轨道交通停车场工艺BIM%2BAI设计应用.pdf

第1期2 0 2 4年1月N o.1J a n.2 0 2 4运营管理文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 4)0 1-0 0 8 0-0 5 轨道交通停车场工艺B I M+A I设计应用石 林(深圳市市政设计研究院有限公司,广东 深圳 5 1 8 0 0 0)摘 要:随着国家对工程数字化发展的不断推进,B I M技术在轨道交通工程设计中的应用具有强劲的发展势头。B I M技术作为行业数字化转型的基础,随着其深入应用,使得人工智能技术(A I)越来越成为B I M重要的提高效率的“搭档”1。本文以深圳地铁1 2号线二期工程东宝河停车场为案例,详细介绍了停车场工艺专业A I技术在B I M正向设计中的应用过程,从停车场B I M正向设计的前期准备工作,到项目组织策划和B I M正向设计过程中采用的B I M+A I技术的结合应用,可以看出B I M技术与A I技术的结合是轨道交通工程设计阶段的重要应用。人工智能的应用不仅可以提高B I M正向设计的效率,而且对整个B I M正向设计流程也是一个创新,希望轨道交通停车场的工艺B I M+A I设计应用的分享,能为后续其他城市轨道交通车辆基地工艺B I M+A I设计应用提供参考。关键词:轨道交通;B I M;人工智能;C h a t G P T;地铁设计中图分类号:U 2 3 1 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 4.0 1.0 1 5A p p l i c a t i o n o f B I M+A I i n T e c h n o l o g i c a l D e s i g n o f R a i l T r a n s i t P a r k i n g Y a r dS H I L i n(S h e n z h e n M u n i c i p a l D e s i g n&R e s e a r c h I n s t i t u t e C o.,L t d.,S h e n z h e n 5 1 8 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:F o l l o w i n g t h e c o n t i n u o u s p r o m o t i o n o f d i g i t a l e n g i n e e r i n g d e v e l o p m e n t b y t h e c o u n t r y,t h e a p p l i c a t i o n o f B I M t e c h n o l o g y i n r a i l t r a n s i t e n g i n e e r i n g d e s i g n s h o w s a s t r o n g d e v e l o p m e n t m o m e n t u m.W i t h f u r t h e r a p p l i c a t i o n o f B I M t e c h n o l o g y w h i c h i s t h e b a s i s o f d i g i t a l t r a n s f o r m a t i o n o f t h e i n d u s t r y,t h e A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e(A I)t e c h n o l o g y h a s b e c o m e a n i m p o r t a n t“p a r t n e r”o f B I M f o r i m p r o v i n g i t s e f f i c i e n c y 1.T a k i n g t h e D o n g b a o h e p a r k i n g y a r d o f P h a s e I I o f S h e n z h e n M e t r o L i n e 1 2 f o r c a s e,t h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s i n d e t a i l t h e a p p l i c a t i o n o f A I t e c h n o l o g y i n t h e B I M s e q u e n t i a l d e s i g n o f t h e t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s o f t h e p a r k i n g y a r d.F r o m t h e c o m b i n e d a p p l i c a t i o n o f B I M a n d A I t e c h n o l o g i e s i n t h e e a r l y p r e p a r a t i o n,t h e o r g a n i z a t i o n a n d p l a n n i n g o f p r o j e c t a n d t h e B I M s e q u e n t i a l d e s i g n o f