铁路站场工程BIM模型信息审查系统研究

刘 沛,赵亮亮,董凤翔,李俊松,叶明珠,刘厚强

(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)

近年来，从工程方案设计到交付运维管理阶段，BIM技术在铁路行业的应用不断深化和普及，设计单位在开展BIM技术应用项目的过程中，往往需要同一套BIM模型贯穿设计、建模和应用等不同阶段，如何保证创建的BIM模型在设计、创建和应用过程中具备统一且正确的模型特征和信息，避免BIM模型建模标准不统一、图层命名混乱、构件信息缺失等较难核查的问题，开展铁路站场工程BIM模型标准化审查系统研究，成为铁路设计企业站场工程推进BIM技术、统一BIM环境需要解决和思考的问题[1-4]。

目前，国内铁路站场因BIM模型设计建模标准不统一，导致在不同应用阶段需要对模型携带的信息进行审查与修正，但工作量巨大且人工审查效率及准确度不高[5-8]。因此，建设铁路站场BIM模型标准化审查机制，实现站场BIM模型标准化审查，对推进铁路站场BIM技术应用与发展具有重大意义[9-13]。本文就站场BIM模型审查系统开展研究，该BIM模型审查系统根据BIM项目建模标准形成标准数据库，并通过实际模型信息与特征，生成模型结构树、材质树和图层树供设计人员进行可视化实时审查；
读取BIM模型的所有构件信息，包括所在图层名称、材质、附加信息等的编码格式，判定该构件的属性是否符合建模标准文件规定，并根据生成的模型结构树逐一统计，并输出审查与修正报告；
通过批量化模型审查方式，实现各专业模型快速、批量化审查。

1.1 站场BIM模型信息审查规则

为使铁路站场BIM设计在应用阶段具备统一的信息形式和正确的信息内容，根据铁路站前工程BIM设计建模标准要求，站场BIM模型包含的信息必须满足图层命名、材质类型、附加工程属性类型和附加工程信息内容等的格式或形式要求。本文针对BIM模型上述信息要求进行审查研究，审查规则见表1[14-15]。

表1 站场BIM模型信息审查规则

1.2 站场BIM模型信息审查与修正流程

为便于直观地对站场BIM模型进行信息审查与修正，采用基于Bentley二次开发站场BIM模型信息审查与修正软件实现。主要包括标准元素类型初始化、载入站场BIM模型初始化、标准数据库搭建、BIM模型信息树(图层树、结构树、材质树)构建、模型信息审查、模型信息修正、模型审查与修正报告输出等。审查与修正前期，首先按照建模标准规则要求搭建标准数据库供信息审查时对比或修正时调用，然后载入待审查的BIM模型并初始化图层、材质等审查环境，继而根据标准数据库和实际模型包含的信息内容构建模型的信息树，并按需获取模型信息与标准数据库中的信息格式和形式进行对比审查，当出现不一致的信息类型或内容时，启动信息修正功能对模型的有无信息进行自动修正，最终按条理输出审查与修正详情报告文件。铁路站场BIM模型信息审查与修正技术流程如图1所示[16-17]。

图1 站场BIM模型信息审查与修正流程

针对实际BIM工程项目中，BIM模型存在建模标准不统一、图层命名混乱、构件信息缺失等较难核查的问题，为保证创建的BIM模型在设计、创建和应用的过程中具备统一且正确的信息，基于Bentley平台开展铁路站场工程BIM模型标准化审查系统研究，具体包括以下几个方面。

2.1 审查系统标准数据库搭建

由于铁路站场工程数据与铁路内部运输管理与安全性较紧密，不宜长期对外开放，且相关的BIM设计成果多以web的形式进行服务器管理与应用，因此，铁路站场BIM模型审查系统标准数据库的搭建采用与许多其他服务器软件紧密关联，且易于权限管理的SQL SERVER数据库实现[18-19]。本文研究的站场BIM模型信息审查系统所搭建的标准信息数据库部署于中心服务器，表格包括站场模型构件组表、各组件所含构件主要信息表、构件材质表、构件附加信息类别表、各附加信息标准内容表等，通过设置用户登录的期限及权限满足了数据库的安全、灵活调用。

