韓旻志，馬 強(qiáng)，董小兵

（軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中鐵一院），陜西 西安 710043）

1 引言

2019年的世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)更加堅(jiān)定了全民數(shù)據(jù)共享、萬物互聯(lián)的信心，因此社會(huì)各個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)體搭建統(tǒng)一的信息化平臺(tái)成為共識(shí)。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）設(shè)計(jì)理念是信息化在工程建設(shè)領(lǐng)域的實(shí)施總綱要，以BIM為核心思想的設(shè)計(jì)系統(tǒng)不同于以往的二維CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)突出BIM中Information的基本理念。從以圖樣為基本信息單元轉(zhuǎn)變到以面向?qū)ο蠡膶?shí)體為信息單元的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)需要融合設(shè)計(jì)習(xí)慣及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程，并基于三維圖形引擎更精確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果可視化與設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。

2013年中國(guó)鐵路總公司明確將BIM技術(shù)作為鐵路工程建設(shè)信息化的主要技術(shù)發(fā)展方向，強(qiáng)調(diào)加快BIM技術(shù)推廣和應(yīng)用，切實(shí)做好建設(shè)模型向運(yùn)維模型的移交和運(yùn)用，也是構(gòu)建數(shù)字鐵路的必然選擇。為此，中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟主持研究制定了鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架，發(fā)布《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》等系列標(biāo)準(zhǔn)，組織開展鐵路BIM應(yīng)用試點(diǎn)，推動(dòng)BIM這一革命性新技術(shù)在數(shù)字鐵路建設(shè)上的深度應(yīng)用研究。

鐵路工程項(xiàng)目的信息化需要體現(xiàn)在立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段全流程。基于BIM技術(shù)，工程設(shè)計(jì)作為工程項(xiàng)目上游階段可以建立更加嚴(yán)格規(guī)范的共享工程數(shù)據(jù)，為工程下游階段提供數(shù)據(jù)接口，從而逐步實(shí)現(xiàn)鐵路工程全生命周期數(shù)據(jù)管理與信息化。

2 鐵路工程設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

從鐵路工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用來說，BIM技術(shù)的三維化、可視化特性能夠有效滿足鐵路工程多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)范性檢測(cè)以及工程量、定額等計(jì)算。但在建模過程中存在采用間接的翻模方式、建模效率低等現(xiàn)象，仍需要探索高效可行的建模模式。

鐵路行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的探索仍處于起步階段且各專業(yè)發(fā)展程度參差不齊。BIM在車站站房設(shè)計(jì)應(yīng)用較多，而車站站房設(shè)計(jì)僅是鐵路工程設(shè)計(jì)的一部分，大量的設(shè)計(jì)圖樣包含橋梁、隧道以及鐵路通信、信號(hào)、電力變電、接觸網(wǎng)等專業(yè)。對(duì)于鐵路其他專業(yè)，BIM設(shè)計(jì)的大量成果尚基于二維圖樣的翻模方式，設(shè)計(jì)人員根據(jù)二維設(shè)計(jì)圖樣重復(fù)繪制各種鐵路設(shè)備的三維模型，無法發(fā)揮BIM技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。在“建筑工業(yè)化背景下BIM應(yīng)用障礙分析”中指出，BIM設(shè)計(jì)過度精確、束縛創(chuàng)造力是阻礙BIM在工程設(shè)計(jì)行業(yè)中的應(yīng)用障礙之一。

特定的三維建模平臺(tái)不能滿足鐵路所有專業(yè)設(shè)計(jì)的需求。BIM在建筑領(lǐng)域基本形成較完整的技術(shù)體系，以Revit平臺(tái)為例，該平臺(tái)集成了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的基本框架，并提供了豐富的族庫(kù)方便設(shè)計(jì)人員選用，但參數(shù)化定制建模的靈活性不足，幾何基礎(chǔ)平臺(tái)可操作性較弱。Microstation平臺(tái)提供了較基礎(chǔ)的建模平臺(tái)，在三維形態(tài)設(shè)計(jì)上給予用戶更多的靈活性。 Rhino在異形建筑上能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)特的異形結(jié)構(gòu)和參數(shù)化建模的需求，能夠彌補(bǔ)特殊的建模需求。同時(shí)在一些工程應(yīng)用中還需要兩種甚至三種以上建模軟件的結(jié)合應(yīng)用。目前，所有BIM 軟件公司都不是從事鐵路行業(yè)軟件開發(fā)的軟件商，不能很好地適用于鐵路工程，必須要做鐵路行業(yè)的定制和專用模塊。

