工造成材料损失，引起现场施工机械变化造成设备损失。利用BIM车站中间站的Revit自动建模，从根本上消除资源浪费、能源消耗和延误工期造成的损失。

4 结论

在本文中提出了三维数字高铁站的新思路，为高铁中间站建立了一个信息丰富的模型。BIM建模可以支持站元素的详细语义，项目分散在不同工程师设计导致许多问题，仅依靠二维平面数据难以解决。因此，高铁站模型的发展势在必行。通过获得中间高铁站的整个三维模型，可以得出以下结论：

（1）在建模方面，设计阶段得到妥善处理。使用BIM有助于消除传统上与二维工程相关的大量重复和平凡任务，从而有更多时间协调和可视化工作站模型。

（2）当设计团队处理熟悉的图纸视图或三维视图时，采用BIM的新技术将其设计信息与车站项目的所有其他表示进行协调，并进行碰撞检测。

（3）在繁琐、冗余、耗时且容易出错的CAD绘图后，具有自动文档生成和协调能力的参数化建模技术，将重振中间高铁站的布局过程。

展望未来会导致BIM虚拟高铁站的设计和建造方法，高铁站项目在真实进行之前将被完全模拟。BIM将提供潜在的有益站项目通过快速分析与站点生命周期性能相关的不同场景，可以获得成果。