一、項(xiàng)目背景
1、項(xiàng)目名稱：西部某高速鐵路三維設(shè)計(jì)
2、項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位：中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司
中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司（簡稱“中鐵二院”），原名鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院，成立于1952年9月。現(xiàn)隸屬于世界500強(qiáng)企業(yè)——中國鐵路工程集團(tuán)有限公司。中鐵二院是全國大型綜合性勘察設(shè)計(jì)咨詢企業(yè)，公司持有勘察、設(shè)計(jì)、咨詢、監(jiān)理、環(huán)境評(píng)價(jià)等資質(zhì)證書和對(duì)外經(jīng)營資格證書四十多項(xiàng)，是全國首批獲得設(shè)計(jì)資質(zhì)綜合甲級(jí)的八家單位之一，也是國內(nèi)公路系統(tǒng)外首家獲得公路“四甲”資質(zhì)證書的單位。設(shè)有線路、軌道、地質(zhì)、路基、橋梁、隧道、站場、建筑、環(huán)保、通信、信號(hào)、電力、及航測等四十個(gè)專業(yè)。依托鐵路，目前業(yè)務(wù)已拓展到公路、城市軌道交通、市政工程、區(qū)域綜合規(guī)劃、輪渡碼頭、工程總承包、工程監(jiān)理、巖土工程施工、房地產(chǎn)、產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、冶金礦山等各類領(lǐng)域。
3、相關(guān)軟件應(yīng)用：
Autodesk Revit Architecture
Autodesk Revit Structure
Autodesk Revit MEP
Autodesk Navisworks
Autodesk Ecotect
Autodesk 3ds Max Design
AutoCAD Civil 3D
4、BIM應(yīng)用評(píng)價(jià)與反饋：
Autodesk Revit 作為BIM的重要技術(shù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)成果的平立剖三維互動(dòng)，提供了強(qiáng)大的“多任務(wù)”能力，對(duì)鐵路站房設(shè)計(jì)觀念和方法帶來了新的變革。
——中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司信息中心總工程師董鳳翔
通過歐特克公司的三維設(shè)計(jì)軟件，讓業(yè)主能夠更加直觀生動(dòng)地了解設(shè)計(jì)成果的最終形態(tài)，在匯報(bào)交流過程中，極大地減少了溝通障礙，得到了業(yè)主的高度認(rèn)可。
——中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 信息中心總工程師 董鳳翔
AutoCAD Civil 3D強(qiáng)大的參數(shù)化鐵路路基建模和動(dòng)態(tài)更新的特性給我留下了深刻印象，它能夠幫助線路和路基專業(yè)設(shè)計(jì)人員高效率地完成設(shè)計(jì)工作。
——中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司交規(guī)院副總工程師胡光常
通過在Autodesk Revit Structure中構(gòu)建自定義三維橋梁結(jié)構(gòu)族，創(chuàng)建中將結(jié)構(gòu)參數(shù)暴露給用戶靈活修改，給橋梁三維建模帶來了一種新思路，讓橋梁設(shè)計(jì)變更更加直觀、簡潔、高效。
——中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司橋梁專業(yè)工程師 楊詠漪
二、正文
BIM技術(shù)在高速鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
——西部某高速鐵路三維設(shè)計(jì)
項(xiàng)目概況
西部某高速鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，橫跨三省十一縣，正線長度約515km，其中特大橋14座，特長隧道180座，總橋隧長度約405km，橋隧比81%，線路跨越中國西南山區(qū)的崇山峻嶺，地形和地質(zhì)條件都非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)和施工難度很大。
中鐵二院將BIM技術(shù)應(yīng)用于站前多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)周期為2012年1月到6月。
項(xiàng)目挑戰(zhàn)及解決方案
