城市轨道交通通信信号BIM技术应用研究

戎志立

（中铁通信信号勘测设计院有限公司）

1 引言

城市轨道交通是重要的基础设施工程，如何提高工程设计水平、保证施工质量成为亟待解决的问题。BIM技术在建筑工程领域的实践推广已经初见成效，相较于发达国家，我国城市轨道交通BIM技术应用仍处于初级阶段，需要在现有的基础上进一步探索创新，充分利用BIM软件平台，理顺设计流程，完善族库建设，实现设计效果的可视化展示，并提供准确的工程量统计表和深化图纸，为后续项目专业设计提供借鉴参考。

2 BIM技术在城市轨道交通工程中的应用情况

2.1 BIM技术概念内涵

BIM即建筑信息模型，利用数字化技术，建立信息完整、与实际情况一致的三维模型，实现了项目物理和功能特性的数字化表达，将不同建设阶段的各种信息集合在一个三维模型数据库中，提供了信息交换和共享的平台，方便各相关单位协同作业，降低了沟通成本，提高了合作效率。BIM技术的应用代表着现代建筑工程行业的信息化、数字化发展方向，BIM技术具有诸多优点，主要表现在可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等。其中，可视化指的是在整个项目建设过程中建筑实体情况及相关属性信息都可以在模型中直观体现，不必通过二维图纸再去构思遐想，降低了理解难度，能够为沟通、协调、决策提供科学依据。协调性主要体现在不同专业协同设计上，而且无论是业主还是设计单位、施工单位，都可以通过BIM模型参与到设计工作中来，同时，对于不同专业之间的碰撞问题进行有效协调。模拟性指的是BIM模型不仅能够模拟建筑实体，而且也可以模拟实验模拟、招标模拟、施工模拟、运营模拟，通过提前模拟预测，解决不同阶段可能会遇到的问题。优化性指的是利用BIM技术可以对复杂项目、复杂问题进行优化分析，在有限的时间内找到最优解决方案。可出图性指的是通过BIM模型可以直接展示输出各专业、各部位二维图纸，使工程表达更加清晰、详细[1]。

2.2 应用情况分析

在许多发达国家，BIM技术在城市轨道交通工程中得到了广泛的应用，包括优化设计、模拟分析、组织施工、运营管理等各个方面，比如英国、美国、法国、德国、加拿大，均获得了不错的应用效果，有利于减少资源浪费、控制建设成本。我国的BIM技术应用推广起步较晚，在经济发达城市得到了一定程度的应用，北京地铁9号线丰台科技园站是首个案例，从工程建设全阶段的角度出发，建立了专业的集成信息化模型，应用BIM技术进行综合管线出图、施工进度模拟等方面，上海地铁17号线工程建设中BIM技术应用更为广泛，包括场地环境仿真模拟、土建主体及围护结构建模、综合管线检查、复核工程量、设备运维管理等，随着技术研究的不断深入及相关实践经验的积累总结，BIM技术在我国城市轨道交通工程中将会得到进一步的应用。

3 城市轨道交通通信信号专业设计中BIM技术的应用

为了推动城市轨道交通事业的发展，相关部门已经出台了BIM技术应用指南，明确了BIM技术在城市轨道交通信号专业的应用方向，有利于加快信息化建设步伐。在实际应用过程中，需要根据相关规范严格控制技术应用要点，保证信号设计方案的科学性、合理性、可行性，同时，借鉴建筑行业已有BIM标准成果，结合城市轨道交通信号工程特点，不断规范信号专业设计中的BIM技术应用标准体系，提高技术应用的可参考性和可推广性。

3.1 通信信号专业BIM正向设计

由于某些特殊原因，在相关领域的设计中存在着由实物反推图纸的阶段，即所谓的逆向设计方法，该设计方法缺乏合理性，而且产生的正向促进作用非常有限，在国际化、市场化的今天显然不合时宜，尤其是在建筑工程同质化严重的情况下，必须加强设计创新，进行完整的正向设计活动。利用BIM技术，可以更好开展正向设计，建立协同设计工作平台，不断积累构件库，依据相关规范标准，完成模块化、参数化建模，并进行二维出图、工程量统计等相关工作[2]。

明确正向设计构件要求，搭建正向设计构件库雏形。样板文件是按照相关标准统一设置的，不可随意修改，使用正向设计样板文件创建模型，能够更好地满足项目实施标准和二维出图标准，为多专业协同设计提供条件，有效减少设计人员的重复工作，加快出图质量和效率。使用协同设计软件，创建设计阶段模型，协同设计软件基于互联网使用Revit工作集，可以实现通信信号专业人员的跨区域灵活建模，使通信信号专业模型统一显示在一个模型文件中，加强了通信信号专业间的协同设计和沟通效率，这种合作模式比较适用于多专业单体项目。建筑模型提资应满足安装专业要求创建，包括墙、构造柱、圈梁、门、窗、房间命名、建筑标高标注等图元。结构模型提资应为结构竣工验收封装模型，需将结构模型以链接的形式链接到协同设计软件创建的中心模型中，给通信、信号专业进行参考。通信、信号专业按提资要求在协同设计软件的中心文件中创建模型，然后根据通信、信号专业的提资模型统一调整管综模型。管综模型经审核通过后组织通信、信号专业人员集中办公，通信、信号专业人员对管综模型无异议后进行模型封装验收，模型封装验收后，无特殊情况不允许修改。管综模型封装验收后，通信、信号专业按正向设计出图范围在协同设计软件管综模型中直接出图，正向设计出图范围不包括的，如系统图、CAD图层等，需在CAD中补充。出图完成后，需对模型与图纸一致性进行审核，确认无误后，设计人员可进行送审流程，如送审有调整意见，需按意见修改模型后重新在模型中出图，送审无问题后正向设计流程结束。