2.1 專業(yè)應(yīng)用分析

基于數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的鐵路站場(chǎng)BIM自動(dòng)化建模研究中采用了標(biāo)準(zhǔn)化單體構(gòu)件模板以及設(shè)計(jì)方案數(shù)字化的方式，通過站場(chǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的設(shè)備定位信息等各種設(shè)計(jì)信息，并開發(fā)站場(chǎng)自動(dòng)建模插件來完成快速創(chuàng)建站場(chǎng)BIM模型。這種方式在一定程度上解決了往常BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用的兩個(gè)問題，一是要先完成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備構(gòu)件，再結(jié)合二維設(shè)計(jì)圖，采取手工的方式將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備構(gòu)件錄入三維建模軟件；二是設(shè)計(jì)方案要高效、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)。

在基于Bentley平臺(tái)的鐵路橋梁BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)中突出了設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)化與橋梁構(gòu)件特征化的重要性，以橋梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)的形式簡(jiǎn)化橋梁設(shè)計(jì)，構(gòu)件的參數(shù)化提高了設(shè)計(jì)靈活度，設(shè)計(jì)人員通過簡(jiǎn)明的參數(shù)配置界面即可完成大部分橋梁設(shè)計(jì)；基于BIM的三維參數(shù)化橋梁標(biāo)準(zhǔn)建模方法研究引入國(guó)際IFC框架，提出BIM橋梁施工管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)模型，為橋梁標(biāo)準(zhǔn)建模提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)框架；BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究中以建立電氣化接觸零部件三維族庫(kù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了腕臂理論計(jì)算插件，實(shí)現(xiàn)腕臂的可視化、參數(shù)化裝配；BIM在信號(hào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討提出了3階段方案，由二維圖樣逐步過渡到三維BIM模型，但仍需要借助翻模方式來實(shí)現(xiàn)BIM模型交付。

2.2 BIM應(yīng)用總結(jié)

綜上所述，目前在鐵路行業(yè)不同專業(yè)BIM應(yīng)用中均強(qiáng)調(diào)了BIM設(shè)計(jì)中參數(shù)化的思想，極大程度上可以簡(jiǎn)化BIM設(shè)計(jì)建模工作，而參數(shù)化的實(shí)現(xiàn)需要依賴特定的建模平臺(tái)。各專業(yè)建模平臺(tái)的選擇，各具優(yōu)勢(shì)有待統(tǒng)一。下一步，僅針對(duì)設(shè)計(jì)成果實(shí)體進(jìn)行參數(shù)化，BIM設(shè)計(jì)成果望能完整實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)信息化。

3 層次化思想構(gòu)建

根據(jù)EASTMAN首次提出BIM的概念，即以三維模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程項(xiàng)目物理特性和功能特性的數(shù)字化表達(dá)。BIM模型不僅僅要體現(xiàn)在三維模型，更重要的是物理特性和功能特性的表達(dá)。物理特性和功能特性需要在非三維化的設(shè)計(jì)方案中體現(xiàn)，并存在持續(xù)變動(dòng)和改進(jìn)的過程，而對(duì)于很多非三維化的設(shè)計(jì)方案如果強(qiáng)加在三維建模軟件中實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)橛脩籼峁┑目刹僮餍暂^低，冗余學(xué)習(xí)成本增高，成為阻礙鐵路行業(yè)BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

因此，BIM的應(yīng)用需首先厘清BIM數(shù)據(jù)的層次關(guān)系，判別三維信息與非三維信息，并針對(duì)不同工程專業(yè)的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的建模模式設(shè)計(jì)，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中引入設(shè)計(jì)模式的概念，通過設(shè)計(jì)模式的提煉以層次化的方式分步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)快速建模以及數(shù)字化設(shè)計(jì)的流程管控。

