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BIM正向設計是鐵路設計企業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型、開展信息化建設的重要抓手，有限元計算交互、正向出圖、設計校審是BIM正向設計的重、難點。在鐵路站房BIM正向設計中，由于其專業(yè)多、接口復雜，配合難度遠大于民用建筑，有必要開展專業(yè)協(xié)同及設計流程的研究。依托凌海南站站房工程，進行BIM正向設計及應用探索，針對多專業(yè)協(xié)同設計、結(jié)構(gòu)有限元計算、暖通負荷及水力計算、BIM正向出圖、設計校審、工程量統(tǒng)計、管線綜合及協(xié)同開洞、可視化應用等，提出鐵路站房BIM正向設計解決方案。該應用可為相關鐵路站房項目的BIM正向設計提供參考。
近年來，在鐵路BIM聯(lián)盟組織推動下，鐵路BIM標準規(guī)范體系逐步完善，BIM技術(shù)在鐵路站房工程中的應用逐漸深入。BIM技術(shù)不僅在鐵路工程領域取得了較多應用成果,還依托鐵路、城市軌道交通項目進行了正向設計及應用;另外，在鐵路站房工程中，也在正向設計、輔助設計等方面取得了突破。但是，基于鐵路站房多專業(yè)BIM協(xié)同設計及正向出圖的研究較少，如何基于站房設計流程，開展多專業(yè)協(xié)同設計、專業(yè)計算、正向出圖，成為現(xiàn)階段BIM正向設計的研究重點。
鐵路站房BIM正向設計主要存在專業(yè)計算交互難、模型到圖紙轉(zhuǎn)化難、站房專業(yè)構(gòu)件庫缺乏、建模效率低、缺乏三維設計流程、BIM校審困難、模型信息利用率低等問題。依托凌海南站站房工程，基于站房專業(yè)接口復雜、幕墻屋面交接處理困難、公共空間凈空要求高等特點，進行多專業(yè)BIM正向設計研究及應用。
新建朝陽—秦沈高鐵凌海南站鐵路聯(lián)絡線位于遼寧省朝陽市和錦州市境內(nèi)，新建正線線路長度105.647km,新建正線右線繞行2段，線路長度
10.566km。凌海南站站場規(guī)模為2臺7線，為線側(cè)平式站房，站臺尺寸(550×12×1.25)m,設2座8m寬旅客天橋。凌海南站站房工程總建筑面積20165m2,其中站房面積4498m2(見圖1)。
BIM標準是保證信息模型在工程全生命周期內(nèi)信息有效傳遞的前提。在BIM設計過程中，應嚴格執(zhí)行BIM標準，部分BIM標準執(zhí)行應固化到樣板、族、BIM二次開發(fā)上，提升建模及出圖效率。在凌海南站站房工程的實施策劃階段，依據(jù)鐵路站房企業(yè)級BIM標準，結(jié)合項目特點，制定并形成《施工圖階段BIM正向設計實施策劃》《施工圖階段設計統(tǒng)一技術(shù)標準》《施工圖階段BIM建模及交付標準》,用于指導項目的順利實施。
兼顧硬件設施能力、專業(yè)配合模式、提資版本記錄、專業(yè)內(nèi)協(xié)同等需求，提出基于Revit的混合協(xié)同設計模式，即采用“文件鏈接+結(jié)構(gòu)中心文件工作集”的協(xié)同設計方法(見圖2)。專業(yè)內(nèi)采用中心文件工作集、專業(yè)間采用文件鏈接方式進行協(xié)同，實現(xiàn)專業(yè)間上下序提資、接口配合及正向設計出圖，滿足不同提資版本的記錄要求和里程碑節(jié)點要求。
相對于傳統(tǒng)二維設計流程，BIM正向設計流程在專業(yè)配合、提資管理、節(jié)點時間分配等方面區(qū)別較大，該設計方式由二維到三維的轉(zhuǎn)變，使項目設計由以結(jié)果為導向變?yōu)橐赃^程為導向?；赗evit圖模一致機制以及單專業(yè)三維設計流程，制定基于Revit的專業(yè)間協(xié)同設計流程(見圖3)。以建筑模型為基準，建筑完成模型及平立剖提資，根據(jù)專業(yè)提資模型進行細部設計、性能設計，添加構(gòu)件屬性及構(gòu)造選型。結(jié)構(gòu)依據(jù)空間定位及軸網(wǎng)尺寸，構(gòu)建梁柱構(gòu)件、荷載布置及結(jié)構(gòu)計算。機電提取房間、空間屬性，布置設備、管線連接，進行負荷、水力計算。針對幕墻、內(nèi)裝等專項，制定專項設計流程(見圖4),實現(xiàn)設備末端配合、碰撞檢測、預埋件配合等。
