机务段设计中的BIM应用

新世纪以来，旧有的火车站一方面建筑面积小，另一方面设计老旧，不能适应现代铁路的需求。许多省会都对老火车站进行了站改。此前我们介绍过哈尔滨站的站改工程，今天我们来看看西安站站改中的机务段设计。

铁路机务段设计具有涉及专业多、专业接口复杂的特点，传统二维设计容易出现管线碰撞及设计缺陷。迁建西安机务段项目运用Inventor、Revit、Navisworks等设计软件作为BIM设计工具，将所涉及的14个专业工程内容全部进行BIM设计。通过建立族库、各专业BIM设计、模型整合的流程。构建一个覆盖全专业的数字化仿真模型，并总结出一套机务段BIM设计流程。实现了模型可视化展示、二维出图、属性信息添加、工程量统计、碰撞检测等应用。

工程概况

西安客车段、机务段搬迁是西安站改工程“三步走”的第二步，机务段为新建迁建机务段，位于西安车站东侧，原西安东货场内。 机务段主要担当枢纽内客运机车的牵引任务，承担枢纽内客运机车年修(小辅修)及以下修程的检修任务。

西安机务段东西侧各有1处机车出入段线。南北侧共设置1处主出入口。2处次出入口共3处出入段道路，占地约17 h㎡，生产办公房屋共14座，总建筑面积为6．7×104 ㎡，燃油储存能力为320 m3。机务段内设整备场1处。与出入段线顺接，含电力整备待班线8股道，内燃整备待班线1股道。整备场北侧设机车检修库1座，与段出入段线顺接，主库含6股道12个小辅修台位，其中2个不落轮镟轮台位，1个快速落轮台位。段内另设有检修设备综合楼、材料库材料棚、空压机间、蓄电池间、变电所以及设备车间机加工问等生产办公用房。

另段内设置有通信电缆管线、电力电缆管线、压缩空气管线、冷却水管线、机油管线、柴油管线、采暖管、热水管、给排水与消防管道等数十种管线。将除雨水、部分污水管道等管线全部设置在综合管沟内。本项目在施工图阶段运用BIM技术进行机务段设计。

本次机务段BIM设计涵盖站场、轨道、桥涵、机务、室外给排水、室内给排水、建筑、结构、暖通、电力、接触网、通信、信息、环保共14个专业，系统性强、各专业间接口复杂。为指导现场施工，控制工程变更，提高施工质量，本工程采用BIM技术进行可视化设计。

西安站改两段全专业整合后BIM模型

BIM设计软件解决方案

本项目主要采用欧特克公司Civil 3D、Inventor、Revit、Navisworks Manage及部分第三方软件进行BIM设计，由于机务段设计涵盖专业众多，根据各专业不同特点，采用的设计思路为在Revit或其他软件中建立族库模型，然后导人Revit软件进行各专业协同设计，最后将各专业模型导入Navisworks软件中进行整合及碰撞检测等后处理工作。

族库建立

本项目设计采用欧特克公司的Revit软件，软件本身的族库远远不能满足铁路段场建模设计的需要，在实际操作中，对各专业族库的完善是最重要的一项工作。

各专业结合专业特点，通过研究软件接口，选择了合理的软件进行建模(如设备建模采用Inventor软件)，然后导入Revit软件中建立族文件，添加属性参数。建筑结构及管线专业建立族库模型均采用Revit软件。

专业族文件建立示例

协同设计

协同设计平台

以Revit Server作为协同设计平台．各专业可实现本地文件与服务器中心文件同步更新。供其他专业使用。同时也能及时获取其他专业最新模型。

文件链接

各专业设计时。采用文件链接形式将其他专业模型载人到本专业模型中开展设计工作。如机务、风水电专业将房建模型链接到本专业模型中，采用“复制／监视”工具建立本地文件高程．然后进行BIM设计。这样可以保证当链接模型高程发生变化时，本地文件能够及时获取信息以进行调整。

检修库机务设备布置BIM设计

共享坐标

室内各专业BIM设计中，以房建专业A一1轴作为项目基点进行设计．但总图中各室内专业坐标位置均会发生变化，此时可采用共享坐标工具，对各室内专业建立另一个总图坐标，此时1个模型对应有2套坐标体系。当进行总图模型整合时，采用共享的总图坐标进行链接即可。

模型整合

由于机务段设计涵盖专业广。各专业模型整合后体量大。Revit软件占用系统资源大。很难实现各专业模型整合功能，实际操作中利用与Revit软件具有良好的数据接口的Navisworks软件作为整合平台，集中展示各专业模型。

室外整合模型

室外管网整合模型

检修库整合模型

BIM设计流程

根据传统设计经验，并结合BIM技术特点，梳理一套BIM设计流程：

机务段BIM设计流程

总图方面

• 机务专业完成场段二维总平面布置草图，并将总图提供给站场专业进行优化

• 站场专业确定本次设计所采用的坐标系统，坐标原点。对机务提供的总图进行优化，完成场地BIM设计(包含场地、道路、围墙、站场排水沟等)，提交各专业

• 各室外专业根据机务专业要求，将站场总图作为链接文件，开展BIM设计，完成相关设计工作(如室外给排水、轨道、供电设计等)

