■ 王明智

BIM技術(shù)在鐵路中小車站給排水工程中的應(yīng)用

■ 王明智

鐵路中小車站距離城鎮(zhèn)中心區(qū)域較遠(yuǎn)，在給排水工程設(shè)計中，既要滿足鐵路運輸生產(chǎn)、生活用水的需求，又要確保設(shè)計能夠符合國家對環(huán)境保護的要求。應(yīng)用BIM技術(shù)不僅能夠避免傳統(tǒng)設(shè)計模式帶來的問題，還可以提高設(shè)計質(zhì)量、縮短工程周期，從全生命周期對鐵路中小車站給排水工程進(jìn)行全面管理。

BIM技術(shù)；鐵路；中小車站；給排水

0 引言

鐵路設(shè)計是一個多專業(yè)協(xié)同的復(fù)雜工程，需要項目設(shè)計團隊內(nèi)部密切配合，互提上下序資料，共同完成工程項目。給排水專業(yè)作為鐵路設(shè)計專業(yè)的一部分，在中小車站主要負(fù)責(zé)給排水管道及附屬構(gòu)筑物、污水處理站、給水所的設(shè)計。

在鐵路中小車站給排水設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，將虛擬的三維模型信息共享到統(tǒng)一平臺，各專業(yè)通過需求在平臺上直觀提取所需內(nèi)容，最終實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計。BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠方便進(jìn)行碰撞檢查，生成解決方案，在施工前解決相關(guān)問題，還有助于在復(fù)雜地形中進(jìn)行污水處理站的選址和方案設(shè)計，并能通過建造模型指導(dǎo)施工和運營。

1 傳統(tǒng)設(shè)計模式與BIM技術(shù)比較

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計模式

傳統(tǒng)設(shè)計模式下，給排水設(shè)計在CAD平臺下開展工作，專業(yè)設(shè)計人員使用理正給排水和鴻業(yè)市政管線軟件輔助設(shè)計，將設(shè)計理念構(gòu)造的三維模型表現(xiàn)在二維圖紙中，同時考慮與暖通專業(yè)的銜接，與車站房屋、電力與通信等管線之間的位置信息，盡量不出現(xiàn)碰撞沖突。傳統(tǒng)設(shè)計模式存在以下問題：

（1）各專業(yè)均有各自不同的平臺，溝通不及時、不順暢。在設(shè)計過程中，變更設(shè)計難以避免，一個專業(yè)更改的內(nèi)容可能會造成相關(guān)專業(yè)大的變更。鐵路中小車站數(shù)量多、位置分散，當(dāng)上序暖通專業(yè)的某幾個車站房屋的室內(nèi)給排水管道接口位置或管道的管徑發(fā)生變化時，分車站各房屋類型將紙質(zhì)資料下序文件重新提交，技術(shù)人員需要分別打開各車站、各房屋的圖紙，按照提交資料在CAD圖紙上核實后重新計算修改。這種模式往往存在反復(fù)變更，在工程設(shè)計中非常普遍，在人力、時間上造成浪費，影響設(shè)計效率。

（2）設(shè)計意圖難以通過圖紙明確表現(xiàn)。給排水管線設(shè)計圖紙上標(biāo)明管線的走向，管道、管徑、埋深等信息，但在具體實施過程中，施工技術(shù)員在復(fù)雜的現(xiàn)場情況下對二維設(shè)計圖紙和文字說明的理解完全取決于施工人員的水平和經(jīng)驗，對于管線碰撞交叉解決方案一般都在現(xiàn)場解決，設(shè)計意圖得不到合理實現(xiàn)。

（3）設(shè)計成果難以在運維過程中有效利用。鐵路車站設(shè)計建造完成后，會多次養(yǎng)護維修，在此過程中，埋設(shè)在地下的管線很難通過二維圖紙表述清楚，給后續(xù)改造設(shè)計帶來困難，也為養(yǎng)護維修增加了難度。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

