为将BIM技术应用于铁路信息机房内信息系统的深化设计和设备物资管理领域，通过分析BIM技术在铁路工程中的应用现状，对信息机房的BIM铁路信息系统设计平台进行功能规划。以Revit软件为工具进行机房快速建模、机柜布置、设备布置、参数导入导出4个模块的开发；结合典型信息机房工程实例对软件功能进行验证，BIM铁路信息系统设计平台能够高效利用BIM技术集成丰富的模型数据信息，可应用于设备物资管理领域，实现全生命周期的可视化信息设备物资管理。
BIM铁路信息系统设计平台开发主要针对信息设备物资管理领域的需求，通过建立完善的BIM信息模型，与现有的物资管理平台接口，实现信息机房内信息设备的全生命周期可视化管理。铁路信息机房中设备数量多、布置集中且与车站运维联系紧密，以往项目中的BIM研究主要满足设计阶段的三维展示需求，机房的模型仅包含机柜的布置和少量属性信息。为实现BIM模型的全生命周期应用，需在机柜模型的基础上，深化机柜内设备模型、完善共享信息的交互和适应机房设备物资管理需求。
平台通过在深化设计阶段利用BIM技术对机房设备建模，建立和现场一致的模型并将设备真实信息添加进去，可以满足模型信息传递需求；针对建模时工作量大、重复工作多的问题，进行快速建模工具研究，实现参数化模型的快速生成和模型信息的批量导入、导出。在施工、运维过程中，也可利用平台研究成果，根据现场变化进行模型和信息的快速修改，保持模型与现场的一致性，实现模型信息的全生命周期应用。
以铁路站房信息机房为试点，设计4个功能模块完成以下功能：
（1）机房自动建模： 根据输入的机房数据（包括长、宽、高、防静电地板高度 等），生成简易的机房模型，为机房设备布置提供建筑模型基础。
（2）机柜自动布置： 根据输入的机柜尺寸、配电设备尺寸，按相关规范要求输入设备通道距离、机柜间距等参数后，自动布置机柜和配电设备 （包括配电柜、UPS、稳压电源、电池组等）。
（3）机柜内设备批量布置： 选定进行布置的机柜，输入柜内设备族的名称和设备布置位置，批量完成机房机柜的柜内设备布置。
（4）批量导入、导出设备属性： 为设备族添加“设备编码”属性作为设备唯一标识，利用Excel表批量添加设备属性。 Excel表中包含设备的各类关联信息，设备编码匹配时将上述信息以实例参数的形式添加到BIM模型中； 实现BIM模型信息批量导出，通过逐层过滤BIM模型中的设备模型和相关参数，获取参数值并生成设备信息表。
铁路工程是多专业配合的复杂系统性工程，进行BIM建模时，具有模型体量大、各专业模型间接口较多等特点，为模型和数据的完整呈现及各专业间的协同设计，沿线桥梁、隧道、路基、站场、轨道、四电等专业主要使用CATIA、Bentley软件，铁路车站涉及的房建、机电专业主要使用Revit软件。平台的应用环境主要在信息机房、配线间等，属于建筑内部环境，因此基于室内BIM设计软件Revit进行开发。Revit API（应用程序接口）包含了Revit二次开发所使用的命名空间和所有类库，是Revit与外界程序开发的接口，Revit API对C#语言和.Net Framework的支持较成熟，研究运用C#语言进行二次开发。
在Revit中，模型通过族库的形式组织，为满足BIM模型与实际现场的一致性要求，需要建立丰富完整的族库，创建适合铁路信息机房物资管理的设备族库是整个应用研究的基础和重要环节。铁路信息机房设备体系架构见图1。
图1 铁路信息机房设备体系架构
族库根据参数（属性）集的共用、使用的相同和图形表示的相似对图元进行分组，参数化建模是建立Revit族库的重要内容。信息机房中机柜、配电柜、电池柜、服务器、交换机、配线架的尺寸参数（如宽度、深度、高度等参数）需根据用户需求调节，为增强模型适用性需考虑参数化建模：首先明确模型的哪些几何参数需要定义为用户可修改，在建族时将这些几何尺寸创建标注并添加到新的族参数，完成参数化建模。在Revit API中，可以通过get Parameter （Built?InParameter.参数枚举）或LookupParameter（参数名称）2种方法获取相关参数，然后对参数进行指定操作。按图1的体系架构创建完整的族库，部分机房设备模型见图2、部分机柜设备模型见图3。
图2 部分机房设备模型
图3 部分机柜设备模型
机房建筑模型是机房信息设备的基础和载体，它可以直接利用站房BIM设计成果，但在站房未进行BIM建模时，需自行建立建筑模型。建立的机房建筑模型可以相对简单，通常只要求房间的三维尺寸信息与实际一致，并包括楼板、墙、防静电地板、门、窗等模型即可。该功能要求用户输入机房参数信息后自动生成机房建筑模型。
