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BIM應用 | 凌海南站站房工程BIM正向設計及應用

發布于：2024-09-26 18:01:37

首頁/技術分享/BIM資訊

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網友投稿

BIM正向設計是鐵路設計企業進行數字化轉型、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，由于其專業多、接口復雜，配合難度遠大于民用建筑，有必要開展專業協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，針對多專業協同設計、結構有限元計算、暖通負荷及水力計算、BIM正向出圖、設計校審、工程量統計、管線綜合及協同開洞、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。

引言

近年來，在鐵路BIM聯盟組織推動下，鐵路BIM標準規范體系逐步完善，BIM技術在鐵路站房工程中的應用逐漸深入。BIM技術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BIM協同設計及正向出圖的研究較少，如何基于站房設計流程，開展多專業協同設計、專業計算、正向出圖，成為現階段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計算交互難、模型到圖紙轉化難、站房專業構件庫缺乏、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BIM正向設計研究及應用。

一 BIM協同設計

1.1工程概況

新建朝陽—秦沈高鐵凌海南站鐵路聯絡線位于遼寧省朝陽市和錦州市境內，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。凌海南站站場規模為2臺7線，為線側平式站房，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)。

1.2設計標準

BIM標準是保證信息模型在工程全生命周期內信息有效傳遞的前提。在BIM設計過程中，應嚴格執行BIM標準，部分BIM標準執行應固化到樣板、族、BIM二次開發上，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，依據鐵路站房企業級BIM標準，結合項目特點，制定并形成《施工圖階段BIM正向設計實施策劃》《施工圖階段設計統一技術標準》《施工圖階段BIM建模及交付標準》,用于指導項目的順利實施。

1.3協同模式

兼顧硬件設施能力、專業配合模式、提資版本記錄、專業內協同等需求，提出基于Revit的混合協同設計模式，即采用“文件鏈接+結構中心文件工作集”的協同設計方法(見圖2)。專業內采用中心文件工作集、專業間采用文件鏈接方式進行協同，實現專業間上下序提資、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點要求。

1.4設計流程

相對于傳統二維設計流程，BIM正向設計流程在專業配合、提資管理、節點時間分配等方面區別較大，該設計方式由二維到三維的轉變，使項目設計由以結果為導向變為以過程為導向。基于Revit圖模一致機制以及單專業三維設計流程，制定基于Revit的專業間協同設計流程(見圖3)。以建筑模型為基準，建筑完成模型及平立剖提資，根據專業提資模型進行細部設計、性能設計，添加構件屬性及構造選型。結構依據空間定位及軸網尺寸，構建梁柱構件、荷載布置及結構計算。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、內裝等專項，制定專項設計流程(見圖4),實現設備末端配合、碰撞檢測、預埋件配合等。

二專業計算及出圖

2.1結構有限元計算

Revit平臺的幾何模型與結構有限元分析軟件之間的數據交互是結構BIM正向設計的難點。通過測試及多方案比選，打通YJK、MIDAS、3D3S等結構有限元分析計算軟件的數據實時交互，有效突破了Revit在結構專業應用的數據孤島，實現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，解決了結構專業正向設計的計算難題(見圖5)。

利用Revit圖模聯動、信息唯一等優勢，實現有限元計算模型與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，進而實時調整結構施工圖及工程量，實現結構正向設計的智能化。

2.2暖通負荷及水力計算

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；利用鴻業負荷計算軟件，導入Revit的XML文件；計算房間負荷后，將計算結果及設計信息返回Revit,用于布置設備及管道；讀取暖通機電模型進行水力計算，優化設備及管道尺寸，生成計算書及系統圖；利用Revit模型信息，實現與負荷計算軟件的數據交互及信息聯動，提升設計效率和設計質量。

2.3正向出圖

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圖模聯動優勢，實現正向設計出圖，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；(2)平面、立面、剖面、節點大樣等，通過模型剖切后添加標注完成；(3)部分構件詳圖，通過圖模聯動及參數化開發實現，減少二維繪制工作量。

目前，建筑專業可在Revit中完成封面、設計說明、防火分區圖、平面圖、立面圖、剖面圖、墻剖節點、衛生間大樣、樓梯等部分內容(見圖6);對于變電所詳圖等內容，因建模性價比較低，建議在CAD中完成。結構專業可在Revit中完成封面、設計說明、基礎、梁板柱平法施工圖、樓梯、網架等；鋼結構節點等較復雜的節點詳圖，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);暖通系統圖也可在Revit中生成，但目前此部分圖紙需要較多的后續深化，建議采用Revit+CAD方式完成。

2.4設計校審

遵循傳統設計的復審核設計校審流程，制定基于BIM的設計校審流程。開發適用于設計校審的參數化表單(見圖8),完成專業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，實現校審閉環管理。

依據BIM標準細化構件的非幾何信息，內置專業規范條文，開發部分規范條文智能化校審，大幅提升審核效率，有效控制設計圖紙質量。

三 BIM設計應用

3.1工程量統計

基于Revit明細表功能，實現建筑主體、門窗、結構鋼筋、模板、機電設備、管線、裝飾裝修、幕墻等主要工程量的實時統計(見圖9),解決了傳統設計中工程投資分析與設計圖紙脫節的狀態。同時，工程量統計還實現了對設計方案的投資比選，優化了設計方案，實現了實時、精確的工程量統計及投資控制。

以數據為核心，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動，實現圖紙中配筋信息的修改，實時聯動三維鋼筋模型的調整(見圖10)。

3.2管線綜合及協同開洞

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，實現建筑凈高優化。鐵路站房涉及專業及接口較多，在專業配合、接口校核等過程中，利用Navisworks整合模型數據進行碰撞檢測，發現建模重復項、專業間不一致、接口碰撞等多項設計問題，生成碰撞檢測報告，大幅減少專業內、專業間的差錯漏碰。例如，通過碰撞檢測發現暖通風管、結構梁、吊頂沖突，通過調整梁截面、風管尺寸及風口高度，優化吊頂高度，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，避免后期現場變更。

制定洞口提資的三維設計流程，區分結構洞口與砌體墻洞口，細化提資、反饋流程機制，利用模型信息傳遞實現協同開洞，生成開洞布置圖及預留預埋圖。

3.3可視化應用

利用BIM模型的三維可視化屬性，建立企業級標準化材質庫，通過調用材質庫給構件添加材質屬性，實時渲染生成的效果圖在工作匯報中得到認可(見圖12)。

四結論

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，減少專業間信息溝通不對等，提升溝通效率；

(2)通過BIM協同設計，解決專業間配合難題，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，減少專業內、專業間圖紙的差錯漏碰，進而減少現場實施過程中的變更；

(4)基于模型數據化，實現設計方案比選、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)基于圖模聯動，降低圖紙修改難度，實現模型、圖紙、工程量的聯動修改，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化升級，在凌海南站站房工程項目實踐中，建立數據共享、流程協同的機制，打破了BIM軟件與計算軟件的壁壘，打通了建筑、結構、暖通等多專業正向設計的技術路線，形成從建模、協同、計算、提資、出圖、校審、工程量統計、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字化建設提供了技術支撐與實踐經驗。

內容來源：

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].鐵路技術創新.

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