應(yīng)用BIM技術(shù)解決上述問題，在以下幾個方面有明顯優(yōu)勢：

（1）在參數(shù)化設(shè)計和協(xié)同設(shè)計中優(yōu)勢明顯。給排水內(nèi)容在設(shè)計后，BIM模型能夠匯總?cè)康男畔?，如某個消防泵房或污水泵房內(nèi)水泵的用電量信息發(fā)生變化時，電力專業(yè)相關(guān)負(fù)荷計算也會隨之更新。協(xié)同設(shè)計中任何一方修改了設(shè)計，其他相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員也能實時準(zhǔn)確了解修改結(jié)果，與之相關(guān)的信息在提示后根據(jù)要求聯(lián)動更新，提高了生產(chǎn)效率。

（2）管道綜合設(shè)計中表現(xiàn)管道真實空間狀態(tài)，便于進(jìn)行碰撞檢測。碰撞分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞指碰撞發(fā)生在物理意義上；軟碰撞指使用空間、安裝及檢修的校核［1］。在檢測過程中，設(shè)計師不但能將模型當(dāng)中所發(fā)生的沖突碰撞直接觀看，還能夠利用相關(guān)模塊進(jìn)行碰撞檢測。

（3）在指導(dǎo)施工和運營維護方面發(fā)揮巨大作用。給排水專業(yè)管線及附屬構(gòu)筑物在BIM平臺中真實展現(xiàn)，施工單位根據(jù)BIM成果指導(dǎo)施工，實現(xiàn)設(shè)計與施工無縫對接。在運營維護過程中，管線、構(gòu)筑物及給排水設(shè)備等信息可供管理人員隨時調(diào)取，改造后及時更新BIM信息，為運營單位提供了方便。

2 BIM軟件應(yīng)用情況

目前，在鐵路給排水專業(yè)設(shè)計方面，Autodesk公司的Revit MEP、Dassault systemes公司的CATIA等軟件均能夠滿足設(shè)計要求。

2.1 Revit MEP

Revit MEP在民用建筑市場借助AutoCAD的天然優(yōu)勢，市場使用率較高，對一個中小車站的室內(nèi)建筑給排水設(shè)計，借助真實管線進(jìn)行準(zhǔn)確建模，能夠?qū)崿F(xiàn)智能而直觀的設(shè)計流程。

Revit中所有模塊和編輯類型以族的方式存在并提供常用的模塊族，如室內(nèi)的消火栓、噴頭等。管道族作為給排水專業(yè)重要的組成部分，Revit為其提供了非常便捷的支持，通過復(fù)制編輯管道這個系統(tǒng)族，可創(chuàng)建項目所需的各種材質(zhì)、管徑的管道，在管道編輯中還有布管系統(tǒng)配置項，能夠編輯采用何種管件來連接管道，如彎頭、三通等［2］。模塊族能夠根據(jù)軟件提供的族塊制作樣本去不斷擴充，在實際工程中不斷積累，該軟件在建筑行業(yè)應(yīng)用廣泛，在室內(nèi)建筑給排水設(shè)計有一定優(yōu)勢。對于一個車站工點，如果全專業(yè)均采用Revit在一個平臺下開展設(shè)計研究是能夠滿足要求的。2.2 CATIA

CATIA是全球最高端的機械設(shè)計制造軟件，在航空、航天、汽車等領(lǐng)域具有接近壟斷的地位，應(yīng)用于工程建設(shè)中，對復(fù)雜模型的表現(xiàn)與管理能力相比傳統(tǒng)建筑類軟件更有優(yōu)勢。在鐵路設(shè)計中，涉及的專業(yè)多、范圍廣，為實現(xiàn)鐵路項目全專業(yè)協(xié)同，在鐵路中小車站給排水設(shè)計中使用與站前專業(yè)相同的平臺軟件，更加符合BIM技術(shù)的初衷。CATIA主要優(yōu)勢包括：

（1）全專業(yè)在一個平臺下工作，專業(yè)設(shè)計模型能夠?qū)崟r顯示，并根據(jù)專業(yè)需要提取所需要的信息，采用CATIA“骨架驅(qū)動”的概念，實現(xiàn)專業(yè)修改后，各專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容聯(lián)動修改，提高工作效率。

（2）CATIA旗下的Piping &Tubing 3D Design管路模塊有強大的管路繪制功能，在鐵路中小車站的給排水專業(yè)設(shè)計中能夠方便地繪制給水、中水、雨水、污水等管道模型，并賦予不同的顏色，能直觀顯示管道之間的相對位置（見圖1）。圖1中綠色代表給水管道、黃色代表污水管道、紅色代表消防管道，可通過Interference Check模塊檢測管道之間的碰撞問題，并提供問題報告。