• 结合各室外管线专业资料，机务专业提供管综二维图资料，结构专业根据资料建立管沟模型，并提交各专业进行室外管线BIM设计

• 各管线专业根据管沟、场地、房屋模型，完成室外综合管线设计并提交给机务专业汇总

• 机务专业整合各专业管线模型，检查各专业管线模型是否无误。若有问题需及时联系相关专业调整，最终完成准确的管线综合模型

• 机务专业将室外各专业模型进行整合，并进行碰撞检测，整理碰撞检测报告

• 碰撞检测报告整理完成后，总体组织各专业设计人员进行对接讨论，确定碰撞问题解决方案及原则，重新调整设计，直到无碰撞为止

单体方面

• 机务专业向房建专业提供机务生产用房平面布置草图，并向水暖电及系统等专业提出设计要求

• 房建专业根据机务及各专业要求，完成单体BIM设计并下发各专业

• 各专业以房建模型为链接文件，进行BIM设计，完成相关建模工作(如机务设备布置、风水电、轨道、供电设计等)

• 建筑专业将各单体室内各专业模型进行整合，并进行碰撞检测，整理碰撞检测报告

• 碰撞检测报告整理完成后．总体组织各专业设计人员进行对接讨论。确定碰撞问题解决方案及原则，重新调整设计，直到无碰撞为止

BIM设计应用

二维图纸生成

Revit软件可在BIM模型任意位置生成传统2D的平面布置图、剖面图和正视图，以机务专业为例，将房建专业BIM模型作为链接文件载人机务专业设计项目文件中，通过“复制／监视”工具建立轴网高程．然后进行设备平、剖面图设计，平、剖面图整理，添加注释等工作，最后新建符合要求的图纸(包含图框、签署栏等)，将平面图、剖面图载人图纸中，添加图例、设备表等。Revit同时支持将生成的二维图导出为DwG格式文件。

加工间机务设备平面布置

模型属性添加及工程量统计

BIM设计可以将设备参数添加到模型属性中．方便其他专业查看设备属性。进行设计，且有利于设备后期运营维护。

设备属性查看

对不同构件添加信息后，在Revit软件中可以准确统计出模型中各类信息。方便设计人员查看相关明细，同时可导出为文本文件，用Excel表格打开，进行工程量统计。建筑专业也可以通过Revit软件快速统计门窗型号、数量等信息。

碰撞检测

本项目中设有通信电缆管线、电力电缆管线、压缩空气管线、冷却水管线、机油管线、柴油管线、采暖管、热水管、给排水与消防管道等数十种管线，并设有地下综合管沟，管线错综复杂。

本次设计采用Navisworks软件中的ClashDetective模块进行各专业碰撞检测，制定好碰撞规则后，各专业两两进行检测，每组碰撞均生成报告文件。各专业负责人根据碰撞结果协商讨论，对碰撞检测结果进行筛查，去除伪碰撞。

根据筛查后的碰撞检测报告．进行优化设计，各专业设计人员根据碰撞避让原则和相关规范进行协商．重新设计碰撞部位的管线走向。通过再次建模。检测管线修改后是否有新问题产生，直到确定模型中原有碰撞问题均已解决且不产生新的碰撞后重新出图，确保在施工过程中不出现碰撞问题，避免出现废弃工程，造成经济损失及影响工期。

移动端展示

通过建立云服务器，实现模型在办公电脑及移动终端(如iPad)中同步，尤其适用于在施工现场使用移动终端指导施工，极大地方便施工人员现场确定施工方案，对照模型检查施工成果。

移动端BIM模型展示

模型渲染及动画制作

采用Navisworks中的Autodesk Rendering及Animator模块可对模型进行渲染及漫游动画制作．通过渲染图片及漫游动画。可使业主及施工单位更清楚地了解到设计意图．减少沟通障碍。

检修库内BlM模型渲染效果

在迁建西安机务段工程BIM设计过程中，采用Autodesk Revit及部分第三方软件进行BIM设计。 Autodesk Navisworks Manage进行模型整合，实现了所有构筑物的建模及精确定位。 本次BIM设计将所涉及的各专业工程内容全部进行三维设计，利用BIM技术建立并完善了基本专业族库，构建一个覆盖全专业的数字化仿真模型，真实反映各专业接口信息和工程体量。

在进行铁路工程BIM设计时，只有遵循统一的技术标准才能使BIM信息在工程建设各阶段有序传递。 本项目设计初期并未制定一个详细的技术标准，导致在后续交付模型时，部分专业出现了交付模型精度不够、未添加属性信息、模型材质与实际不符、定位有误等问题。 因此有必要在BIM应用研究试点的同时。

开展BIM标准体系的研究，以在大范围开展专业BIM应用时，统一指导、规范应用。 本项目主要为施工图阶段BIM设计，对于运维阶段并没有很好的应用。 存在设备信息不全、无法实现设备资产管理、维修指导等问题。 随着近几年科技发展，BIM技术可结合物联网、VR、3D打印技术进行更全面深入的应用。

在高速铁路快速发展的大趋势下，对设计文件可视化、信息化的需求日益迫切，三维设计技术势必是未来铁路设计行业的发展趋势。本项目为我院在大型铁路工程BIM设计领域积累了宝贵经验。