鐵路信號(hào)BIM三層架構(gòu)設(shè)計(jì)具有必要性，以鐵路信號(hào)專業(yè)為例，鐵路信號(hào)專業(yè)根據(jù)勘測(cè)調(diào)查與資料收集的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行車站信號(hào)平面布置圖的設(shè)計(jì)，據(jù)此產(chǎn)生聯(lián)鎖表、電纜徑路圖、組合連接圖及組合排列表等數(shù)據(jù)，根據(jù)信號(hào)設(shè)備數(shù)量再進(jìn)行室內(nèi)設(shè)備布置圖的 設(shè)計(jì)。

在BIM應(yīng)用實(shí)施中，信號(hào)專業(yè)設(shè)備需要搭載在線路、站場(chǎng)以及房屋建筑提供的站前模型中，以此為專業(yè)間接口檢查提供可視化解決方案。然而采取手工直接在三維BIM建模軟件中逐步放置信號(hào)設(shè)備、箱盒以及電纜對(duì)于設(shè)計(jì)效率的提高并無效益。且信號(hào)設(shè)計(jì)更加側(cè)重邏輯關(guān)系模型而非邏輯實(shí)體，這與橋梁隧道及房建專業(yè)的設(shè)計(jì)結(jié)果以實(shí)體形態(tài)為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有很大不同。信號(hào)平面布置圖在站場(chǎng)平面圖基礎(chǔ)上以特定的抽象方式提取出適用于信號(hào)設(shè)計(jì)的站場(chǎng)平面圖后，再進(jìn)行信號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容的疊加，這種抽象過程對(duì)于信號(hào)設(shè)計(jì)提高效率具有重要作用。因此，對(duì)于BIM“所見即所得”的特性優(yōu)勢(shì)并非能夠體現(xiàn)到鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)全流程，而在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段進(jìn)行專業(yè)接口審查時(shí)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

在鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，以鐵路信號(hào)室內(nèi)設(shè)計(jì)過程為例，提出基于三層架構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將BIM實(shí)施路線作為解決弱三維化特性專業(yè)在BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用中兼容問題的辦法。

三層架構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)體系劃分?jǐn)?shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層以及表現(xiàn)層，將三維及非三維的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)加以有效區(qū)分，分別形成獨(dú)立的BIM業(yè)務(wù)層級(jí)，各層級(jí)之間以服務(wù)的方式進(jìn)行交互，如圖1所示。每個(gè)設(shè)計(jì)主題區(qū)分決策性數(shù)據(jù)與結(jié)果性數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)主題代表在二維設(shè)計(jì)中一種特定的業(yè)務(wù)圖樣，比如，通信信號(hào)設(shè)計(jì)中平面布置圖主要針對(duì)設(shè)備布設(shè)位置設(shè)計(jì)，而設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)在其他設(shè)計(jì)圖樣反映。通過設(shè)計(jì)主題區(qū)提煉業(yè)務(wù)方案設(shè)計(jì)模式，關(guān)注設(shè)計(jì)企業(yè)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)方面的自由度和獨(dú)立性，在三維實(shí)體呈現(xiàn)上實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)層與業(yè)務(wù)邏輯層的隔離，并與特定三維建模軟件實(shí)現(xiàn)弱耦合性；同時(shí)兼顧國(guó)際IFC標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)交換格式，形成完整可控的BIM設(shè)計(jì)流程及可交付的BIM 數(shù)據(jù)。

圖1 三層架構(gòu)模式

由于嚴(yán)格區(qū)分決策性數(shù)據(jù)與結(jié)果性數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行有效的管控，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可追溯性，亦可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的事務(wù)觸發(fā)。當(dāng)數(shù)據(jù)源有改動(dòng)時(shí)，業(yè)務(wù)邏輯關(guān)聯(lián)部分即產(chǎn)生既定的觸發(fā)行為，并根據(jù)事務(wù)層級(jí)的界定決定是否采取人工干預(yù)。