圖1 中小車站給排水及附屬構(gòu)筑物三維實體圖

（3）CATIA強大的建模功能可以方便專業(yè)人員根據(jù)設(shè)計院通用圖集和國標(biāo)圖集制作模型庫，建立一系列給水、排水構(gòu)筑物模型庫：①排水構(gòu)筑物模型庫。包含污水檢查井、溢流井及化糞池等。②給水構(gòu)筑物模型庫。包含水表井、消火栓井、閥門井、給水栓、圓形蓄水池和矩形蓄水池等。專業(yè)技術(shù)人員在工程實踐中不斷擴充積累專業(yè)模型，最終形成鐵路行業(yè)專業(yè)模型庫。

CATIA雖然剛剛走入鐵路行業(yè)市場，在鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司的試點工程進(jìn)行了CATIA平臺下全專業(yè)協(xié)同設(shè)計的探索，取得了一定成果。但由于CATIA沒有鐵路給排水設(shè)計方面的模板庫，需要專業(yè)技術(shù)人員隨著工程實踐的開展慢慢積累。

3 存在的問題

BIM技術(shù)在鐵路設(shè)計中的應(yīng)用受到越來越多專家和設(shè)計師的重視，其優(yōu)勢也被肯定。然而，BIM技術(shù)在中小型鐵路車站中給排水中的運用仍處于起步探索階段，存在以下幾方面問題：

（1）未形成專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)1.0版已經(jīng)編制完成，在陽大鐵路工程進(jìn)行了試點研究，但僅為站前專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，給排水專業(yè)在鐵路行業(yè)還沒有數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)。

（2）專業(yè)軟件本土化仍需要時間去提升。CATIA從機械行業(yè)跨越到鐵路行業(yè)，需要和鐵路設(shè)計研究單位去合作，掌握用戶需求，不斷完善。Revit也缺乏符合鐵路設(shè)計要求相應(yīng)的管道、設(shè)備、構(gòu)筑物等模型庫。

（3）專業(yè)計算功能有待完善。BIM技術(shù)的發(fā)展是不斷發(fā)展，不斷改進(jìn)的過程，鐵路給排水計算，特別是難度較大的平差計算，在二維輔助設(shè)計軟件的幫助下能夠進(jìn)行快速計算與標(biāo)準(zhǔn)，但在三維設(shè)計的BIM技術(shù)中有待進(jìn)一步開發(fā)，利用專業(yè)軟件將模型信息提取后進(jìn)行平差計算，將計算后信息賦在模型信息中，供設(shè)計者使用。

（4）成果的交付。使用BIM建立的模型，如果按照傳統(tǒng)的二維出圖方式，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后提交業(yè)主或施工單位實施。這種情況出現(xiàn)在BIM使用的過渡期，未來的發(fā)展應(yīng)該是BIM成果的三維交付，以何種形式交付有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)束語

目前，鐵路給排水設(shè)計還是以CAD為主導(dǎo)，但BIM技術(shù)的巨大優(yōu)勢顯而易見，并勢必帶來一次新的技術(shù)革命。鐵路給排水設(shè)計必須適應(yīng)鐵路“高可靠，少維修”的形勢［3］，積極探索研究，建設(shè)一系列系統(tǒng)而專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程，指導(dǎo)BIM技術(shù)規(guī)范合理地運用。隨著BIM軟件專業(yè)設(shè)計模塊的不斷豐富，勢必會告別二維繪圖時代，使設(shè)計效率和質(zhì)量再上新臺階［4］。

［1］ 趙吉. 探索BIM在建筑給排水工程設(shè)計中的應(yīng)用［J］. 中華居民，2013（9）：102-103.

［2］ 袁俊. 運用Revit2013建立建筑給排水BIM信息模型的技術(shù)探討［J］. 中國居民，2013（5）：65-66.

［3］ 武志強，張松巖. 新建鐵路中小車站給排水設(shè)計探討［J］.給水排水，2005（7）：111-112.

［4］ 張雪才. BIM技術(shù)在鐵路設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用研究［J］. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（5）：14-18.

王明智：鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，工程師，天津，300251

責(zé)任編輯 苑曉蒙

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1672-061X（2016）03-0080-03