t h e p a r k i n g y a r d,i t c a n b e s e e n t h a t t h e c o m b i n a t i o n o f B I M a n d A I t e c h n o l o g i e s i s a n i m p o r t a n t a p p l i c a t i o n i n t h e s t a g e o f r a i l t r a n s i t e n g i n e e r i n g d e s i g n.T h e a p p l i c a t i o n o f A I c a n n o t o n l y i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o f B I M s e q u e n t i a l d e s i g n,b u t a l s o i n n o v a t e i t s w h o l e p r o c e s s.I ts e x p e c t e d t h a t t h e s h a r e o f t h e a p p l i c a t i o n o f B I M+A I i n t e c h n o l o g i c a l d e s i g n o f r a i l t r a n s i t p a r k i n g y a r d c o u l d p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r s u b s e q u e n t a p p l i c a t i o n o f B I M+A I i n t h e t e c h n o l o g i c a l d e s i g n o f o t h e r u r b a n r a i l t r a n s i t v e h i c l e b a s e s.K e y w o r d s:r a i l t r a n s i t;B I M;A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e(A I);C h a t G P T;m e t r o d e s i g n收稿日期:2 0 2 3-0 3-3 1第一作者:石 林(1 9 9 0),男,工程师。深圳地铁1 2号线二期工程东宝河停车场承担了1 2号线二期工程车辆的运用、列检、双周/三月检、洗车和镟轮任务。东宝河停车场内包括运用库、综合楼、变电所等单体,其中运用库是完成车辆运用、检修的工作场所2,同时也是工艺专业进行B I M设计的主要建筑单体。1 准备工作1.1 编制B I M+A I设计标准为了完成地铁车辆基地的系统性工艺B I M+A I设计工作,本项目编制了 车辆基地工艺B I M+A I正向设计指导手册 和 车辆基地工艺设备构件库建立标准2本指导文件,手册 和 标准 是为车辆基地工艺B I M+A I技术应用的方法和构件建立指引。详细的轨道交通停车场工艺B I M+A I设计应用 石 林设计过程标准可以使人高效率完成工作,做到有规可依,使深圳地铁1 2号线二期工程B I M+A I设计过程标准化、规范化。1.2 建立工艺设备构件库根据设计过程中的统计,3 0 0多个工艺设备构件基本满足车辆基地工艺B I M设计的需要3,我们根据项目特点,建立了一整套地铁工艺设备构件库4,可满足包括地铁车辆基地、城际动车所等不同种类的车辆检修基地的工艺B I M正向设计需要,例如图1为登车平台模型。同时,为适应不同供应商产品的差异性,在项目施工设计初期确定工艺设备供应商之后,我们采用人工智能生成模型A I G C(A I-G e n e r a t e d C o n t e n t)进行初期的提资工作。图1 登车平台模型2 项目组织策划2.1 组织架构稳定的组织架构能为项目B I M设计的顺利进行提供有力保障。针对本项目的特点,项目组制定了合理的B I M团队组织架构,成立了一支专业的、稳定的项目团队,在设计阶段完成项目全过程的B I M管理、设计工作,图2为本项目管理组织架构。图2 B I M项目管理组织架构2.2 软件类型为保证各专业传递的模型能够保留完整的信息,停车场工艺B I M设计平台采用R e v i t平台,工艺设备模型的建立可以采用R e v i t平台进行一般设计或A I设计,同时可以采用其他平台进行A I设计,如选用犀牛5,但需要注意的是需要统一文件格式。2.3 协作模式B I M最大的优势是各专业的协同设计能力,各专业模型相对位置关系及标高轴网的一致性6,需创建明确坐标、标高、轴网的基准文件。各专业创建模型的原则是通过原点对原点的方式,利用复制命令统一标高和轴网。并保证仅由B I M副总具有修改权限,当一个专业提交修改请求后,利用软件中协调查阅功能会提示相关专业修改内容。依据以上原则各专业根据实际情况对模型基准进行调整,以保持各专业基准一致。2.4 设计操作平台模块分类设计操作平台是设计师主要应用的操作界面,为完成B I M设计工作,操作平台依据项目浏览器分为视图、图例、明细表数量及图纸四个大类。视图窗口的第一层级应分为设计平台、出图平台、提资平台、收资平台和审核平台,分别用于满足正向设计时的模型绘制设计(设计平台),出图版面调整(出图平台),专业提资调整(提资平台),接受其他专业资料(收资平台),以及完成质量审核工作(审核平台)的需求。