Revit平臺的幾何模型與結(jié)構(gòu)有限元分析軟件之間的數(shù)據(jù)交互是結(jié)構(gòu)BIM正向設計的難點。通過測試及多方案比選，打通YJK、MIDAS、3D3S等結(jié)構(gòu)有限元分析計算軟件的數(shù)據(jù)實時交互，有效突破了Revit在結(jié)構(gòu)專業(yè)應用的數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)有限元分析計算軟件與Revit模型的信息實時共享，可以無損傳遞配筋信息、荷載信息、彎矩剪力等計算受力信息，解決了結(jié)構(gòu)專業(yè)正向設計的計算難題(見圖5)。
利用Revit圖模聯(lián)動、信息唯一等優(yōu)勢，實現(xiàn)有限元計算模型與Revit的實時交互，可局部增量更新模型截面尺寸及定位、配筋信息等，進而實時調(diào)整結(jié)構(gòu)施工圖及工程量，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)正向設計的智能化。
基于建筑提資模型，讀取建筑模型房間信息；通過設置空間類型，生成空間后導出XML文件；利用鴻業(yè)負荷計算軟件，導入Revit的XML文件；計算房間負荷后，將計算結(jié)果及設計信息返回Revit,用于布置設備及管道；讀取暖通機電模型進行水力計算，優(yōu)化設備及管道尺寸，生成計算書及系統(tǒng)圖；利用Revit模型信息，實現(xiàn)與負荷計算軟件的數(shù)據(jù)交互及信息聯(lián)動，提升設計效率和設計質(zhì)量。
目前，二維圖紙仍為法定交付物，BIM正向出圖也是BIM正向設計的重、難點。利用BIM圖模聯(lián)動優(yōu)勢，實現(xiàn)正向設計出圖，圖紙大部分通過Revit完成后導出CAD,滿足施工圖設計精度要求。出圖方式包括3個部分：(1)封面、說明、目錄等，通過標準設計樣板應用實現(xiàn)；(2)平面、立面、剖面、節(jié)點大樣等，通過模型剖切后添加標注完成；(3)部分構(gòu)件詳圖，通過圖模聯(lián)動及參數(shù)化開發(fā)實現(xiàn)，減少二維繪制工作量。
目前，建筑專業(yè)可在Revit中完成封面、設計說明、防火分區(qū)圖、平面圖、立面圖、剖面圖、墻剖節(jié)點、衛(wèi)生間大樣、樓梯等部分內(nèi)容(見圖6);對于變電所詳圖等內(nèi)容，因建模性價比較低，建議在CAD中完成。結(jié)構(gòu)專業(yè)可在Revit中完成封面、設計說明、基礎、梁板柱平法施工圖、樓梯、網(wǎng)架等；鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點等較復雜的節(jié)點詳圖，建議通過模型剖切生成，詳圖標注在CAD中完成。
暖通和給排水專業(yè)可在Revit中完成封面、設計說明、設備表、平面圖、詳圖等(見圖7);暖通系統(tǒng)圖也可在Revit中生成，但目前此部分圖紙需要較多的后續(xù)深化，建議采用Revit+CAD方式完成。
遵循傳統(tǒng)設計的復審核設計校審流程，制定基于BIM的設計校審流程。開發(fā)適用于設計校審的參數(shù)化表單(見圖8),完成專業(yè)設計和圖紙表達的校審；通過可視化的云線圈注，記錄復審核意見及設計回復，實現(xiàn)校審閉環(huán)管理。
依據(jù)BIM標準細化構(gòu)件的非幾何信息，內(nèi)置專業(yè)規(guī)范條文，開發(fā)部分規(guī)范條文智能化校審，大幅提升審核效率，有效控制設計圖紙質(zhì)量。