4 基于MicroStation平臺(tái)的三層架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)主要考慮三方面內(nèi)容，其一為上游專業(yè)提供數(shù)據(jù)接口的存儲(chǔ)服務(wù)，其二為本專業(yè)設(shè)計(jì)成果實(shí)現(xiàn)持久化存儲(chǔ)，其三為三維平臺(tái)以及下游專業(yè)提供數(shù)據(jù)接口服務(wù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采取與《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南》和《鐵路工程WBS工項(xiàng)分解指南》兼容的模式，增加《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》和《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》的內(nèi)容，以便于從數(shù)據(jù)層和IFC系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式進(jìn)行對(duì)接。設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在對(duì)象化之后附加于由存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)劃分的實(shí)體數(shù)據(jù)中，為每一個(gè)工程實(shí)體明確唯一標(biāo)識(shí)碼，并加以引用，以此確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的分層管理。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)可以兼容結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以涵蓋信號(hào)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各類數(shù)據(jù)。對(duì)于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)可采用結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)模式，而對(duì)于說明性的內(nèi)容可借助非結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)模式。這樣，既可以保存國(guó)際IFC標(biāo)準(zhǔn)框架中缺失的設(shè)計(jì)信息，同時(shí)將設(shè)備模型構(gòu)件庫(kù)納入數(shù)據(jù)庫(kù)框架中進(jìn)行管理，方便軟件統(tǒng)一靈活調(diào)用。同時(shí)需考慮數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制，以減少數(shù)據(jù)的讀寫錯(cuò)誤及數(shù)據(jù)丟失。

（1）室內(nèi)信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流

信號(hào)室內(nèi)設(shè)計(jì)在鐵路信號(hào)數(shù)字設(shè)計(jì)體系中承接于車站聯(lián)鎖設(shè)計(jì)之后，需要提取聯(lián)鎖設(shè)計(jì)的輸出數(shù)據(jù)，具體流程如圖2所示。

圖2 信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流程

（2）室內(nèi)信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)層

將鐵路信號(hào)室內(nèi)設(shè)備自動(dòng)布放軟件的數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)納入到鐵路信號(hào)數(shù)字設(shè)計(jì)體系整體數(shù)據(jù)層規(guī)劃中，以便于體系內(nèi)各設(shè)計(jì)軟件之間的數(shù)據(jù)對(duì)接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容如圖3所示。

圖3 信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)

4.2 業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)在邏輯算法，采用面向?qū)ο蟮姆治龇椒?，?gòu)建設(shè)計(jì)BIM輸出成果與國(guó)際IFC標(biāo)準(zhǔn)相兼容的軟件實(shí)體結(jié)構(gòu)。

業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)模式設(shè)計(jì)的理念，可提高設(shè)計(jì)效率，設(shè)計(jì)模式在積累設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的前提下逐步形成并內(nèi)化于算法當(dāng)中。例如，以工廠模式創(chuàng)建一系列設(shè)計(jì)模板數(shù)據(jù)。

信號(hào)室內(nèi)布置軟件的業(yè)務(wù)邏輯層主要內(nèi)容包括設(shè)備的排列算法、線槽的排列算法、相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)算法及缺省模式算法，數(shù)據(jù)接口模塊對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

（1）數(shù)據(jù)接口模塊

為實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取上游設(shè)計(jì)成果，在進(jìn)行信號(hào)室內(nèi)設(shè)備設(shè)計(jì)前，對(duì)車站聯(lián)鎖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，可同時(shí)引入事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的差錯(cuò)漏碰，確保數(shù)據(jù)同步。

（2）設(shè)備排列模塊

設(shè)備布列模塊提供參數(shù)化設(shè)計(jì)界面，并以缺省的設(shè)備排列模式方式進(jìn)行展現(xiàn)，方便設(shè)計(jì)人員調(diào)整設(shè)備排列順序。在已有規(guī)范控制值要求的情況下，亦可由設(shè)計(jì)人員靈活掌握取值范圍。

