引言

铁路通信工程具有体量大、结构复杂、专业接口多，信息量大且涉及面广的工程特点，其三维模型结构异常复杂，建模工作量极大^[1]。因而，BIM技术在铁路通信领域的推广和普及，核心要义是探索更为高效可行的实施途径。

对此，本文在铁路通信工程BIM化建模方法上进行了研究，从工程实际需求出发，在Autodesk Revit平台上，对铁路通信工程各构件模型关键参数及其参数化处理方法进行探索，以期通过族参数的个性化调整，实现铁路通信工程构件模型的快速创建，为实现高质量、高效率的铁路通信BIM设计提供新思路。

1铁路通信工程参数化建模总体思路

首先需要对庞大的铁路通信工程实体结构按照一定的规则进行分解，并按照“系统-子系统-设备类别-设备”的层级划分制作完备的通信专业设备构件清单。在此基础上，以族参数的可变性为依据，对构件参数逐一进行梳理和甄别，将几何形态固定但类型多样、可直接通过调整参数值驱动模型以生成不同类型构件的构件族划分为参数化族，将几何形态较为复杂但类型单一、不能直接通过调整参数值驱动模型的构件族划分为半参数化族^[2]。然后，依托Revit族样版，对参数族和半参数化族分别赋以适应性的建模策略，创建出完备且具有通用性、灵活性的铁路通信工程构件族库。最后，结合项目特点，灵活运用族嵌套方法，在项目环境下调用构件族及嵌套族文件，实现基于设计需求的模型快速拼装和个性化调整。

2铁路通信工程参数化建模过程

2.1铁路通信工程实体结构分解

为简化建模过程、便于后续实现铁路通信工程实体的分类、检索及信息传递等功能，需要对铁路通信工程实体结构进行分解。首先根据功能组成，将铁路通信系统拆分成通信线路、传输及接入网、数据通信网、电话交换、调度通信、移动通信、会议电视、综合视频监控、应急通信、时钟及时间同步、综合布线、通信电源、电源及环境监控、综合网管、防雷及接地、综合引入及配线设备等共计16个子系统，然后按照各系统组成结构特点划分设备类别，最终细分到与构件族相对应设备层级。在此，以MSTP设备为例，拆分结果见表1。

表1 通信专业设备构件清单模板（以MSTP设备为例）

2.2参数化族的建立

2.2.1参数化族

参数化族以构件的几何参数作为核心变量，基于统一的族类型创建。

2.2.2参数化族建模策略

依据构件结构特征并结合工程实际需求，梳理出构件的几何参数和非几何参数，其中，几何参数指用于确定模型外观的参数，除几何信息以外的参数为非几何参数。

(1）几何参数的确定。

铁路通信工程涵盖大量外观复杂的专业性设备及设施，这些复杂的空间形体通常会涉及比较多的几何参数，如果在建模时把所有的几何参数都作为变量参数来处理，将极大可能造成冲突，以致无法生成参数化实体。因此，我们可以从单一几何参数的可变性、几何参数间的相关性等特征维度确定出影响构件外观形态的关键几何参数^[3]。在对构件赋予相应的几何参数时，还应当考虑不同参数间的联动和制约，以实现准确、简捷、高效地构建参数化模型。

(2）非几何参数的确定。

铁路通信工程信息模型的落地应用，还需依赖诸如时间/空间描述、物理信息、造价信息等的非几何参数，为避免模型大量数据信息的冗余，需要基于BIM模型在后续施工、运维阶段应用时的信息需求进行非几何参数的设定，使BIM技术成果更加契合工程实际。

在此基础上，选取合适的族样板创建出构件的几何形体，通过构件轮廓与相关参照平面的固连，并赋以对应的族参数标签，实现模型的参数化驱动。最后，将选取的工程必需的非几何参数关联到模型上，即可得到参数化构件族。

2.2.3参数化族建模实例

(1）电缆桥架。

在铁路通信室内工程中，电缆桥架被广泛应用于通信机房及引入间的光电缆铺设。从基本构造来看，电缆桥架主要由直槽、格挡、支撑件和连接件组成。对比不同类型电缆桥架的几何参数，可以发现主要的可变参数为直槽的长宽和格挡的数量，而直槽的截面、格挡、支撑件及连接件的几何外观是相对固定的，因此，选择将直槽长度和宽度、格挡数量设为变量参数，将直槽截面尺寸、格挡/支撑件/连接件尺寸以及格挡间距等设为固定参数。此外，电缆桥架的几何参数存在以下的约束关系：

格挡数量=直槽长度/400mm-400/300+1

基于以上分析，在公制常规模型族样板中进行电缆桥架模型的创建。首先，依据电缆桥架的几何外观，在族环境下布局参照平面，绘制出支撑件和连接件等固定结构的三维模型。然后使用拉伸命令形成直槽和单个格挡的实体结构，并将单个格挡与连接件成组，使用阵列命令生成一定数量的格挡。最后，对电缆桥架模型进行参数化处理，把直槽及格挡模型组的轮廓边缘与参照平面一一锁定，添加相应的约束及标签，实现模型的参数化驱动。为满足工程应用的实际需求，还需要为模型添加类型、材质、颜色、厂家信息、安装信息、定额信息等非几何参数。模型创建完成后，通过修改族参数即可得到不同型号的电缆桥架模型，如图1所示。

