铁路勘察设计BIM运用中的信息化管理探讨

2013-02-14董薇

铁道勘察 2013年5期

董　薇

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

信息化的高速发展和不断应用，其影响已波及到铁路勘察设计的方方面面。近年来，随着我国铁路工程建设的不断开展，迫使勘察设计企业需要进一步提高信息化的水平，用信息化带动和提升勘察设计行业单位的核心竞争力。上个世纪，“甩图板”工程使得铁路勘察设计行业应用cad，实现了历史性的突破，现在BIM(Building Information Model)技术在国内很多大型的建筑设计方面得到了很好的使用。BIM技术给勘察设计企业带来的好处是非常明显的，不仅提高了设计人员的设计效率，并且可以支持设计数据的重复利用，例如，用于对设计结果进行各种深入分析，设计阶段数据可在施工阶段直接利用等。BIM技术已是实现铁路工程建设领域发展的必然趋势，某些项目已经要求参建单位、设计院提交三维数字模型化成果，三维协同设计已成为勘察设计院争取行业地位的重要动力来源。BIM技术的运用和发展不仅需要经历一个过程，而且有一些很关键问题需要进一步解决。铁路勘察设计院信息化管理部门对BIM运用、实施的管理将是一个新的课题。

1　BIM技术简介

国际标准组织设施信息委员会对BIM的定义是：BIM是在开放的工业标准下对设施的物理和功能特性及其相关的项目生命期信息的可计算/可运算的形式表现，从而为决策提供支持，以更好地实现项目的价值。

也有把BIM定义为建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。不同的组织和研究机构对BIM有不同的理解和定义，但是BIM技术一般会具备以下特征。

(1)模型的完整性：除了对工程对象进行几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述，如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息；施工工序、进度、成本、质量，以及人力、机械、材料资源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的工程逻辑关系等。

(2)模型的相关性：信息模型中的对象是可识别且相互关联的，系统能够对模型的信息进行统计和分析，并生成相应的图形和文档。如果模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，以保持模型的完整性和健壮性。

(3)模型的一致性：在建筑生命期的不同阶段模型信息是相同的，同一信息不用重复输入，而且信息模型能够自动演化，模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展而无需重新创建，避免了信息不一致的错误。

2　BIM技术在铁路勘察设计运用的前景

当前铁路勘察设计的各专业虽然都有部分专门的辅助设计软件来提高设计效率，但是在设计中以及最终的设计成果都采用传统的二维平面图形式。二维的手段来表达庞大复杂的铁路工程信息本身并不符合人类的认知和思维习惯，软件只是起到了有限的辅助设计的作用，达不到所见即所得的可视化效果，工程师在进行设计时不能很好的体现设计理念和设计思想。当前，铁路勘察设计信息化管理中也遇到众多的问题和难点：

①当前铁路设计各专业都是在各自独立的软件平台进行设计，对于各专业采用的设计软件，设计平台难以集中管理。

②设计信息很难集中处理，存在众多的专业间设计交接。

③铁路设计院在勘察设计过程中产生的设计信息和成果是铁路工程建设的重要资料和宝贵财富，是下一步施工、监理等建设环节的重要依据。当前，设计信息和设计成果电子化程度低，利用率也比较低。以上问题严重影响铁路设计效率和设计质量的进一步提高。

随着BIM技术的不断深入，铁路勘察设计信息化管理将会发生重大的变化。知识管理从各类知识体系的信息化过程出发，而网络协同设计从设计作业媒介和手段出发，BIM技术从设计工作的内容和手段出发，信息化正逐步改变铁路勘察设计院的工作模式。从勘察设计的工作流程角度看，建筑模型的拆分组合，建筑信息的获取输入、调整，其他各项信息管理会成为设计阶段优化、团队协作优化的主要内因。由于勘察设计的内容与手段发生了变化，传统的设计流程，如预可研、可研、初步设计、施工图设计及施工配合等各阶段的作业模式将发生变化，包括阶段性成果内容、各项设计过程控制指标、团队架构、提资方法、提资深度和时间进度安排，甚至专业组成和员工的知识体系架构等都会发生变化。从这些方面可以看出，BIM技术的引入对勘察设计生产人员的组成、信息的传递、成果的产生等都会产生积极的作用，建筑信息模型正在成为设计院设计产品交付成果之一。未来设计院的交付成果逐渐发展成为建筑信息模型，设计院的主要工作将会围绕着建筑信息模型的构建和使用而展开。针对BIM技术运用的信息化管理在设计院所能够起到的作用也会越来越明显。BIM技术发展同时也影响着其他各项信息化管理工作，例如质量体系、协同设计、知识管理、技术发展等，在今后几年都会与BIM技术产生越来越密切的关系。

在推广BIM应用中最大的问题是：三维设计相对于传统的二维设计而言，不是一个简单的升级，而是一个跨越的变革，在这个过程中，必须要研究并建立一套全新的且符合三维设计思路的工作模式和设计流程，从而保证从二维绘图到三维设计的顺利过渡和实施。在这个变革中，BIM运用和实施过程中铁路勘察设计院的信息化管理也需要对应作出相应的规划和调整。

3　铁路勘察设计BIM的运用管理展望

3.1　BIM软件的选择

铁路勘察设计涉及众多的站前、站后专业和多个设计阶段，为了能选择最适合的BIM软件，需要站前、站后各专业列出各自详细的需求，会同信息化管理部门一起在考虑投入预算的情况下讨论、评比，选择出最适合的BIM软件。

