BIM技术在铁路四电领域的综合运用探讨

■ 王朝存 于凤

BIM技术在铁路四电领域的综合运用探讨

■ 王朝存 于凤

以目前铁路四电工程全生命周期建设阶段现状为背景，结合BIM技术在国内的应用情况，对BIM技术在四电工程领域设备分类编码、信息共享、模型交付、标准化管理应用等进行深入研究，提出基于BIM的四电应用系统平台，及其在不同阶段的应用方向。能够为铁路建设项目建设单位、设计、施工、监理、运维在通信、信号、信息系统领域推行BIM技术，进行标准化管理，加强教育培训提供帮助和借鉴。

BIM；铁路；四电领域；综合运用

1 概述

BIM技术的快速发展对设计行业是一场革命，它涵盖了整个规划研究、建设实施、运营维护的全过程。掌握好BIM技术可以提升工作效率与质量，规避系统工程建设风险，提高项目整体效益。

随着BIM技术在工程建设领域体现出的巨大应用价值，BIM技术在铁路建设领域的研究及应用已成为一项迫在眉睫的重要任务。铁路相关单位均加大BIM技术在铁路领域应用的研发力度，积极开展相关工作。符合铁路四电领域行业特点的BIM应用标准，仍然是贯穿设计、施工、运维几大环节的关键。中国铁路BIM联盟已经启动的分类编码工作，是一个良好的开端，这项工作的持续推进，将对整个行业的BIM应用产生深远影响。

BIM技术在站后四电方面的综合应用，一方面能够在站前多专业设计的工程、场地的基础上，完成三维空间的适应性分析，从而消除可能出现的碰撞；另一方面通过四电工程的可视化设计与施工，为铁路工程提供准确的电气及控制配套设施，避免施工过程中出现的各种错误，为开通运营打好基础，同时为运维做好必要的信息准备。

2 铁路四电专业在工程全生命周期的现状

传统的四电专业项目管理模式，管理方法成熟，业主可控制设计要求，施工阶段比较容易提出设计变更，有利于合同管理和风险管理。但存在一些不足：（1）业主方在工程不同的阶段可自行或委托进行项目前期的开发管理、项目管理和设施管理，但是缺少必要的相互沟通。（2）设计单位和供货方的项目管理薄弱，工程项目管理只局限于施工领域。（3）监理工程师对项目的工期不易控制，管理和协调工作较复杂，对工程总投资不易控制，容易互相推诿责任。（4）项目管理还停留在较粗放的水平，与国际水平相当的工程项目管理咨询公司还有差距。（5）前期的开发管理、项目管理和设施管理的分离，仅从各自的工作目标出发，忽视了项目全生命的整体利益。（6）由多个不同组织实施，会影响相互间的信息交流，也就影响项目全生命的信息管理等。（7）二维CAD设计图纸不方便各专业之间的协调沟通，传统方法不利于规范化和精细化管理。（8）造价分析数据细度不够，功能弱，企业级管理能力不强，精细化成本管理需要细化到不同时间、构件、工序等，难以实现过程管理。（9）施工人员专业技能不足、材料的使用不规范、不按设计或规范进行施工、不能准确预知完工后的质量效果、各个专业工种相互影响。（10）施工方对效益过分的追求，质量管理方法很难充分发挥其作用对环境因素的估计不足，重检查、轻积累。

因此，铁路四电项目管理需要信息化技术弥补现有项目管理的不足，基于BIM技术四电信息管理应用平台系统正符合目前的应用潮流。

3 BIM技术在四电专业中应用的需求分析及技术体系

3.1 需求分析

“十二五”规划中提出“全面提高行业信息化水平，重点推进建筑企业管理与核心业务信息化建设和专项信息技术的应用”，可见BIM技术与项目管理的结合不仅符合政策的导向，也是发展的必然趋势。