在各自平台内可依次按照图纸类型,如平面、剖面等,以及图纸展示区域,进行视图的第二层级和第三层级的分类。第二层级及第三层级的命名原则为:数字编号-专业代码-分级类型(如图纸类型或图纸区域)。设计平台内的平台可根据设计的实际需求增删平剖面视图或三维视图,按照上述要求归类在各自层级内。出图平台可按照设计平台的类似原则分类,也可按照实际需求分类。但出图平台内的视图个数应该大于等于用R e v i t出图的图纸张数,即1张图纸至少对应1个出图平台内的视图,且出图平台的视图名称也宜按照图纸名称命名。提资平台内的视图第一层级名称应该反映本专业提资的对象专业名称以及提资日期。3 正向设计流程车辆基地工艺专业B I M正向设计主要包含6项工作,分别是:接收上序资料、A I G C提资、深化模型布置设备、基础提资、协同设计和模型审核。3.1 接收上序资料作为接下来的B I M+A I设计工作的基础资料,工18第6 1卷第1期2 0 2 4年1月艺专业接收线路、轨道、限界等专业提供的设计年限、行车交路、行车计划、车辆形式、车辆编组、主要技术规格等资料,设备及系统专业提供房间需求体量块。3.2 A I G C提资根据上序专业的需求文件、体量模型,结合工艺设备条件,工艺专业向站场专业、建筑专业提供A I G C生成的需求模型,如带轨道库房组成、库房大小、库前开门大小、辅助用房位置等,图3为运用库附属房间的体量模型。图3 运用库附属房间模型3.3 深化模型布置设备土建专业根据工艺专业的提资,完成土建模型设计并开放,工艺专业根据反馈的土建模型进行模型调整及修改,深化工艺设备布置,如中高平台、登车平台、洗车机、起重机、架车机、检修工具台等,图4为工艺设备在运用库中的布置示意图。图4 运用库工艺设备布置3.4 基础提资工艺专业深化模型后,向暖通、动照、给排水专业提供所有工艺设备需求,工艺设备提资应包含模型及其信息,包括工艺设备用水量、用电量,工艺设备用水点、用电点等。3.5 协同设计通过链接或工作集的方式将建筑、结构、设备等专业的模型进行工艺项目文件合模,与相关专业完成系统设计工作3.6 模型审核在合模后对于发现有碰撞、干涉、缺失等问题7-8,采用A I进行智能审查,将审查出的问题在审查平台进行内容添加,在图纸发布及修订功能模块中清晰列出问题修改点,完成工艺B I M设计校核工作流程,形成B I M设计闭环,图5为模型审核中出现的碰撞示意图。图5 模型审核4 工艺B I M+A I应用4.1 设备位置优化车辆基地设备的布置不符合人体工程学的问题一直存在于传统的工艺设计中,而采用B I M软件进行的实时映射、人体工程学分析功能,就能顺利解决这一问题,在图6中,登车梯的位置与结构柱的距 离可在B I M设计中进行实时检测分析控制,以最佳的空间距离既能满足检修人员的通过需求,又能最大程度完成集约化设计。以此为例,更多的设备布置问题都可以通过这种方式进行解决,从而规避更多的设计风险。图6 运用库登车平台位置优化4.2 工艺检修作业模拟工艺检修流程可视化的应用使工艺设计师对整个车辆基地、车辆维修的过程有更深入地了解,能让工艺设计师做出更加合理的方案,如图7是模拟运用库车辆检修流程,是用来确定检修合理的路线和资源的配置。28轨道交通停车场工艺B I M+A I设计应用 石 林图7 运用库车辆检修流程模拟随着现代工业自动化进程的快速发展,将会产生更多的新设备,这就需要工艺设计师对新设备的组成和检修工艺过程有更加全面的认识。图8是工艺检修设备应用仿真模拟,是模拟列检机器人的作业流程,图9是转向架检修作业的流程模拟,能为后续检修设备的补充和改造提供数据支撑。图8 工艺检修设备应用仿真模拟图9 转向架检修作业流程模拟4.3 A I渲染设计文 件 或 汇 报 文 件 中 常 需 要 增 加 设 计 效 果图,运用A I G C技术,利用B I M插件、软件或云平台快速生成B I M渲染图、视频,能够提高B I M正向设计的工作效率和方案图片、视频质量6,A I技术可以很好地降低B I M 应用的操作难度,并可以根据用户需求提供多种设计方案,图1 0和图1 1为A I G C软件设计界面。图1 0 A r k o A I软件设计界面图1 1 A I创意库2.0自动生成效果图4.4 A I辅助编程开发虽然B I M技术发展的时间也有2 0多年,但B I M应用的相关软件在设计程度上还是不能满足设计师的一些需求,对软件的深层应用、扩展应用、二次开发也成为了提高B I M设计效率的手段。应用二次开发和A I辅助编程,可以提高设计的应用效率,避免了重复性工作,也让我们从传统概念设计师转型到参数化设计师。图1 2中是我们采用C h a t G P T生成p y t h o n的脚本程序,将p y t h o n程序输入到d y n a m o中,可对工艺设备进行自动编号数据采集,并生成参数表格,为我们的设计工作节省了时间,提高了整个停车场的B I M设计效率。图1 2 C h a t G P T对话框界面38第6 1卷第1期2 0 2 4年1月4.5 A I的其他应用除了A I生成和编程开发9,在神经网络、进化算法中也有相关应用,主要应用在建筑模型中的能耗分析、绿色建筑、成本和时间优化中。5 结论与展望国家 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2 0 3 5 年远景目标纲要 中提出,要加强各行业数字化、智能化水平。B I M应用的不断更新和发展能让我们跟得上国家发展的步伐,为区域性互联互通工作做好数字化服务。