现在主要的BIM类软件有：

①Autodesk公司开发研制的Revit软件，为建筑、结构和机电系列，由于AutoCAD的广泛使用的基础，市场的占有率也很大。上海锦申信息科技有限公司在其基础上开发了铁路电气BIM设计系统。

②Bentley公司开发研制的建筑、结构和设备系列，Bentley产品在石油、化工、电力、医药等方面和基础设施(道路、桥梁、市政、水利等)领域有无可争辩的优势。

③Nemetschek公司的ArchiCAD，属于一个面向全球市场的产品，是最早的一个具有市场影响力的BIM核心建模软件。因为它仅限于建筑专业，在中国与其他专业配套的功能比较欠缺，所以比较难在国内设计院推广开来。

3.2　组织结构变化

BIM是一个组织严密团队协同的结果，BIM技术的实施会改变现有组织结构。一些组织会形成新的部门或新的职位来处理BIM技术或服务。为了保证BIM技术的顺利实施和运用。在BIM的建设过程中，需要包括以下一些人员或部门。

BIM项目经理——负责分配BIM资源与权限。

BIM管理部门——负责对日常系统的维护与管理。

BIM信息标准部门——负责标准信息规则的制定与调试。

BIM工程师——负责基础模型的搭建与设计，此类人员以各生产院既有设计人员为主。

BIM分析师——负责相关专业的数据分析与设计。

BIM绘图师——负责将BIM的成果有效输出并修饰美化。

BIM工程秘书——负责对日常操作、表单以及法律文件的整理与监督。此外，一些传统意义的职位，也可以作为整个团队的有效补充。

其他辅助人员——以上未涉及的岗位，负责协助整个系统的有效运行。

组织结构的变化会给勘察设计院的整体管理带来重大的变化，这将是一个重大的挑战，如何保证BIM技术的合理利用并转化成真正的生产力，还需要各方面的共同努力。

3.3　培训管理

BIM实施过程中的人员培训也是BIM成功运用的一个关键。老员工和新进员工都将需要进行相关的BIM技术培训。培训安排主要需要考虑培训需求，包括技能、人事类型、培训人员数量和每人所需培训时间等。

3.4　系统管理

BIM技术开始实施以后，对现行的信息化管理提出了更高的要求：

①多专业的设计协同，必将产生大数据量的传输，对网络带宽的要求更高，需要对既有硬件和网络进行升级。

②建筑模型的三维设计成果比较复杂，电子文件体系比较完整，文件格式更丰富，各个文件之间引用关系更复杂、全面，对文件与文件夹的管理水平要求更高。需要考虑对文件夹结构上传、下载、编辑、批注和查看的权限进行严格控制，并且在对文件夹结构进行操作时，选定的群组、个人或全体员工可以得到相关通知。通知信息中应包含更新文件、更新人身份等信息。

③由于铁路勘察设计阶段专业多，相应的设计成果也比较多，文件名、文件的时序复杂，版本控制以及时间控制要求也会更高。

④在协同设计过程中将产生大量文件，在信息化管理中对服务器存储空间的要求大，文件容量的控制要求更高。

3.5　基于BIM运用标准的建立和知识管理

(1)基于BIM运用标准的建立

制定文件管理规则和建模标准是实施BIM技术的一个关键部分。BIM运用应该有一个清晰的文件结构，并且所有文件应该都有一个准确清楚的名称并建立详细的建模标准。建模标准对模型的精度和尺寸、对象属性、详细等级和测量公约制定准则。模型应该包括为设计意图、分析和施工的所有适当的标注尺寸。细致的详细等级(LOD)分析可以使用Exhibit A数据表来执行，这将有助于确定哪些组件将建模，由谁负责，在哪个项目阶段以及在什么详细等级。LOD分为四个级别：L1、L2、L3、施工文档级别。在L1级别，模型将包括基本形状来表示近似大小、形状和对象的定位。这些对象可以是2D或3D。在L2级别，模型将包括对象装配的近似大小、形状、方向和目标数据。在L3级别，模型将包括数据丰富组件的实际大小、形状和方向。在施工文档级别，模型将包括详细组件的最终大小、形状和用于施工和制造的定位。

(2)BIM技术与知识管理的结合

传统的知识管理中，知识提炼是一个重要的环节。企业根据大量的工程实例，制定了大量标准图，供设计师重复使用。可每个标准图都有使用的前提，很多新手经常因为对前提理解和运用不当，知其然不知其所以然。能否准确和快捷地进行关联已经成为设计知识重用面临的挑战性问题。

基于BIM的设计成果可以为使用者提供基于设计情景的知识检索，提高了知识的利用，技术成果的应用更趋实用与有效。基于BIM的设计成果也从广度和深度的两方面迅速膨胀，既拓展到相关的其他领域，也深入到更细的层次，海量信息的提供，减小了知识获取成本，降低了跨界的门槛，夯实了创新的基础。

知识管理与BIM的结合主要有以下几个方面：

①知识库与BIM数据库对接，彼此提出发展需求，彼此应用研究成果。

②各专业的各项技术成果在族库建设和设计过程中的应用。

③知识地图与族库体系的互相调用。

随着各项设计业务和设计成果的BIM化，知识管理必将与BIM技术的结合得越来越紧密。