設(shè)備排列模式需要考慮：①設(shè)備排列順序，設(shè)計(jì)過程中考慮設(shè)備間連接關(guān)系的影響，部分設(shè)備需要連續(xù)擺放，以減少工程復(fù)雜度。②設(shè)備間距，根據(jù)《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》及《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》，信號(hào)機(jī)械室、計(jì)算機(jī)機(jī)房的設(shè)備布置間距應(yīng)該滿足以下要求：機(jī)柜（架）排與排的凈間距≥1m；機(jī)柜（架）、控制臺(tái)與墻的凈間距，主通道≥1.2m，次通道及盡端柜（架）≥1m；電源屏排與排或電源屏與機(jī)柜（架）的凈間距≥1.5m，電源屏與墻的凈間距≥1.2m。③設(shè)備對(duì)齊模式，每排設(shè)備可以選擇是否居中排列，默認(rèn)采取從靠近機(jī)房門口側(cè)開始順序排列。④設(shè)備自動(dòng)編號(hào)，根據(jù)TB/T 10058―2015《鐵路工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》，信號(hào)機(jī)械室內(nèi)設(shè)備編號(hào)應(yīng)符合下列規(guī)定：組合柜面對(duì)組合柜的正面，由近及遠(yuǎn)、從左至右的順序進(jìn)行編號(hào)，并以二位或三位數(shù)表示。電源屏及其他設(shè)備應(yīng)以代號(hào)或者代號(hào)附綴號(hào)進(jìn)行編號(hào)。

軟件提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)界面均有默認(rèn)的設(shè)計(jì)模式可進(jìn)行缺省設(shè)計(jì)，同時(shí)提供靈活的修改接口便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行局部修改，從而形成完整的數(shù)字化設(shè)計(jì)結(jié)果。

（3）智能對(duì)齊模塊

設(shè)備布列模塊產(chǎn)生的布置結(jié)果基本可以滿足設(shè)計(jì)要求，在特殊情況下設(shè)計(jì)人員會(huì)調(diào)整個(gè)別設(shè)備機(jī)柜的位置。在圖面上調(diào)整存在精確度不夠，重復(fù)性工作多效率低下的問題，軟件提供智能對(duì)齊模塊，在設(shè)計(jì)人員提供大致設(shè)備調(diào)整位置后，一鍵對(duì)齊所有設(shè)備，提高排列結(jié)果的準(zhǔn)確性，為BIM呈現(xiàn)提供準(zhǔn)確的設(shè)備位置。

（4）線槽模塊

根據(jù)設(shè)備布列模塊的布置結(jié)果，軟件提供自動(dòng)配置線槽的功能，線槽的布設(shè)需要考慮上、下走線方式以及間隔距離，通過擇選線槽的布設(shè)模式，選擇上下走線、間隔距離等參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)搭接設(shè)備機(jī)柜間線槽走向。

（5）排列視圖模塊

根據(jù)設(shè)備布列模塊自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果，排列視圖模塊用來展示抽取關(guān)鍵幾何信息的抽象圖形，顯示設(shè)備及線槽布列結(jié)果，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)備布列設(shè)計(jì)結(jié)果調(diào)整。由于室內(nèi)排列設(shè)計(jì)在二維維度即可表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，視圖模塊采用了輕量的二維幾何引擎進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。在表現(xiàn)層設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員僅需針對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體三維細(xì)節(jié)局部加以優(yōu)化，從而提高BIM設(shè)計(jì)效率。

4.3 表現(xiàn)層設(shè)計(jì)

表現(xiàn)層主要是為了體現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，尤其是三維化的設(shè)計(jì)實(shí)體成果，由于鐵路信號(hào)專業(yè)在三維平臺(tái)上可以模擬展示實(shí)際工程場(chǎng)景中的實(shí)體布置狀態(tài)，故可以檢查本專業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果與其他專業(yè)設(shè)計(jì)成果間的接口是否滿足。表現(xiàn)層可以同時(shí)引入設(shè)計(jì)接口規(guī)則，由于業(yè)務(wù)邏輯方面的計(jì)算壓力已經(jīng)提取到業(yè)務(wù)邏輯層，將業(yè)務(wù)邏輯層與表現(xiàn)層通過數(shù)據(jù)服務(wù)的方式進(jìn)行連接，減輕三維平臺(tái)的計(jì)算壓力。三維模型展示平臺(tái)的選擇具備多平臺(tái)適應(yīng)性，信號(hào)室內(nèi)設(shè)計(jì)成果獨(dú)立存儲(chǔ)于信號(hào)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以選擇Bentley或其他三維建模平臺(tái)。