A I、B I M、云计算、大数据的实践应用也会不断加速行业的数字化转型1 0,B I M 与人工智能相融合可以充分发挥各种技术的优势,使轨道交通行业不断充满生命活力。参考文献:1 盖彤彤,于德湖,孙宝娣,等.B I M 与人工智能融合应用研究进展J.建筑科学,2 0 2 0,3 6(6):1 1 9-1 2 6.GA I T o n g t o n g,YU D e h u,S UN B a o d i,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s s i n t h e i n t e g r a t i o n o f B I M a n d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e a p p l i c a t i o n sJ.B u i l d i n g S c i e n c e,2 0 2 0,3 6(6):1 1 9-1 2 6.2 金永乐.车辆段B I M正向设计研究J.高速铁路技术,2 0 2 0,1 1(1):6 5-6 8.J I N Y o n g l e.R e s e a r c h o n B I M f o r w a r d d e s i g n o f d e p o t J.H i g h S p e e d R a i l w a y T e c h n o l o g y,2 0 2 0,1 1(1):6 5-6 8.3 闹加才让.轨道交通车辆基地通用B I M 构件库管理软件的开发与实现J.信息与电脑,2 0 2 1,3 3(1):7 8-8 3.NAO GA C a i r a n g.D e v e l o p m e n t a n d i m p l e m e n t a t i o n o f g e n e r a l B I M c o m p o n e n t l i b r a r y m a n a g e m e n t s o f t w a r e f o r r a i l t r a n s i t v e h i-c l e b a s eJ.I n f o r m a t i o n a n d C o m p u t e r,2 0 2 1,3 3(1):7 8-8 3.4 芈建华,王 军,张 斌.与A I 结合的居住建筑B I M 设计J.建筑结构,2 0 2 1(1 2):1 2 6 3-1 2 6 6.M I J i a n h u a,WANG J u n,Z HAN G B i n.B I M d e s i g n o f r e s i d e n t i a l b u i l d i n g s c o m b i n e d w i t h A IJ.A r c h i t e c t u r a l S t r u c t u r e,2 0 2 1(1 2):1 2 6 3-1 2 6 6.5 陈汉成,刘明,钟远曦.B I M技术及A I技术在装饰领域的应用研究J.技术平台,2 0 2 2(2):6 2-6 5.CHE N H a n c h e n g,L I U M i n g,Z HON G Y u a n x i.R e s e a r c h o n t h e a p p l i c a t i o n o f B I M t e c h n o l o g y a n d A I t e c h n o l o g y i n t h e f i e l d o f d e c o r a t i o nJ.T e c h n o l o g y P l a t f o r m,2 0 2 2(2):6 2-6 5.6 高华,刘祾頠,吴祥龙.轨道交通站场B I M 设计建模探索J.铁道勘察,2 0 2 1,4 7(1):1 2 4-1 2 7.GAO H u a,L I U L i n g w e i,WU X i a n g l o n g.E x p l o r a t i o n o f B I M d e-s i g n m o d e l i n g f o r r a i l t r a n s i t s t a t i o n sJ.R a i l w a y S u r v e y,2 0 2 1,4 7(1):1 2 4-1 2 7.7 张璞.B I M技术在青岛市地铁二号线辽阳东路车辆基地的综合应用J.交通建设,2 0 1 8(2 1):2 6 1-2 6 2.Z HAN G P u.C o m p r e h e n s i v e a p p l i c a t i o n o f b i m t e c h n o l o g y i n l i-a o y a n g e a s t r o a d v e h i c l e b a s e o f q i n g d a o m e t r o l i n e 2 J.T r a n s-p o r t a t i o n C o n s t r u c t i o n,2 0 1 8(2 1):2 6 1-2 6 2.8 黄学刚,熊中毅.B I M+A I技术在医院机电预留预埋阶段的应用研究J.