中铁二院工程集团有限责任公司地铁院 四川省成都市 610031
摘要：近年来国内城市轨道交通处于迅速发展阶段，各地政府均加大了城市轨道交通的建设力度，城市轨道交通工程设计领域的技术发展和竞争格局也发生着变化。
关键词：城市轨道交通、BIM、弱电系统、正向设计、二次开发
1 国内现状
近十年来，在国内建筑行业总产值增长率的持续低迷的大背景下，城市轨道交通（以下简称：城轨）行业却保持着持续可观的高增长，大量的传统建筑企业涌入轨道交通工程板块，对既有行业的竞争格局和未来发展起到深远影响。
在行业竞争日趋激烈的情况下，企业的开源已经越来越难，只有向内看，思考如何节流。唯一的办法就是向管理要利润。看向外行业，其中值得参考的行业是一个比建筑行业起步晚，但近二十年爆炸式成长并具备数字基因的 IT业。而IT业和建筑业的交汇处正是建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）。所以，对于城轨设计院来说，BIM技术的掌握和应用是决着企业未来发展的重要因素。本文从BIM的LOD、样板文件、弱电族、正向设计和二次开发等几个方面，简要的谈一谈BIM技术在城轨弱电工程中的基础应用。
2 LOD
2.1 LOD的定义
目前建筑行业主流的LOD定义主要有模型精度等级（Level of Detail）、模型发展等级（Level of Development）两种，但其实这两种解释代表了两种非常不同的思想和操作方法。普遍的误解是模型越精细，越逼真越好，但实际上每个阶段的模型包含了不同的几何信息和非几何信息。从城轨项目设计流程来说，从工程可行性研究到施工图设计阶段，每个阶段都应该在上一个阶段的模型上深化，而不是直接跨过阶段，甚至是直接获得高LOD等级的模型。一个健康的模型，模型具备各阶段的发展和演进的特点，是与工程全生命周期相匹配。所以，将LOD定义为模型发展等级（Level of Development）更适合城轨工程的特点。
2.2 LOD等级要求
在一个完整的城轨工程项目中，弱电设计单位在工程可行性研究、初步设计、施工图设计等每个阶段都需要出具正式的设计文件，但是由于城轨工程专业众多，各专业在各阶段的深度、侧重点各不相同通，所以弱电设计单位并不是在每个阶段出具的正式设计文件都需要BIM建模和LOD等级要求。
在工程可行性研究阶段，弱电系统的设计主要侧重于设计原则的确立和系统方案的可行性论证。在初步设计阶段，弱电系统主要侧重于系统功能、方案比选和设备制式的推荐以及概算。传统的文字描述、图、表的表达方式完全满足设计文件的要求。
不过，值得一提的是在初步设计阶段，弱电设计单位可以借助BIM软件快速布置终端和强大的统计功能对标准站进行建模，有利于对工程主要设备及材料的统计。
在施工图设计阶段，弱电设计单位首先需要根据中标厂家的设备的几何信息进行BIM建模，然后录入一些非几何信息。这个阶段的侧重点主要是弱电模型的空间定位和尺寸，以及在前序专业已完成的车站、区间模型基础上的布置弱电模型，碰撞检查、优化和出图。
城轨弱电工程设计各阶段LOD等级表
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3 样板文件
样板是一个项目的起点，决定项目能否高效推进和成功的重要因素。良好的样板不仅可以提高工作效率，还是设计单位标准化的有效手段，同时也有利于设计单位输出自己的标准。
设计单位可根据不同类型的项目，如地铁、有轨电车、轻轨、磁悬浮等项目，建立不同的样板，在保证基础配置统一的情况下，添加不同类型的资源进去。
设计单位可根据企业自身的规定，结合业主要求和项目类型对样板文件的标准图框、线宽设置、填充图案，浏览器组织、视图样板配置，尺寸标注 导出设置等进行设置。经过审核后，下发给项目组使用。
项目组依据单位的样板文件可以直接开展设计工作，不需要每次都去配置一些基本内容。并且在项目实施过程中不断总结、反馈问题，持续优化样板文件，使之更加适合项目和设计师的习惯。
4 族
4.1族库平台
目前行业内一个普遍现象就是，重复建立族库。从总公司到子单位、各级部门、项目部，甚至具体到某个工程师都在建立自己的族库。企业应该建立自己的的族库平台，不仅可以解决各级部门重复劳动之外，还可以加强对企业族库知识产权的保护力度。具体实施层面，可以委托第三方平台来实现企业族库平台的建立，也可以企业自行建立。
4.2 标准族
在前面的章节已经谈到，族的核心作用是在项目中体现空间定位、尺寸及对应工程阶段的非几何信息，所以说族模型并不是越逼真越好。良好的标准族还可以具备参数化功能，有利于设计师开展制图，提高效率，并且在新的项目中可以根据项目类型直接修改族模型，不用每次重新建模。
5 BIM设计
5.1 正向设计与翻模