（1）數(shù)據(jù)接口模塊

表現(xiàn)層數(shù)據(jù)接口主要讀入業(yè)務(wù)邏輯層輸出的設(shè)計(jì)成果信息，主要包含設(shè)計(jì)成果實(shí)體的定位信息、屬性信息以及各類設(shè)計(jì)成果信息。設(shè)備模型庫(kù)在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中進(jìn)行統(tǒng)一管理，在調(diào)用過程中可方便取用。

（2）自動(dòng)生成BIM模型模塊

最終形成的三維模型設(shè)計(jì)結(jié)果功能采用了適配器模式，開發(fā)不同三維建模軟件的功能接口。生成的設(shè)計(jì)模型根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交換規(guī)范從數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)讀取相應(yīng)的屬性信息作為成果展現(xiàn)，為設(shè)計(jì)成果審查提供信息。

（3）專業(yè)接口審查模塊

在三維模型中可以實(shí)現(xiàn)鐵路不同專業(yè)間接口的規(guī)范性核查，如：①核查其他專業(yè)預(yù)留接口是否符合信號(hào)專業(yè)設(shè)備布置需求，如站場(chǎng)專業(yè)提供的“轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑、預(yù)留的電纜槽、過軌槽”等；②核查存在的碰撞問題，如房建結(jié)構(gòu)物是否與信號(hào)設(shè)備有碰撞、是否滿足信號(hào)設(shè)備限界條件、與接觸網(wǎng)等其他專業(yè)設(shè)備之間距離是否滿足電氣規(guī)范要求等。審查算法可采用三維建模軟件通用的碰撞檢查模塊，通過參數(shù)定制碰撞檢查表進(jìn)行逐一核查。

4.4 實(shí)例應(yīng)用

以銀西高鐵寧縣車站為例，通過鐵路信號(hào)室內(nèi)自動(dòng)布設(shè)系統(tǒng)對(duì)車站室內(nèi)信號(hào)機(jī)械室、信號(hào)計(jì)算機(jī)室設(shè)備及線槽進(jìn)行參數(shù)化排列設(shè)計(jì)，形成設(shè)計(jì)成果保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合在MicroStation軟件平臺(tái)上開發(fā)的數(shù)據(jù)接口插件，導(dǎo)入室內(nèi)設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成果，快速生成室內(nèi)設(shè)備BIM模型。該實(shí)例完整實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層之間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，通過數(shù)據(jù)層提供提入數(shù)據(jù)、通過業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)室內(nèi)設(shè)備及線槽的模式生成、通過表現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)二維及三維圖形平臺(tái)中的模型展現(xiàn)。全流程中人工干預(yù)部分僅限于在參數(shù)化界面，全面提高建模效率。

5 結(jié)束語

通過對(duì)鐵路各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐的分析與歸納，研究并探索了基于三層架構(gòu)數(shù)字設(shè)計(jì)體系的鐵路BIM設(shè)計(jì)技術(shù)路線，開發(fā)了基于三層架構(gòu)的鐵路信號(hào)室內(nèi)自動(dòng)布設(shè)軟件，并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，三層架構(gòu)體系及工程設(shè)計(jì)模式的方法對(duì)于鐵路信號(hào)BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用具有實(shí)踐性意義，通過層次化分析與模式化提煉，實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)BIM信息模型，厘清業(yè)務(wù)邏輯與BIM呈現(xiàn)之間的關(guān)系與界限，分步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將人工干預(yù)部分簡(jiǎn)化至界面操作，全面提高BIM模型設(shè)計(jì)效率及軟件設(shè)計(jì)的可用性，并最終實(shí)現(xiàn)靈活可控的完整BIM模型。三層架構(gòu)的理念及工程設(shè)計(jì)模式的設(shè)計(jì)方法可作為通用開發(fā)方法應(yīng)用于BIM應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)于鐵路其他專業(yè)BIM應(yīng)用亦具有參考意義。