2.2 BIM模型树构建与审查

BIM模型树是统揽BIM模型结构状态、图层、材质信息的基本窗口。本系统模型树构建与审查包含标准模型树、实际模型树、模型树审查及模型树控制共4个模块。

根据行业或项目BIM模型创建标准要求构件之间的层级关系，构建标准的BIM模型结构树、图层结构树、材质结构树作为模型信息审查的基本参考，后获取待审查模型的构件、图层和材质信息形成实际BIM模型结构树、图层结构树、材质结构树，最终分别通过对比审查实际模型树和标准模型树之间的信息类型、内容及形式，得到审查结果并输出文件。模型结构树审查界面如图2所示。

图2 站场BIM模型结构树审查界面

为更好地控制待审模型的显隐状态，将集成了结构树、材质树和图层树的独立窗口附着在Bentley软件左侧，实现在不同类型的模型树中实时罗列和控制相应构件的显示状态，并统计相同类型构件的数目。站场BIM模型DGN文件树集成窗体如图3所示。

图3 站场DGN文件树集成窗体

2.3 BIM模型信息读取、审查与修正

提取BIM模型的信息并进行审查与修正是本系统的核心功能。利用铁路站场数字化设计成果和BIM模型创建及交付标准搭建模型信息数据库，通过读取BIM模型的固有属性和自定义工程信息，结合所搭建的数据库对BIM模型的所有构件按类别逐一对比审查，并对审查有误的信息给出正确的修正选项进行修正，最终输出整个模型的审查与修正报告，实现铁路站场BIM模型信息的高效快速审查与修正。

(1)信息读取模块

此模块有两个功能，一是通过交互接口，利用DgnECManager类读取构件中所有的固有属性和自定义属性，并以此衍生出构件的常用信息和全部信息功能[20]。其中固有属性包括构件的材质、图层、元素类型、尺寸等元素具备的全部固有信息；
自定义信息包括构件的定位信息、IFD编码、体积、面积、压实要求等建模标准要求的设计工程信息；
常用信息包括元素描述、图层、ID号、透明度等用户常需关注的信息；
全部信息则融合固有属性和自定义信息详细反映构件的信息内容。二是按需后台读取待查构件的实际信息并进行归类存储，供后续对比审查模块调用，保证实现后续各模块的功能。常用信息读取结果如图4所示。

图4 常用信息读取结果

(2)对比审查模块

本模块主要用以实现图层与材质2个固有属性、定位信息与IFD编码等自定义工程信息的对比审查。提取信息读取模块存储的构件实际信息，自动检索调取标准数据库中存储的对应类型信息数据后，自动对比实际信息与标准信息的一致性，并将不一致的构件实际信息按照字段进一步划分进行深度对比，得出可能正确的几种数据库标准信息供后续修正模块调用。构件信息审查操作界面如图5所示。

图5 构件信息审查操作界面

(3)修正模块

通过获取审查模块得出的实际信息与标准信息不一致的构件实际信息和可能正确的几种数据库标准信息，以构件本身具备的一个或多个正确的固有属性(图层等)或自行定义信息(IFD编码等)为基础，先在获取的可能正确的几种数据库标准信息中搜寻判定待修正信息类型的正确表达，若可能正确的几种数据库标准信息中不存在对应的正确信息，则启动本模块的全数据库、按类型搜索模式以获取与待修正构件匹配的信息。通过上述两级搜索修正方式，实现BIM构件错误信息的高效、精准修正。构件信息修正操作界面如图6所示。

图6 构件信息修正操作界面

(4)报告输出模块

本模块包括记录、整理和写出3个功能。其中，记录子模块用于记录在审查过程中所有对模型及其构件的审查结果和修正详情；
整理子模块用于对记录的所有审查结果和修正详情按照类别、构件类型进行排序、整理和描述，使得记录的结果与修正情况清晰易懂，其能据此迅速定位至相应的构件进行查阅；
写出子模块则创建Reportsample.docx格式的报告模板，并将整理后的审查结果和修正详情按章节写入报告中，供用户实时检阅。

3.1 单文件图元批量化审查与修正

利用上节的信息审查、对比审查、信息修正、报告输出等模块，将其集成在工作界面，按一定规则依次读取单个DGN文件中包含的所有构件的信息，包括图层、材质、附加信息、定位信息、IFD编码及其他信息，并按照标准数据库中的信息类别、格式与内容进行每个构件的审查与修正，最终输出单个DGN文件所有构件整体的审查与修正报告。