基于BIM的四电信息管理应用系统的管理模式是创建信息、管理信息、共享信息的数字化方式，具有很多的优势：（1）基于BIM的项目管理，工程基础数据如量、价等，数据准确、数据透明、数据共享，能完全实现短周期、全过程对资金风险以及盈利目标的控制；（2）基于BIM技术，可对投标书、进度审核预算书、结算书进行统一管理，并形成数据对比；（3）可以提供施工合同、支付凭证、施工变更等工程附件管理，并为成本测算、招投标、签证管理、支付等全过程造价进行管理；（4）BIM数据模型保证了各项目的数据动态调整，可以方便统计，追溯各个项目的现金流和资金状况；（5）根据各项目的形象进度进行筛选汇总，可为领导层更充分的调配资源、进行决策创造条件；（6）基于BIM的可视化系统能提前发现在施工阶段可能出现的问题，并逐一修改，提前制定应对措施；（7）使进度计划和施工方案最优，在短时间内说明问题并提出相应的方案， 再用来指导实际项目施工；（8）BIM 技术的引入可以充分发掘传统技术的潜在能量，使其更充分、更有效地为工程项目质量管理工作服务。

总体上讲，采用基于BIM技术的四电信息管理应用系统可使整个四电工程项目在设计、施工和运营维护等阶段都能够有效地实现建立资源计划、控制资金风险、节省能源、节约成本和提高效率，同时能改变传统的项目管理理念。

结合四电信息管理应用系统的BIM多维度结构化数据库的能力，通过数据支撑和技术支撑为电务项目精细化管理起到决定性作用，从而多方位创造项目效益。数据支撑对项目管理甚至企业管理的基础数据问题产生了革命性的能力提升，将工程量的数据彻底透明化。数据支撑将在项目管理革命和整体行业进步中将起到更大的作用。四电信息管理应用系统BIM的数据能力不同部门间的信息对称能力和管理水平大为提升。

3.2 技术体系

（1）设备分类编码体系。信息分类包括线分类体系及面分类体系。线分类法也称层级分类法，是指将分类对象按所选定的若干分类标志，逐次地分成相应的若干个层级类目，并排列成一个有层次、逐级展开的分类体系。线分类法的一般表现形式是大类、中类、小类和细目等，将分类对象一层一层地进行具体划分，同位类的类目之间存在并列关系，上位类与下位类之间存在隶属关系。面分类法又称平行分类法，是指将所选定的分类对象的若干标志视为若干个面，每个面划分为彼此独立的若干个类目，排列成一个由若干个面构成的平行分类体系。面分类法分类时所选用的标志之间没有隶属关系，每个标志层面都包含一组类目。

通过学习I S O 12006-2建筑关联对象分类、SinoClass（14个分类表）、OmniClass（15个分类表），中国铁道科学研究院提出基于BIM平台编码等分类编码体系，结合Autodesk Revit软件采用OmniClass体系进行族编码，初步提出了四电专业的面分法设备编码（基于OmniClass体系）。

（2）数据信息。在建立设备信息模型及工程信息模型时，应在各个阶段建立所需的数据信息。

（3）设备通用信息。四电设备通用信息包括专业、编码、名称等。

（4）模型精度要求。提出BIM模型在工程各阶段的精度要求。

（5）建模及开发平台。制定模型交付标准、规定模型建立依据、模型拆分的标准。开发平台，如AutoDesk Revit、Inventor、Navisworks。

4 BIM技术在四电专业的应用目标

根据BIM在国内的使用现状，提出铁路四电应用BIM的思路。应用BIM技术创建信息模型，实现从二维图纸到三维图纸的设计转型，建立相对完善的图纸交付标准和管理制度。随着基于BIM技术的四电信息管理应用系统引入，传统的铁路四电工程项目管理模式将会革新，可以使众多参与单位在同一个平台上实现数据共享。

在铁路项目的建设管理、工程设计、工程实施、工程监理、系统设备运维等阶段的各参与单位配备四电信息管理应用系统，使四电工程项目管理更为便捷、有效。系统依据并采用BIM技术体系，将四电工程的设计、设备制造及提供、系统集成及施工、维护管理等过程渐进式地集成在一个技术平台下。实现设计、施工和运营维护阶段等全生命周期工程数据信息可视应用，工程项目进度、质量、投资、资料方面精细化管理，便捷化的施工协调管理，隐蔽工程可视化管理，运维智能化管理。为有效实现建立资源计划、控制资金风险、节省能源、节约成本和提高效率做好技术储备。