施工技术,2 0 1 9(2 9):1 2-1 4.HUAN G X u e g a n g,X I ON G Z h o n g y i.R e s e a r c h o n t h e a p p l i c a t i o n o f B I M+A I t e c h n o l o g y i n t h e s t a g e o f m e c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l r e s e r v a t i o n a n d e m b e d d i n g i n h o s p i t a l sJ.C o n s t r u c t i o n T e c h-n i q u e,2 0 1 9(2 9):1 2-1 4.9 冷烁,胡振中.基于B I M的人工智能方法综述J.图学学报,2 0 1 8,3 9(5):7 9 7-8 0 5.L E N G S h u o,HU Z h e n z h o n g.O v e r v i e w o f a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e m e t h o d s b a s e d o n B I M J.J o u r n a l o f G r a p h i c s,2 0 1 8,3 9(5):7 9 7-8 0 5.1 0 宋浩,韩广晖.基于B I M 和A I 技术的铁路桥梁智能布跨研究J.计算机应用,2 0 2 2,3 1(7),3 2-3 6.S ON G H a o,HAN G u a n g h u i.R e s e a r c h o n i n t e l l i g e n t s p a n n i n g o f r a i l w a y b r i d g e s b a s e d o n B I M a n d A I t e c h n o l o g yJ.C o m p u t-e r A p p l i c a t i o n s,2 0 2 2,3 1(7),3 2-3 6.(上接第6 7页)2 龙翔宇.城市轨道交通车辆检修与运用计划优化研究D.北京:北京交通大学,2 0 1 8.3 缪道平.城市轨道交通车体运用计划自动编制及优化研究D.北京:北京交通大学,2 0 0 9.4 田永喜.太原地铁智慧车辆段建设探索J.现代工业经济和信息化,2 0 2 1,1 1(7):1 9 4-1 9 5.T I AN Y o n g x i.C o n s t r u c t i o n o f i n t e l l i g e n t v e h i c l e s e c t i o n o f T a i y u a n m e t r oJ.M o d e r n I n d u s t r i a l E c o n o m y a n d I n f o r m a t i o n-i z a t i o n,2 0 2 1,1 1(7):1 9 4-1 9 5.5 刘丙林,朱佳,李翔宇.城市轨道交通车辆智能运维系统探索与研究J.现代城市轨道交通,2 0 1 9(6):1 6-2 1.L I U B i n g l i n,Z HU J i a,L I X i a n g y u.E x p l o r a t i o n a n d r e s e a r c h o n i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e s y s t e m o f u r b a n r a i l t r a n s i t v e h i c l e sJ.M o d e r n U r b a n T r a n s i t,2 0 1 9(6):1 6-2 1.6 胡佳琦.上海市轨道交通车辆智能运维系统研究与应用J.现代城市轨道交通,2 0 1 9(7):5-9.HU J i a q i.R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e s y s t e m f o r S h a n g h a i r a i l t r a n s i t v e h i c l e sJ.M o d e r n U r b a n T r a n s i t,2 0 1 9(7):5-9.7 金艳萍.地铁车辆检修智能管理系统研究与开发D.兰州:兰州交通大学,2 0 1 8.8 武舒然.地铁车辆状态维修信息管理系统的研究D.北京:北京交通大学,2 0 1 8.9 刘迪.全自动运行地铁车辆段设计特点分析J.科技与创新,2 0 2 0(8):5 3-5 4,5 7.L I U D i.A n a l y s i s o f t h e d e s i g n c h a r a c t e r i s t i c s o f f u l l y a u t o m a t e d s u b w a y r o l l i n g s t o c kJ.S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y&I n n o v a t i o n,2 0 2 0(8):5 3-5 4,5 7.1 0 刘增民.地铁智慧车辆段/停车场的核心特征与体系架构J.城市轨道交通研究,2 0 2 2,2 5(6):5-8.L I U Z e n g m i n.C o r e f e a t u r e s a n d s y s t e m f r a m e w o r k o f m e t r o s m a r t d e p o tJ.U r b a n M a s s T r a n s i t,2 0 2 2,2 5(6):5-8.48