为直观地监控DGN文件在审修过程中的审查与修正详情，并阅览实际模型及相应标准库中的信息内容，在单文件图元批量审修界面的子页下设置DGN文件审查区、信息区和DGN文件修正区，以“附加信息”为例，其DGN文件审查区用于实时展示模型的基本统计情况、非标准附加信息构件列表、未添加附加信息构件列表、附加信息与图层名不符的构件列表、附加信息与图层名相符但图层非标的构件列表等监控项；
信息区包括标准附加信息和DGN文件附加信息内容；
DGN文件修正区包括未添加附加信息的构件修正、附加信息与图层(标准)不一致的构件修正、附加信息与图层名相符但图层非标的构件修正等修正项。待完成各项信息审查与修正之后，在“报告生成”子页下一键输出整个DGN文件的审查与修正报告，单文件图元批量化 “附加信息”审修界面如图7所示。

图7 单文件图元批量化 “附加信息”审修界面

3.2 DGN文件批量化审查与修正

为实现多个DGN模型文件批量化审查与修正，基于单文件图元批量化审查与修正机制，开发以存放多个DGN文件的文件夹为输入的“DGN文件批量化审查与修正”工具。本工具界面包括模型文件夹读取区、模型要求区、图元排除过滤区、审查区、修正区、审查+修正区以及审修情况监视区，并以后台运行的形式植入实时审查与修正报告生成的功能。其中，模型要求用于提示文件中模型的命名及存放要求；
图元排除过滤用于排除过滤线条类等不构成BIM模型的辅助类图元；
审查区、修正区、审查+修正区分别用于对所选文件夹中的DGN文件批量化审查、修正、审查且修正；
审修情况监视区则实时监视审查与修正的进度内容；
通过报告生成模块，针对DGN文件夹中的每一个模型文件逐个、实时生成相应的审查与修正报告。DGN文件批量化审修界面如图8所示。

图8 DGN文件批量化审修界面

以某铁路3座站场DGN格式的BIM模型为例，通过铁路站场工程BIM模型信息审查系统对其进行一键批量化信息审查与修正。将设计的BIM模型存放至统一文件夹中，过滤模型中存在的线类辅助性图元，一键对BIM设计模型进行信息审查与修正，逐个输出相应的报告供设计人员进行存档或查阅。其批量化审修过程输入文件形式、审修过程界面与审修输出结果分别如图9～图11所示。其中，为使得本审修系统更好地识别并组织待审修DGN文件，在审修前须将所有站场模型名称统一格式为“XXX站场模型”，且将各模型文件存放在同一审修文件夹下。

图9 站场BIM模型批量化审修输入模型

图10 站场BIM模型批量化审修过程

图11 站场BIM模型批量化审修输出结果

上述审修案例将3个不同的站场模型审修进程集中展示在同一审修进程监视界面内，并按模型依次对图层、材质、附加信息、定位信息、IFD编码、其他信息等内容开展数据初始化、审查和修正，最终依次生成各模型的审修报告，且报告显示的审修情况完全符合建模标准的要求，实现了用程序化的方式集中开展多个站场BIM模型的一键审修，避免了手动审修常出现的人为误操作，并用后台读取DGN文件的方式节省了手动启动和关闭各模型的时间，显著提高了目前铁路站场BIM设计模型信息的审查与修正效率。

本文以铁路站场BIM模型审查系统研究为出发点，研究了站场BIM模型信息标准的规则，并搭建了标准数据库，通过信息读取模块获取模型包含构件的所有信息，利用信息审查和信息修正模块将模型构件的实际信息和标准数据库中的信息格式和内容形式进行对比审查和修正，并输出审查与修正的详情报告。综合研究得出如下结论。

(1)基于标准化的BIM模型审查体系，使得通过审查的BIM模型具备符合相关标准要求的结构形式与附加信息，满足应用阶段的要求，减少了BIM设计项目实施成本。

(2)通过批量化模型审查方式，实现大规模站场BIM模型的快速、批量化一键审查与信息修正，显著提高了审查效率和模型修正的准确度。

(3)通过应用统一的模型审查标准，向上推动了站场专业BIM设计的三维环境统一，促进了站场BIM三维设计的标准化，提高了设计效率。

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