3.2 信号专业BIM技术应用要点

3.2.1 流程设计

作为城市轨道交通站后系统的重要组成部分之一，信号专业设计应该与建筑、结构、隧道、桥梁、轨道、动照、暖通、通信、给排水、BAS、FAS等多个专业协调进行。现阶段，城市轨道交通信号工程设计主要采用二维交付的方式，由于平面设计图纸存在理解困难、信息关联度低等问题，很容易出现设计与施工的矛盾，比如，信号设备侵入限界，无法满足安装条件，与其他专业设备碰撞，等等，如果没有在设计阶段解决，很容易出现返工、误工的情况，不利于工程进度和费用成本的控制，容易引发不必要的冲突。利用BIM技术进行信号专业建模，必须保证模型能够满足设计要求，现阶段，主流BIM软件平台均提供了二次开发接口，信号专业设计可以在平台上开发插件，通过专业计算软件和BIM软件的有效配合，提高设计质量和效率。同时，组建完善设备族库，调用相关设备模型进行优化布置，可以通过三维视图直观的检查设备布置效果，并结合其他专业模型，实现信号设备的准确定位，避免出现位置、角度等方面的碰撞关系，最后，进行工程量统计，输出平面图纸，为后续的采购、施工、管理工作提供依据。

3.2.2 族库建设

Revit软件平台中的所有图元都是基于族的，每个族都能定义多种类型，而每种类型又可以蕴含不同参数信息，最终形成项目构件。信号专业族模型设计需要根据信号设备厂商提供的技术参数针对不同类型设备展开建模活动，并逐渐扩充成信号专业特有的模型族库，在设计过程中，只需要调用提前设计好的族模型即可，并根据实际要求参数化配置设备信息，实现该设备的重新设置，这样能够有效提高设计效率。城市轨道交通信号系统包含了众多的设备类型，为了方便管理，可以根据相关标准进行科学分类，通常情况下，将信号设备模型族库划分为信号室内设备模型和信号室外设备模型，其中，信号室内设备模型包括智能电源屏、UPS电源、稳压柜、组合柜、信号配电箱等，而信号室外设备模型包括信号机、转辙机、轨旁箱盒等，根据所用设备实体尺寸进行模型参数化设计，尽可能使三维模型全面反映设备真实情况，并结合不同业主和厂商的相关要求加以调整修改，为设备布置提供有利条件。另外，利用BIM技术，能够将族模型关联其他附加非几何类型属性信息，比如，各类设备规格型号，设备配置连接关系，系统属性，等等，能够将设备特性直观的展现出来。目前为止，城市轨道交通信号专业没有完善的设备通用族库，需要根据实际情况创建设备模型专用族，必须加强信号设备通用族库建设，通过有效的族模型文件管理，方便设计人员直接调用各种设备模型，这样可以节省族库建设的时间，提高设计效率。

3.2.3 可视化展示

将设计好的族模型载入到项目文件中，开始进行信号室内设备布置，根据机房的实际情况，合理优化布局，按照检修需求预留检修空间，并通过三维视图从多个角度查看机房内信号设备的布置效果，一旦发现问题，可以随时进行优化调整。另外，利用漫游功能，可以在信号设备机房模型中以第一视角查看室内设备布置情况，模拟施工过程，提前发现施工问题，通过前期的优化设计，有效减少施工矛盾和冲突。

3.2.4 出图与统计

利用BIM技术，可以自动进行工程量统计，提供工程量清单，减少人为计算可能产生的误差和错误，而且利用BIM技术的参数化特性，在模型中的任意修改都会同步调整更新工程量表，保证了工程量统计的实时性和有效性。利用BIM技术，可以进行信号工程各种图纸设计，包括信号设备平面布置图、信号系统结构图、室外信号设备光电缆径路图，等等，以光电缆径路图设计为例，能够精准定位光电缆的敷设走向以及部分特殊区域线缆过轨位置，通过BIM模型，可以输出需要的二维平面图，在任何部位剖切都会得到设计详图，从而为技术交底和专业施工提供科学指导。

4 结语

综上所述，在城市轨道交通工程项目中运用BIM技术，可以更好协同各参建方，减少工程设计和施工的错误，充分发挥BIM技术优势，有利于改变传统设计理念和设计模式存在的不足，更好地辅助通信信号专业设计。现阶段，BIM技术在城市轨道交通通信信号专业中的应用尚不成熟，缺乏完善的规范标准，需要积极探索实践，结合其他相关行业的应用经验，加快标准化建设，提升专业应用能力，实现城市轨道交通行业的设计革新。