摘要：文章提出了基于BENTLEY软件平台的城市轨道交通数字化协同设计流程，依次为召开策划会、设计环境配置、模型创建、三维模型出图；并在某地的城市轨道交通车站对该流程进行了应用，有效解决了传统设计中的碰撞、图纸不一致、提资不及时、会签烦琐等问题。
关键词：城市轨道交通；数字化；协同设计流程；三维出图
城市轨道交通建设工程项目属于政府投资的大型基础设计投资项目，以及国家及地方大力推动BIM技术应用的重点项目，住建部2016年专门针对城市轨道交通领域建立课题“BIM技术在城市轨道交通设计、施工应用研究”，以进一步推进BIM技术在城市轨道交通设计、施工阶段的应用，并为全生命期内的应用推广奠定基础[1]。随着BIM技术的普及和相应计算机技术的成熟，建筑行业即将进入全BIM设计时代，城市轨道交通工程作为建筑行业的重要一环，其设计过程进入全BIM设计时代也将成为必然趋势[2]。
1传统轨道交通设计流程及特点
传统城市轨道交通工程设计流程是线性的，先由建筑专业牵头对整个车站的公共区及设备管理用房进行功能分区和平面布局，建筑专业提资给结构、暖通、动照、给排水等下游专业，下游专业再反提资给建筑专业，如此循环往复。下游专业需要等建筑专业的提资才能开展设计工作，设计进度受建筑专业的影响较大。提资与反提资的过程烦琐，在此过程中设计人员在容易混淆提资资料，造成专业之间的设计图纸不一致。在出具最终的设计成果时还需要图纸会签，而城市轨道交通工程涉及的专业众多，会签工作量巨大，通常需要1周时间才能完成会签，延长了设计周期。
2数字化协同设计流程
车站BIM协同设计使用BENTLEY系列软件来完成：BENTLEYProjectWise作为项目的协同软件，AECOsimBuildingDesigner（AECOsimBD）作为项目的核心设计与建模软件。BENTLEY软件平台针对协同设计的一般特点，采用了工程创建平台和工程管理平台相结合的方式进行协同工作。其工程管理平台为ProjectWise，作为工程管理平台的同时也兼做协同设计平台。在设计阶段，各专业基于文件通过ProjectWise进行文件的传输与共享，通过架设不同的ProjectWise服务器实现本地与异地协同工作。本项目通过子模型的协同设计模式进行各专业、各区域的协同工作方式，根据不同专业和专业内在项目中不同的区域进行划分，针对不同专业和区域进行人员的分配。在同一项目原点中分别建立相应的中心文件，用来进行专业、系统内的协同设计。数字化协同设计流程如图1所示。数字化协同设计流程包括以下四个步骤。第一步：召开数字化协同设计策划会，确定协同设计目标、设计项目组织架构、模型创建及应用要求、模型质量和进度的保障措施。第二步：配置协同设计工作环境、梳理外部设计输入条件。第三步：依次创建结构、建筑、暖通、动照、给排水等专业初步模型，开展三维协同设计逐步细化模型，在协同设计过程中一个专业模型发生任何变动，其他专业都能实时发现，并及时解决碰撞，随着协同的深入设计方案逐步向合理、可实施方向发展。第四步：三维出图。对比传统设计流程，数字化协同设计流程有以下三点显著优势：（1）没有提资、会签流程，在避免了烦琐流程的同时，也避免了信息不对称、信息传递不及时等问题。（2）传统设计中是对图纸的质量控制，而在BIM协同设计中，图纸是模型的产物，通过各个节点对模型的质量控制来保证图纸的质量，将传统的结果控制转变为过程控制，进一步提升了设计质量。（3）数字化协同设计所有的图纸是基于同一个模型抽出，各个专业实时协同，避免了专业间图纸不一致，以及同一专业平、剖面图不一致的问题。
3数字化协同设计流程应用
3.1工程概况
某城市轨道交通车站总建筑面积为11142.17m2，车站主体建筑面积为7936.96m2，车站附属建筑面积为3205.21m2。车站设4个出入口、1个紧急疏散出入口、2组风亭（2组均为敞口低风亭）。站台中心线处轨顶面绝对标高为-9.200m；站台装修面绝对标高为-8.150m；站厅装修面绝对标高为-3.050m；结构顶板顶绝对标高为2.550m；地面绝对标高为5.870m；顶板覆土厚3.32m。车站主体采用2‰的坡度坡向车站大里程端（北高南低）。
3.2数字化协同设计实施流程