作為一個(gè)高速鐵路項(xiàng)目，本項(xiàng)目面臨的挑戰(zhàn)包括：項(xiàng)目整體線路較長，在平面選線和路基橫斷面設(shè)計(jì)上的影響因素很多，工作量很大。與此同時(shí)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期卻相對(duì)較短，只有大約6個(gè)月，與同等規(guī)模的項(xiàng)目相比，只占其50%。項(xiàng)目中的一大挑戰(zhàn)就是要在有限的項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期內(nèi)完成多個(gè)方案的比選，并生成高質(zhì)量的橫斷面設(shè)計(jì)圖紙，且業(yè)主期望以更為直觀的方式獲取設(shè)計(jì)最終效果。
基于以上項(xiàng)目挑戰(zhàn)，中鐵二院組建了一支BIM設(shè)計(jì)小組，將BIM技術(shù)應(yīng)用于該項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)了專業(yè)之間數(shù)據(jù)的協(xié)同與共享，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，為業(yè)主提供更為直觀的交付方式。
BIM技術(shù)在線路、路基協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用
本次三維設(shè)計(jì)首先運(yùn)用基于三維GIS平臺(tái)的空間選線系統(tǒng)，規(guī)劃鐵路的線路通道，為后續(xù)設(shè)計(jì)研究奠定基礎(chǔ)。系統(tǒng)利用三維GIS平臺(tái)，獲取地形高程數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)及相關(guān)地理信息，直接進(jìn)行鐵路線路規(guī)劃設(shè)計(jì)，并進(jìn)行方案綜合展示、構(gòu)建沿線鐵路三維場景及線路方案比選。
圖1 進(jìn)行線路交互式定線
圖2 設(shè)置縱斷面變坡點(diǎn)
圖3 規(guī)劃車站、橋梁和隧道的位置
在線路規(guī)劃完成后，設(shè)計(jì)人員將線路平、縱數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入AutoCAD Civil 3D軟件，并根據(jù)初步選定的裝配，快速創(chuàng)建鐵路路基三維模型。AutoCAD Civil 3D強(qiáng)大的參數(shù)化鐵路路基建模和動(dòng)態(tài)更新的特性幫助線路和路基專業(yè)設(shè)計(jì)人員高效率地完成了工作，通過對(duì)路線平縱斷面的調(diào)整，可以實(shí)時(shí)地觀察到路基模型的更新和土方量的變化。
圖4 添加路基模型生成三維路基
由于線路穿越山區(qū)，地形起伏很大，因此橫斷面的變化也很多。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段下，這部分的工作通常需要花費(fèi)大量時(shí)間和人力。一般來說，10km的路基橫斷面需要大約5天。利用AutoCAD Civil 3D的智能路基橫斷面部件，如條件判斷部件等組成的裝配可以很容易地應(yīng)對(duì)橫斷面的變化。同時(shí)在AutoCAD Civil 3D中的橫斷面圖紙和路基模型動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，任何對(duì)于線路平縱斷面和路基裝配的修改，都可以實(shí)時(shí)精確地反映到橫斷面圖紙上。
圖5 三維路基模型與橫斷面圖對(duì)應(yīng)關(guān)系 圖6 根據(jù)三維路基模型自動(dòng)生成二維橫斷面圖
這就使設(shè)計(jì)人員可以集中精力在設(shè)計(jì)本身上。在本項(xiàng)目中，160km的鐵路路基設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)人員花了大約10天時(shí)間來研究橫斷面的坡度、擋土墻和排水溝等細(xì)部問題，而只用了一小部分時(shí)間修訂圖紙。
BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用
在鐵路橋梁設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員使用Autodesk Revit Structure建立了大量的參數(shù)化橋梁結(jié)構(gòu)族庫，并定制了相關(guān)的視圖樣板和明細(xì)表模板。根據(jù)測繪、地質(zhì)、線路等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員利用參數(shù)化的族庫，拼裝成三維橋梁模型之后，便可快速得到二維圖紙和混凝土工程量。同時(shí)，借助Autodesk Revit的API，橋梁工程師還開發(fā)出了橋梁下部結(jié)構(gòu)的參數(shù)化鋼筋配置模塊，為每一種不同類型的橋墩和橋臺(tái)快速布置實(shí)體鋼筋，以便于鋼筋圖的生成和鋼筋數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。
