铁路公共建筑正向设计中BIM技术的应用

建筑中级职称论文第七篇：铁路公共建筑正向设计中BIM技术的应用

 

　　摘要：基于国内外BIM市场产品的应用现状，从BIM基础理论、IFC交互标准、产品在不同阶段的运行速度、软件间的交互方式以及产品综合应用等方面出发，对现有的BIM软件进行综述、比较及选择。依附于京张高铁项目，参照已经出台的法律法规、IFC标准等，从设计的角度出发，提出铁路公共建筑正向设计的思路及方案，并在该项目中进行了应用。最后，对BIM技术给未来铁路公共建筑带来的深远影响进行论述。

 

　　关键词：BIM; 市场产品; 正向设计; IFC; 交互标准; 京张高铁; 铁路公共建筑;

 

　　Exploration on Forward Design Based on the Status of BIM Market Products

 

　　Wang Jing

 

　　China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.

 

　　Abstract：Based on the application status of BIM market product,the existing BIM software is summarized,compared and selected from the perspective of BIM basic theory,IFC interaction standard,the product operating speed at different stages,interaction between software and product comprehensive application.Attached to the Beijing-Zhangjiakou high-speed railway project, according to the existing laws and regulations,as well as IFC standards,and from the perspective of design,forward design ideas and schemes of railway public buildings are proposed and they are also applied in this project. Finally,the paper discusses the profound influence of BIM technology on the future railway construction.

 

　　1 BIM技术国内外发展情况

 

　　1.1 各阶段的BIM产品

 

　　数据信息的创建、传递、存储都离不开软硬件的支持，软硬件的进步也离不开对数据信息的进一步探索。目前，具有国际和行业影响力并应用于中国市场的BIM核心建模软件有Revit Architecture/Structural/MEP、Bentley Architecture/Structural/Mechanical、Archi CAD三种。应用于民用建筑的建模软件主要是Revit及Bentley旗下的系列产品，国内一些软件公司通过二次开发的方式，正在逐步完善与Revit和Bentley数据信息的交互，其中包括方案设计软件Sketchup、Rhino;结构计算软件PKPM、YJK;机电分析软件博超和鸿业;深化设计软件探索者;造价管理软件鲁班等。近几年，一些设计院联合高校、研究机构及软件开发商，进行符合国内设计习惯的软件开发，并取得了一定的研究成果。

 

　　1.2 数据交互

 

　　IFC[15](Industry Foundation Class)是ISO认证的、为建筑业各种软件提供数据格式及信息交换的数据标准，具有开放性、稳定性、完整性等特点，其内容主要包括工程信息描述和工程信息获取。工作方式为:软件A生成IFC标准模型;软件B得到软件A生成的IFC文件后，解析IFC文件的数据结构，生成适用于本身的模型。市面上各个相对独立的软件公司多以这种方式进行数据传递、资源共享。目前，国际上宣称支持IFC标准的软件高达200多款[3]，但通过Building SMART官方认证的只有一部分[4]。因此，需要各大软件厂商进一步加强相关项目的开发力度，使得其平台能够更好地依附于IFC，以保证BIM全生命周期底层基础数据的交换得以实现。

 

　　1.3 BIM法律法规

 

　　早在2000年左右，美国、英国[5]、日本[6]等就已经开始制订BIM的相关标准。2006年，《General Building Information》率先发布，相继又有《Handover Guide》及《BIM Guide Series》出台[8]。2007年，依据IFC系列标准，美国发布了NBIMS第一版标准;2012年，在参考标准、信息交换、应用等的基础上，Building SMART联盟对其进行了修订和补充，以此作为第二版NBIMS进行发布;后续的第三版又在原有版本基础上增加了模块内容。在IFC标准及NBIMS标准的基础上，英国颁布了适用于英国建筑业的BIM标准，并于2010年出台了《AEC(UK)BIM Standard for Autodesk Revit》标准，次年9月又发布了Bentley平台标准。早在1995年，日本就已经开始推动建筑业的相关信息化工作，2012年，日本建筑学会JIA(Japanese Institute Architects)以设计师视角为出发点，发布了JIA BIM，明确了人员组织架构及责任分配，并在此基础上调整了原有的设计流程。