实现建筑模型生成功能时，将房间长度、宽度、墙的高度、防静电地板高度等作为可输入参数，利用Revit API中的过滤器过滤出建筑模型的指定标高，通过提取用户输入的参数，自动生成楼板、墙、地板等内建族模型，完成机房简易模型的生成。可适用于不同尺寸信息机房建筑模型的快速建立，提高建模工作效率。该功能模块利用winform与用户交互。机房建筑模型生成流程见图4。
图4 机房建筑模型生成流程
进行机柜布置时，布置原则按GB 50174—2017《数据中心设计规范》、QCR 9524—2018《高速铁路客服工程细部设计和工艺质量标准》等要求，主要对主机房内通道、机柜间距、维修通道等参数进行规定。
将设备通道宽度、机柜间距等参数定义为用户输入参数。此外，机柜的尺寸参数、配电设备的尺寸参数在设计时都根据需求可变，因此也定义为用户输入参数。该功能要求用户输入机柜布置参数信息后自动生成机柜、配电设备模型。
实现机柜布置功能时，按饱和布置方式进行，即在满足通道和间距要求的前提下布置最多的机柜排数、每排布置最多的机柜数。
通过按规范自动设置和用户输入2种方式获取设备尺寸、设备通道尺寸、机柜朝向以及机柜间距等参数值，计算出机柜和配电设备在房间中的坐标和旋转角度；利用Revit API中的LoadFamily方法将机柜族和配电设备族载入至项目中，在计算出的坐标点利用New?FamilyInstance方法创建机柜、配电设备族实例以实现自动布置。机柜布置流程见图5。
图5 机柜布置流程
对于机柜内各信息设备的布置，其特点是布置方式比较固定，只需放置在机柜的指定高度 （即U数）处。采用手动方式建模时，需将U数换算为高度（单位为mm）后输入到“偏移”参数中，且需要逐个创建设备实例，操作过程非常繁杂、工作量较大。因此，该功能要求选取机柜后，输入柜内的全部设备名称和位置信息后，批量完成机柜内的设备布置。
通过用户输入或固定设置的设备位置（所在U数），结合获取的机柜坐标，利用相对机柜的偏移量计算出设备位置坐标，然后利用Revit API中的Load?Family方法将对应机柜内信息设备族载入至项目中，在计算出的坐标点处利用NewFamilyInstance方法创建族实例，循环完成机柜内全部设备的布置和全部机柜内设备的自动批量布置。机柜内设备布置流程见图6。
图6 机柜内设备布置流程
为满足机房物资管理需求，信息机房设备参数主要包括设备编号（唯一识别方式）、物资数量、物资类型、设计信息、编码等基本信息参数，以及生产厂家、设备批次、时间计划等项目采购计划信息参数。
批量导入设备属性。该功能模块利用Excel作为信息传输媒介，为项目中的设备模型添加唯一的“设备编号”，与Excel中的“设备编号”匹配后，录入对应设备的全部信息。该功能要求选择Excel表格后，完成表格内设备模型参数的自动批量录入。
批量导出设备属性。考虑到施工、运维过程中会对BIM模型及相关数据局部修改，为保持模型数据一致性，可以将模型修改、更新后的内容导入Excel，作为与其他系统、平台交互的媒介。该功能要求在项目中选择范围后，将范围内的设备参数自动批量导入至Excel表格中。
导入参数。实现添加参数功能时，利用
Revit
API
中的过滤器根据不同族类别过滤出信息设备族，利
用
LookupParameter
方法读取实例参数“设备编号”的
值，通过循环遍历与
Excel
中的编号对比，若与表中某
行的编号匹配，则利用
AddParameter
方法添加对应参数
至设备族并录入对应参数值，通过循环范围内的所有
信息设备族实现所有参数的自动批量添加。
导出参数。实现导出参数功能时，通过过滤
项目中所有的设备族实例，找出对应类别下所有的实
例参数以创建表头。通过循环遍历信息设备族，找到
每个实例参数的参数值，利用
DataGridView
控件存储
参数表格信息对输出内容进行预览后，将数据输出到
Excel
表格中，完成范围内设备参数自动批量导出。
导入、导出参数流程见图
7
。
图7 导入、导出参数流程
以某中小型站典型信息机房为例，对平台功能进行分析验证。创建1个9500mm×7500mm 的信息机房：机房内机柜主要包含综合布线机柜、票务机柜、旅服机柜、广播机柜、客票安全机柜、办公机柜；配电设备主要包括UPS、稳压电源、配电柜、电池柜等；机柜内放置配线架、交换机、路由器、防火墙、各系统终端、服务器、控制器等信息设备。
（1）几何模型建立