圖7 三維剛架墩模型（參數(shù)集）
圖8 鋼架墩二三維圖紙
BIM技術(shù)在車站設(shè)計(jì)的應(yīng)用
在車站設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)人員采用了基于BIM理念的Autodesk Revit系列軟件。在傳統(tǒng)工作方式下，不同專業(yè)之間的設(shè)計(jì)人員采用二維平面圖進(jìn)行交流，既不直觀又容易出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的情況。而設(shè)計(jì)中一個(gè)小小的專業(yè)間的碰撞就有可能在施工中帶來巨大的成本追加。在本項(xiàng)目的車站設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員使用Autodesk Revit的工作集和鏈接管理，將多專業(yè)的Autodesk Revit模型進(jìn)行整合和沖突檢測。其中的一個(gè)車站設(shè)計(jì)，總共發(fā)現(xiàn)管道系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間5處碰撞。根據(jù)碰撞結(jié)果，設(shè)計(jì)人員重新進(jìn)行管線綜合，在施工之前將錯(cuò)誤避免，同時(shí)也為業(yè)主提供了更為直觀的最終成果展示手段。
圖9 通過Autodesk Revit軟件設(shè)計(jì)的車站三維模型
圖10 通過不同視角對(duì)三維模型進(jìn)行切割
在完成設(shè)計(jì)之后，整個(gè)車站的模型被導(dǎo)入Autodesk NavisWorks進(jìn)行四維施工模擬，以便施工項(xiàng)目經(jīng)理和業(yè)主更好地了解項(xiàng)目建造過程和控制施工進(jìn)度。
圖11 四維模擬施工一
圖12 四維模擬施工二
BIM技術(shù)與成果展示
在展示交流方面，一方面設(shè)計(jì)人員將AutoCAD Civil 3D創(chuàng)建的三維鐵路路基模型和地形通過AutoCAD Civil View導(dǎo)入Autodesk 3ds Max Design進(jìn)行鐵路軌道線路的可視化展現(xiàn)，以便于方案溝通。之前，建模工作需要在Autodesk 3ds Max中完成。路基的臺(tái)階式邊坡和高度變化的擋墻通常需要花費(fèi)大量時(shí)間和人力，而且模型精度不高，只是一種示意?，F(xiàn)在，AutoCAD Civil 3D精確的三維模型可以無縫地導(dǎo)入到Autodesk 3ds Max Design中來，并使AutoCAD Civil 3D模型和Autodesk 3ds Max模型保持一致的更新關(guān)系。不僅真實(shí)地反映了工程，更省去了重復(fù)建模的時(shí)間。多媒體制作人員可以集中精力完成后期的渲染表現(xiàn)和動(dòng)畫制作，而不是在建模工作上。
圖13 在Autodesk 3ds Max導(dǎo)入的道路局部模型
另外一方面，項(xiàng)目完成之后，多媒體部門將歐特克軟件生成的路基、橋梁和車站等信息都導(dǎo)入到自主研發(fā)的可視化系統(tǒng)中，并結(jié)合測繪、地質(zhì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行整個(gè)項(xiàng)目全線的展示匯報(bào)，以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。
圖14 高精度三維虛擬地形場景
圖15 精細(xì)三維橋梁模型
在該高速鐵路項(xiàng)目上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用了歐特克工程建設(shè)行業(yè)的大部分主流軟件。在項(xiàng)目的各個(gè)不同階段開展工作，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，在有限的項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期內(nèi)高質(zhì)量地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)，由于應(yīng)用了BIM技術(shù)，各個(gè)階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也得到了有效地傳遞和繼承，為后期的建設(shè)施工和運(yùn)營維護(hù)提供了寶貴的資料。
*本項(xiàng)目在中勘協(xié)與歐特克共同主辦的2012年“創(chuàng)新杯”BIM設(shè)計(jì)大賽中獲得 最佳工業(yè)工程類BIM應(yīng)用獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)