 

　　2000年初，中国提出要建立建设领域的信息化系统，表1展示了我国近几年编制和出台的一些相关法律条文[7]。

 

　　表1 国内相关的法律条文 

   

　　2 基于BIM的铁路公共建筑正向设计

 

　　2.1 产品选择

 

　　铁路公共建筑不仅是某建筑物内各专业的面状承载，还包括地形、地貌等数据的写入。因此，铁路建筑BIM设计对软件的运载需求更大。与此同时，铁路房屋需要根据不同使用功能，大批量产出并沿铁路线进行放置，相较于其它的民用或工业建筑，具有较高的重复使用率。由于需要配合整条铁路的运维，对软件的运行速度有较高的需求。故需要从如下几个方面对[9]Revit[10]与Bentley系列软件进行比选。

 

　　(1)承载能力与运行速度

 

　　Autodesk[11]公司旗下二维设计软件AutoCAD在二维图形处理方面能力显着，隶属于其旗下的Revit软件沿用了其二维设计AutoCAD的存储方式(也就是为保证其运行速度，如果不执行“保存”命令，所有完成的模型都写在内存里，执行“保存”命令后，才会把内存的文件写入到硬盘)。而Bentley[12]的做法与其不同，使用者在MicroStation上建立的一些东西，不需要手动“保存”就可以直接将内容写入到硬盘。在三维设计中，数据量显着增加，采用Revit软件的大量数据被保存在内存里，内存就会经常出现不够用，从而造成“卡死”的状况，严重影响软件的运行及使用效率。而MicroStation直接把已经建立好的图形写入到硬盘，内存被释放出来做其他的工作，在处理大体积文件时，MicroStation的运行速度就会远快于Revit。铁路行业信息存载量一般较大，故Bentley系列产品更适用于铁路公共建筑设计。

 

　　(2)建模方式

 

　　Autodesk公司试图用一款核心软件覆盖整个民用建筑的BIM市场，其功能较为单一。而Bentley公司则是在MicroStation的基础上二次开发出Open Building Designer(简称OBD)。其功能及定位与Revit相似，但与其不同的是，在OBD软件系列中，还有更细致的划分。安装OBD后，电脑上会出现适用于不同设计人员的建筑应用、结构应用、机电应用、电气应用等软件，并且每一个单独的软件都包括了MicroStation本身的基础功能，不同专业之间都可以互相调用，使得设计工作更加便捷。

 

　　(3)模型库及复杂界面的应用

 

　　对于异形构建，采用Revit原生软件建模较为困难，此时需要借助第三方插件—Dynamo。2017年后，Revit集成了Dynamo，基本解决了复杂模型的创建问题，且各大设计网站上也提供了大批量的Revit模型库，下载、使用都非常方便。另一方面，OBD以MicroStation为基础，可以针对不同的需求，完成复杂模型的建立，但其在建筑业普及度较低，资源相对匮乏。

 

　　(4)专业交互方式

 

　　Bentley旗下还有与OBD开发思路相同的其他专业软件，如铁路的OpenRail、公路的OpenRoad、桥梁的OpenBridge等，其文件格式均为DGN格式，专业间都可以用MicroStation读取及编辑，真正做到了平台及数据格式的统一。

 

　　综上所述，京张高速铁路公共建筑宜以Bentley平台下的产品为主，并配合Revit族及其它系列软件，进行统一设计、管理与运营。

 

　　2.2 工程实例

 

　　根据Bentley平台的特点，以及市面上一些基于Bentley软件进行的二次开发软件及IFC转换软件，在京张高铁项目中，初步拟定一套以Bentley为核心的建模软件，用于铁路公共建筑设计。设计步骤如下。

 

　　(1)建筑专业:通过OBD，开放建筑轴网、层高、房屋功能及各建筑面层数据。

 