图1 电缆桥架参数化模型

(2）视频监控视场。

为了有效规避平面设计下视频监控布点可能造成的视场盲区和监控成像效果不佳等问题，基于仿真算法，在BIM环境下进行视频监控视场的仿真，可针对覆盖效果不好的区域重新优化监控布点、监控设备选型和参数设定，更好的满足不同场景的监控要求。而实现这一过程的前提是建立通用性的视频监控视场构件族。摄像机视场模型在三维空间呈图2所示的锥体结构，由最远有效监控距离L_MAX、视场水平角度α、视场垂直角度β三个参数确定。

图2 摄像机视场模型

建模时，首先在族环境下布局参照平面，定位视场最远覆盖距离。然后在立面视图绘制以视场最大垂直角度β为约束的扇形平面，扇形夹角角平分线需与水平参照平面锁定。最大水平角度α的约束依托旋转命令和族参数的关联来实现。同时，为满足进一步仿真应用的需求，还需要为模型添加类型、分辨率、传感器规格、镜头焦距、安装信息等非几何参数。通过仿真算法输出不同摄像机类型、不同监控场景下的参数值，即可驱动构件族生成相对应的视场模型。

2.3半参数化族的建立

2.3.1半参数化族

半参数化族基于单一的族类型创建，具有固定的几何参数，模型实体不具备参数调整属性，其核心在于几何形体的构造和非几何参数的设定。

2.3.2参数化族建模策略

半参数化族面向几何外观复杂的构件实体，铁路通信工程涉及的大量专业性设备均可划分到此类。建模时，先根据设备的物理外观将复杂构件实体拆分成简单几何形体，分别建立各简单几何形体的三维模型。然后在统一的族样板下，按照空间位置关系，将各部分进行组合嵌套，形成具有固定几何形态的设备构件族。最后，基于BIM模型在后续施工、运维阶段应用时的信息需求进行非几何参数的设定。

2.3.3半参数化族建模实例

图3 半参数化族建模实例

三维模型创建完成后，为满足工程应用的实际需求，需要基于统一的数据存储结构，为模型添加类型、型号、编码、技术指标、厂家信息、安装信息、运维信息等非几何信息。

2.4模型的拼装

完成构件族库的创建后，需要按照一定的规则对各构件进行组合、拼接以形成完整的通信系统模型。基于铁路通信工程实际应用特点，将关联性较强的构件族在一个族样板下进行嵌套，并关联对应的族参数，形成一个相对完整的、参数化的嵌套族文件，从而显著减少模型拼装过程的工作量（见图4）。

图4 设备机柜嵌套族示例

此外，通过横向对比不同项目、不同通信机房的布置特点，可以明确：同一技术标准下的铁路工程项目通信系统的框架基本一致，只是设备的类型、容量有所差异，且在铁路通信工程细部设计和工艺质量标准的约束下，通信机房内各类机柜及设备的空间相对位置关系、各类线缆与设备间的物理连接及逻辑关系是确定的。基于此，将通信系统按照要素间耦合性强弱拆解成不同的模块单元，将各类支持参数驱动的模块单元纳入资源池，并赋以结构化的分类标签，搭建起通信专业基础模型库，后续建模时，调用基础模型库，可实现基于设计需求的模型快速拼装和个性化调整^[4]，从而大幅提升建模效率。

3参数化建模方法的工程应用

贵南高铁项目，线路正线全长281 km，设计时速350 km/h。依托前述的参数化建模方法，选取南宁北站信号楼通信机房为试点工程，进行BIM建模。

以该项目获取到的各类基础资料为依据，完成通信工程实体结构的分解，在此基础上对参数化族和半参数化族逐一建模，形成了包含16个子系统、46个设备类别、106项构件在内的兼具完备性与通用性的铁路通信工程构件族库。在此基础上，结合族嵌套技巧和基础模型库理念，可快速完成BIM模型的搭建，如图5所示。

图5 南宁北信号楼通信机房BIM模型

同时，模型关联的数据信息也可以在项目后续阶段的投资控制、进度管控、运维管理等方面发挥重要的指导作用。

结束语

本文提供了一种Autodesk Revit平台下铁路通信工程三维参数化建模的思路与方法，并依托贵南高铁项目，验证了这一方法能有效降低BIM设计的复杂度，缩短BIM项目设计周期，提高BIM设计效率，提升BIM设计质量，同时，进一步强化设计在工程中的指导地位，降低施工阶段的不可控风险，促进工程项目质量提升，也为同类项目提供了流程和技术上的有益参考。