弱电专业相对于土建专业，在BIM正向设计的实现方面具有一定的先天优势。主要体现在建筑模型中，弱电管线的绘制和各专业族的布置。从操作层面来说在三维建筑模型下和二维CAD模型下绘制弱电模型图无明显的差异，相反，BIM建模软件自带的一些功能再配合插件辅助，绘制效率更高。所以在项目应用中，设计院一开始就应该摆脱翻模的方式，直接在建筑模型上开展弱电系统正向设计。
但是对于族的建立，采用正向设计效率会更低，例如Revit软件最初是一款基于机械零件设计的软件，软件自带的翻模能力可以快速的绘制出模型外形和轮廓。
所以，一个项目的推进往往需要多种软件，甚至多种设计模式搭配。正向设计与翻模并不总是站在绝对对立面，在可预见的将来一段时间里，这两种模式会继续共存下去。
5.2 协同设计
目前协同设计的方式主要有工作集和链接协同两种方式。
工作集的协同设计方式虽然对硬件和文件风险管理要求较高，但是同步性和效率较高，适合复杂的单体项目。但是，由于城轨项目设备及系统专业、子专业较多，如果采用工作集的方式开展项目设计，势必对硬件资源造成压力。所以，可以在前期土建配合阶段，各设备专业利用工作集的方式，完成自身专业在同一个车站模型的预埋件及预留孔洞的提资，这样不仅提高了土建配合的效率还提高了准确性。
链接协同设计主要应用于设备系统专业开展自身的施工图设计。下游专业把上游专业提供的输入模型作为不可变因素的底图，在底图上面开展本专业设计，如果输入模型有所调整，则将原先的模型替换成最新的模型作为底图，然后在进行调整。这种模式与CAD时代的设计模式极为相似，优点是操作简单，灵活性比较强。缺点是即时性较差，沟通较为不灵便，如果上游专业修改了模型但又没有通知下游专业，那么很容易造成最后的施工图的偏差。
5.3 存在问题
BIM技术引入工程设计的最大价值应是无错出图。无错出图的核心思想是在三维模型下模拟出最真实的施工现场，在设计阶段就规避掉碰撞、合理安排施工工序、工艺等。从而实现在现场最大程度的高效率施工，避免错误和返工，最终达到节约时间和物料成本的目的。
弱电系统无错出图的一个重要前提就是，在开展本专业设计时，前序专业提供的输入资料必须稳定。但现实情况是，国内城轨工程项目的特点是推进节奏快、工期紧、责任重，前期方案反复变化，最后造成设计单位的出图时间紧、输入资料不完整，甚至没有的情况。
在这样的前提条件下，弱电系统BIM出图无法达到“无错”的效果，和CAD出图的方式相比较不存在任何优势。所以真正意义上的弱电系统BIM出图在国内工程项目的应用和发展还有很长的一段路要走。
6 二次开发
6.1背景
随着近年来计算机技术的爆炸式发展，传统手工作坊式的设计方式已经完全不能满足时代的要求，使用计算机技术提高施工图设计效率，是各企业亟需解决的问题。
现阶段的竞争态势是越来越多的设计单位参与到城轨行业，产品同质化的问题日益显著，而良好的自主开发设计软件本身就能够形成良好的技术壁垒，并且能提升企业长期竞争力和数字化程度。所以，工程软件开发逐渐为企业长远发展的核心策略之一。
6.2 软件
适用于城轨行业的主流BIM建模软件主要是Revit、Bently和Cathia。这三款软件各有优势，但从人才培养、成本控制和长期可持续的研发及运维等多方面考虑，企业应着重选择一款建模软件进行二次开发。
目前市面上的BIM建模软件的二次开发插件众多，但大多数是用于楼宇建筑行业，针对城轨行业的二次开发插件缺失，但是由于楼宇建筑与城轨工程在专业设置、设计方式方面存在交叉和覆盖，所以一部分功能可以通过使用既有插件来实现，其余城轨工程需要的特有功能，可以通过企业自行开发来解决。
从国内近年来的城轨工程应用和各地地铁公司的招标要求来看，Autodesk Revit系列软件的项目应用案例最多，行业内的推广也最为成功，并且全国BIM技能等级考试以及各大专业设计院的软件培训和应用也是围绕这款软件开展的。除此之外Autodesk Revit的另一大优势是，其软件的SDK是免费对外开放，网络上存在大量的公开资料可供工程师进行学习和开发。
7 总结与展望
现阶段，工程设计领域的竞争和发展趋势已经逐步明了，企业数字化转型势在必行。可以预见的是设计单位对BIM技术的掌握和其衍生品的开发应用必然会成为未来企业发展的重中之重，而良好的数字化平台、软件等配套体系会进一步提升质量和效益，最终实现数字化技术和工程建设的完美结合。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准《建筑信息模型设计交付标准》GBT-51301-2018.北京:中国建筑工业出版社.2019.2.
[2]《Autodesk® Revit®二次开发基础教程》/欧特克（中国）软件研发有限公司主编—上海：同济出版社.2015.8.
[3]BIM大爆炸:认知+思维+实践北京：机械工业出版社，2018.7（2019.1重印）.