　　(2)结构及水暖专业:接到建筑专业的数据后，结构专业通过PKPM及YJK实现向Bentley平台模型的转换，部分模型库可以调用Revit族库进行快速建模;水、暖、电专业可利用Revit上二次开发的插件进行录入，并转换成DGN文件。

 

　　(3)各专业进行深化设计并赋予模型几何及非几何属性信息。

 

　　(4)各专业将模型上传至Bentley旗下协同设计软件ProjectWise，以便于碰撞检查及各专业协同工作。

 

　　(5)总装专业:按铁路标段进行模型总装并上传，在计划位置放置模型，与铁路其他专业进行汇合。

 

　　通过以上步骤，可完成铁路公共建筑与铁路其它专业在同一平台上的协同设计并实现了数据格式的统一，专业间可以及时相互调用、相互参考，及时发现并反馈问题和及时更改。

 

　　3 面对困难与展望

 

　　3.1 面临问题

 

　　现阶段，许多BIM项目只是作为辅助措施，没有绝对需求，从而造成其成本远高于实用价值，不能得到广泛的认可;对BIM的认知参差不齐，思路不统一，没有对BIM进行良好的普及;现有的法律法规尚不能完全支持BIM合同框架的正式建立，责任追究等功能需进一步完善。

 

　　3.2 期待展望

 

　　随着各行各业信息化的快速发展，铁路建筑信息化也在与时俱进，BIM技术终将给建设领域带来革命性的作用，BIM的管理理念也在慢慢深入人心，铁路建筑业与物联网的融合也将掀起一股应用的大潮。BIM+GIS[16]也是发展的一个趋势，大量复杂的BIM模型需要高效、便捷、标准化的可视化管理，从而提升工程质量和投资效益[13,14,15,16]。

 

　　参考文献

 

　　[1]丁士昭．建设工程信息化导论[M]．北京:中国建筑工业出版社，2005.

　　[2]何关培．BIM和BIM相关软件[J]．土木建筑工程信息技术，2010,2(4):110-117.

　　[3]李寿兵．智能环境下的铁路勘察设计[J]．铁道标准设计，2018,62(10):1-5,12.

　　[4]周清华，李纯，黄新文．铁路BIM非几何属性研究与应用[J]．铁道勘察，2018,44(5):66-69.

　　[5]杜书波．BIM技术标准研究—以BIM芬兰标准为例[J]．青岛理工大学学报，2012,33(1):67-70.

　　[6]潘婷，汪霄．国内外BIM标准研究综述[J]．工程管理学报，2017,31(1):1-5.

　　[7]林树枝，施有志．基于BIM技术的装配式建筑智慧建造[J]．建筑结构，2018,48(23):118-122.

　　[8]郑华海，刘匀，李元齐．BIM技术研究与应用现状[J]．结构工程师，2015(4):233-241.

　　[9]舒欣，张奕．基于BIM技术的装配式建筑设计与建造研究[J]．建筑结构，2018,48(23):123-126,91.

　　[10]刘旭红，武飞．基于BIM技术的建筑产业链自动化流程研究[J]．建筑经济，2018,39(12):101-105.

　　[11]徐雨晴，徐照，王广斌，谭丹．BIM成熟度模型研究综述[J]．建筑经济，2018,39(12):115-120.

　　[12]薛茹，王新渊，史科．基于建筑信息建模技术的装配式建筑施工问题及对策分析[J]．工业建筑，2018,48(11):207-210.

　　[13]王玲莉，戴晨光，马瑞．GIS与BIM集成在城市建筑规划中的应用研究[J]．地理空间信息，2016(6):75-78.

　　[14]王迪，郭莉莉，李晶晶，等．射频识别技术在智能建筑火灾检测中的应用[J]．电子技术与软件工程，2016(24):135.

　　[15]赖华辉，邓雪原，刘西拉．基于IFC标准的BIM数据共享与交换[J]．土木工程学报，2018,51(4):121-128.

　　[16]唐小龙，张宜华，邓声波．基于BIM+GIS在城市建设中的应用研究[J]．地理空间信息，2019,17(2):10,70-72.