用户首先利用机房自动建模功能创建信息机房的简易建筑模型：输入机房长度、宽度、高度等相关基础数据，确认后即可生成包含楼板、墙、防静电地板等的机房建筑模型。然后利用机柜自动布置功能生成机柜模型：用户按照该机房设计信息，输入机柜尺寸（600mm×1000mm×2000mm）、 配电设备尺寸（600mm×800mm×2000mm）、电池架尺寸（3200mm×600mm×1200mm）。完成数据输入后，选择机柜正对的墙面和构成设备通道的墙面，按照设计信息输入与这两面墙的间距（1500mm）、机柜的列间距（1200mm）等数据，确认后即可自动生成机柜、配电柜的布置模型，机房、机柜及配电设备模型见图8。
图8 机房、机柜及配电设备模型
利用机柜内设备自动布置功能生成机柜内设备模型，以旅服平台机柜为例，机柜内设备信息见表1。
表1 旅服平台机柜内设备信息
选定旅服平台机柜后，依次输入设备名称、位置，用户确认后，自动完成该机柜内全部设备的自动布置，旅服平台机柜模型见图9，可利用该功能完成典型机房内所有机柜的设备布置，全部完成后的模型效果见图10，至此已利用平台的3个功能模块初步实现机房模型的三维深化设计。
图9 旅服平台机柜内模型
图10 机房设备布置模型
（2）模型信息传递
模型信息传递包括设备模型信息导入和导出。为实现设备信息导入，用户首先完成包含各配线设备、网络设备、服务器等典型机房设备详细属性的Excel表格整理，然后在Revit模型界面添加名为“设备编号”的项目参数，可实现所有模型信息的统一添加。然后依次键入“设备编码值”，在实例分析中利用“JF机房编码-JG机柜编码-设备编码”的形式进行设备唯一编码。再通过模型与设备表中的“设备编号”属性建立关联，将表格中所有的属性和属性值添加到对应模型中，以光纤配线架模型为例，添加后的结果见图11。
图11 光纤配线架实例参数
对模型信息导出功能进行验证，用户点击“导出设备信息”按钮，生成dataGridView窗口，可在窗口中调整设备顺序，确认无误后点击“导出Excel表”，用户指定路径和名称后，即可将模型属性导入至Excel表中。在实际应用中，如果在模型中修改了该典型机房的部分设备属性，可利用此功能生成最新的设备信息表。
全生命周期物资管理实现物资出厂、运输、入库、出库、安装、运维及报废全过程的实时状态管控，基于BIM技术的物资管理需具备物资数字模型实现整个流程的三维可视化，具体流程见图12。
图12 BIM物资管理流程
首先，需创建工程项目BIM模型，其精细度不低于物资管理精细度，BIM模型需包含物资数量、类型、设计信息、编码等基本信息，通过BIM模型生成设备物料采购需求信息，与项目物资采购计划建立关联，BIM物资数据提取见图13。
图13 BIM物资数据提取
提交工程采购后，在确定设备供应商后更新BIM模型，补充必要的设备供应商、物流、属性等信息在物资出厂时绑定标签，在物资运输、仓储过程、安装过程中实现管理功能并更新物资接收检验、入库出库信息、物资安装等数据，实现与BIM模型数据实时同步，即将物资数据更新至物资对应BIM模型中，同时根据实际采购和施工情况进行必要的模型修改；BIM模型可交付运维，补充运维参数并持续更新物资维修、报废等运维信息。
BIM铁路信息系统设计平台与RFID物资管理系统建立接口，利用RFID数据，在物资计划、采购、生产、出入库、安装的不同状态下更新BIM模型中对应的状态，直观展示工程进度。RFID+BIM物资管理系统界面见图14，BIM模型工程进度展示界面见图15。
图14 RFID+BIM物资管理系统界面
图15 BIM模型工程进度展示界面
BIM铁路信息系统设计平台服务于物资管理流程中的各个阶段，除了创建工程项目BIM模型阶段外，在确定供应商、物资出厂、运输仓储、安装运维过程中也可根据需要，利用平台更新BIM模型。通过该平台的开发能够高效建立符合机房物资管理精细度的模型、批量添加所需关联信息，平台作为BIM辅助建模工具，为全生命周期的可视化信息机房设备物资管理提供基础支撑。
BIM技术特点及应用现状进行分析，以针对专业特点进行BIM技术研发为出发点，进行BIM铁路信息系统设计平台开发和平台在物资管理中的应用研究：利用C#语言进行Revit二次开发，完成4个功能模块研发，结合铁路典型信息机房，用实例验证分析该平台在铁路信息机房应用的可行性；对物资管理流程中平台的应用进行分析，BIM铁路信息系统设计平台可服务于信息机房设备物资管理，是BIM技术由设计阶段到施工运维阶段延伸应用的基础。