（1）设计环境配置。根据轨道交通行业相关的设计指引、总包管理办法、各专业总体设计要求、工点设计管理要求以及模型制图标准，科学地完成相应的设计环境配置。通过PW协同管理平台，对集团级、项目级、工点级、专业级等各层级工作空间进行网络托管、统一管理、自动推送、实时同步，满足各个层次的设计和管理需求。通过设计环境定制，将模型制图标准和设计标准，内置到BIM设计软件中，规范设计建模，为三维模型出图、算量、编码等应用提供模板及数据基础，提高设计效率和质量。对各层级设计环境进行网络托管，避免专业内部、各专业之间、同一项目内不同工点之间因设计环境不一致带来的问题，满足项目、工点、专业等各个层次的需求[3-4]。（2）模型创建。在项目设计前期，利用倾斜摄影模型、地质模型、周边管线模型、车站体量模型创建车站及周边环境模型，如图2所示。可视化分析车站周边环境，便于设计单位比选站位和附属布置，进行管线迁改、交通疏解、风险源分析，从而提高业主决策效率。在车站体量模型的基础上，结构专业初步布置梁、板、柱、侧墙等结构构件，为其他专业提供基础模型。建筑专业在结构模型的基础上对车站公共区及设备管理用房进行功能分区和平面布局，如图3所示。机电管线以先大管后小管的原则排布，依次创建暖通、给排水、动照等专业的初步模型并进行实施协同，任何一个专业的模型上可实时查看包含其他所有专业车站的模型如图4所示，在协同过程中逐步解决专业间的碰撞并细化模型，设计方案一步步落地[5]。（3）三维模型出图。按施工图形成的过程，对三维模型出图分为三类：①A类指单专业模型出图，无须参考其他专业模型的出图，如建筑的平剖图、围护结构和主体结构平剖图。如图5所示。②B类指需要参考其他专业模型的抽图，如暖通、给排水的平剖面图。③C类指通过绘制或者插入图块加以编辑而形成的施工图，如设计说明、系统图。
4数字化协同设计与传统设计对比分析
传统设计中由建筑专业作为牵头向各个下游专业进行提资，各个专业经过本专业设计调整后，再返提给建筑专业，这个过程极其烦琐复杂。特别是在城市轨道交通设计中，因下游专业很多，如结构、暖通、给排水、动照、弱电专业等，造成设计周期加长，项目进度缓慢，容易出现“差、错、漏、碰”的情况。BIM协同设计中各个专业可以实时协同其他专业的模型，提高了沟通效率。在BIM协同设计中建筑专业可以避免经常出现的一些疏漏或错误，比如车站设计中常见的楼梯和结构底、中板净空高度问题。传统设计过程中首先需要确认平面图、剖面图及大样图等多张视图的一致性后，才能量取净空高度，BIM协同设计可以免去各个视图确认的过程，直接定位就可以确定。传统的机电设计中，机电各专业设计的内容数量多，功能复杂，设计周期短，实际工程中容易与结构梁及机电本身的位置发生冲突，有时甚至需要反复进行管线综合，常常会引起工程返工、延期，从而影响美观，造成不必要的损失。而在BIM协同设计中设备模型和建筑模型可以在同一个文件中表达，各阶段有程度不同的管综工作，由大到小、由粗到细进行综合设计，合理排布管线，提高了设计的准确性，显著缩短了设计和施工周期。通过BIM模型便于施工单位对复杂区域和重点区域设计要点的理解。设计完成后，BIM模型移交给施工单位，施工单位利用BIM模型进行深化设计，有效减轻施工单位的工作量。在传统设计中，各个专业的设计是割裂开来的，设计过程是线性的，在完成一个阶段的图纸后，通过不断的提资与反提资、不断的修改，然后才能形成一个比较统一的成果，最后进行会签。传统设计流程会导致设计不断反复、专业间信息传递的不及时和信息的不对称。在BIM协同设计过程中，所有的设计工作都是在同一个模型、同一个设计环境中完成，不需要提资和会签，并且所有的模型和图纸数据都是关联的，进而保证了图纸的准确性。传统设计中质量控制的重点是图纸，而在BIM协同设计中，图纸是模型的产物，通过各个节点对模型的质量控制来保证图纸的质量，将传统的结果控制转变为过程控制，进一步提升了设计质量。
5结论
文章提出了基于BENTLEY平台的城市轨道交通数字化协同设计流程，并将该流程在某地的城市轨道交通车站开展了应用，得出结论如下。（1）通过数字化协同设计的四个流程，将大量设计工作前置，改变了传统线性设计的模式，破除了专业间的沟通壁垒，提前暴露出设计过程中存在的问题，避免了由设计流程原因引起的返工和设计变更。（2）设计环境配置实现了各层级工作环境的网络托管、统一管理、自动推送、实时同步，满足了各个层次的设计和管理需求，设计环境具备可复用性、可拓展性，能够满足不同地域城市轨道交通设计定制化的需求。（3）数字化协同设计以过程控制为抓手，不仅有效解决了传统设计中经常出现的碰撞、图纸不一致等问题，提高了设计质量，还解决了传统设计中提资不及时、会签烦琐等问题，提高了设计效率。
参考文献：
[1]韩德志,张弘弢,华福才.城市轨道交通工程BIM应用研究与实践[M].北京:中国铁道出版社有限公司,2019.
[2]董福文.基于BIM的地铁工程多专业协同设计流程再造应用研究[D].西安:西安理工大学,2017.
[3]卢永炜.BIM技术在我国城市轨道交通项目设计管理的应用[J].工程技术研究,2019,4(17):141-142.
[4]张鑫,郭晓强,周延凯.基于BIM技术的城市轨道交通工程协同管理平台研究[J].工程技术研究,2019,4(22):202-204.
[5]王臣.BIM技术在地铁暖通设计中的应用[J].绿色科技,2019(16):222-224.