基于Revit明細表功能，實現(xiàn)建筑主體、門窗、結(jié)構(gòu)鋼筋、模板、機電設備、管線、裝飾裝修、幕墻等主要工程量的實時統(tǒng)計(見圖9),解決了傳統(tǒng)設計中工程投資分析與設計圖紙脫節(jié)的狀態(tài)。同時，工程量統(tǒng)計還實現(xiàn)了對設計方案的投資比選，優(yōu)化了設計方案，實現(xiàn)了實時、精確的工程量統(tǒng)計及投資控制。
以數(shù)據(jù)為核心，將平法施工圖中的梁柱配筋在BIM模型中進行三維展示，并與圖紙進行實時聯(lián)動，實現(xiàn)圖紙中配筋信息的修改，實時聯(lián)動三維鋼筋模型的調(diào)整(見圖10)。
制定綜合管線設計標準化流程，通過3輪管線綜合及碰撞檢測，輔以吊頂凈高分析，實現(xiàn)建筑凈高優(yōu)化。鐵路站房涉及專業(yè)及接口較多，在專業(yè)配合、接口校核等過程中，利用Navisworks整合模型數(shù)據(jù)進行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)建模重復項、專業(yè)間不一致、接口碰撞等多項設計問題，生成碰撞檢測報告，大幅減少專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間的差錯漏碰。例如，通過碰撞檢測發(fā)現(xiàn)暖通風管、結(jié)構(gòu)梁、吊頂沖突，通過調(diào)整梁截面、風管尺寸及風口高度，優(yōu)化吊頂高度，最終形成合理可行的設計方案(見圖11),將接口復雜問題解決在設計階段，避免后期現(xiàn)場變更。
制定洞口提資的三維設計流程，區(qū)分結(jié)構(gòu)洞口與砌體墻洞口，細化提資、反饋流程機制，利用模型信息傳遞實現(xiàn)協(xié)同開洞，生成開洞布置圖及預留預埋圖。
利用BIM模型的三維可視化屬性，建立企業(yè)級標準化材質(zhì)庫，通過調(diào)用材質(zhì)庫給構(gòu)件添加材質(zhì)屬性，實時渲染生成的效果圖在工作匯報中得到認可(見圖12)。
依托凌海南站站房工程項目BIM正向設計實踐，主要取得了以下應用成果： (1)通過BIM三維建模，減少專業(yè)間信息溝通不對等，提升溝通效率； (2)通過BIM協(xié)同設計，解決專業(yè)間配合難題，對幕墻與金屬屋面接口等復雜部位的處理更加完善； (3)基于圖模一致，減少專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間圖紙的差錯漏碰，進而減少現(xiàn)場實施過程中的變更； (4)基于模型數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)設計方案比選、有限元計算、性能化設計等； (5)通過BIM精細化建模，優(yōu)化管線及凈高，助力幕墻、精裝修方案的順利實施； (6)基于圖模聯(lián)動，降低圖紙修改難度，實現(xiàn)模型、圖紙、工程量的聯(lián)動修改，設計信息向全生命周期傳遞。 BIM正向設計模式是整個建筑設計過程的流程再造與優(yōu)化升級，在凌海南站站房工程項目實踐中，建立數(shù)據(jù)共享、流程協(xié)同的機制，打破了BIM軟件與計算軟件的壁壘，打通了建筑、結(jié)構(gòu)、暖通等多專業(yè)正向設計的技術(shù)路線，形成從建模、協(xié)同、計算、提資、出圖、校審、工程量統(tǒng)計、可視化應用的全過程解決方案，為BIM正向設計在鐵路站房的推廣及數(shù)字化建設提供了技術(shù)支撐與實踐經(jīng)驗。 內(nèi)容來源： 中國鐵路設計集團有限公司建筑設計研究院. 翁凱，陶然，朱純瑤，張宇涵，王勇.凌海南站站房工程BIM正向設計及應用[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新.
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