适合铁路工程四电应用的软件平台，依然是BIM技术得以体现的基础。目前，BIM技术在四电方面的应用还处在前期阶段，主要工作集中在如下几个方面：

（1）BIM应用前期构件开发，工程模型创建；

（2）设备分类编码；

（3）专业图纸数字化、参数化的解析；

（4）设备编码与图纸数字化后的数据库模型间的融合。

通过软件平台的支撑，BIM技术在四电方面的应用，侧重于强化BIM技术中的“I”信息共享、“M”模型创建应用，主要体现在设备模拟调试，设备协同布设，设备快速查询定位，模型分离控制，设计、施工和运营维护阶段等全生命周期工程数据信息可视应用等多个方面。同时通过BIM这个载体，还可以对工程项目的进度、质量、投资等方面进行精细化管理。

5 铁路四电工程BIM应用平台

5.1 应用平台功能

BIM技术在铁路四电工程的应用平台由基础数据库、工程模型、应用模块、应用流程、硬件网络平台等部分组成。

（1）桥梁、隧道内设施设备布设。隧道内四电设备布设密集（主要包含接触网、通信漏缆、光纤直放站、综合接地系统、区间信号设备、通信信号及电力电缆等），容易产生空间冲突。BIM应用平台可以解决传统方式下难以实现的活动，或用更小的成本使结果趋于更优。如对工程局部关系的分析，多个角色通过设备选择器选择对象，能突出需要确认的设施设备 ，以确认设计深度、施工结果等。根据设备构成及对数据调用的意图，动态配置或加载模型。获取设备的布设位置、连接关系、装配工艺等信息。信息模型对隐蔽工程提供了新的设计、施工、运维手段。在特殊工程环境等情况下，显现设备安装过程或结果。

（2）模型创建及发布。依据设计文件和规范建立模型，按工程建设过程承担角色，利用应用平台进行信号平面布设、通信信号室内设备布置、信息机房综合布线。

（3）设备快速查询定位。对设备实现快速查询和定位。

（4）模型分离控制。平台能够对模型分离控制，按角色发布需要的数据（模型）。

（5）工程数据信息可视应用。将模型按工程流水进行划分，获取（关键环节）最小检验批次的信息模型，增加质量管理的内涵（追溯、对比）。将施工组织信息与工程模型进行一定的融合，辅助进度管理。细分工程模型最小单元，关联多种格式的数据信息，实现基于模型的施工过程工程数据信息（多元化的资料）的创建。集中管理，快速调用。

5.2 平台在设计、建管、施工、运维的应用管理

试点工程范围：兰渝线LYS5标陇南站—桔柑站（不含）的信号、通信、电力、电气化工程（涉及线路、站场、桥梁、隧道、房建等工程），包括杨家坝隧道四电工程。

5.2.1 设计阶段

（1）设计者：通信、信号、信息、电力、电气化等专业设计者建立设计工程信息模型，并为工程项目建设中施工、监理、运维等各个阶段所有要素提供基础资料，涵盖了安装及养护、维修指导信息的数据接口。对复核、审核、审查者提出的修改意见和建议，对工程模型进行完善。通过BIM应用平台将模型交付建设单位。

（2）审核者、审定者：按专业、功能、系统进行模型分解和组合，验证数据的完整性和准确性。利用信息模型确认设计合理性（如空间布设、走线等）。

5.2.2 建管阶段（施工图审查）

通过BIM应用平台远程查阅设计模型，了解并体验工程情况和设计意图。检查各专业之间设备的冲突及不满足相关规范的情况（如杨家坝隧道内接触网及回流线、通信漏缆、综合接地设备等布设状况）。

5.2.3 建管阶段（工程管理）

通过BIM应用平台，对设计提交的工程模型进行接收；进行工程模型的体验和确认；通过平台协助技术交底、采购、施工组织。

5.2.4 施工阶段

通过应用平台对工程情况进行全面的了解和体验。在设计模型的基础上结合施工创建施工模型。在技术交底、采购、设计变更、工程验交等环节对平台进行应用。

5.2.5 运维阶段

运营维护阶段中，建筑信息模型继承了设计、施工期的数据，在此基础上给各运营维护单位提供一个分层可视的操作界面，用户能够以一种宏观到微观的效果使维护工作人员能够更清楚地了解设备信息，以三维视图展示设备及其部件，通过数据支持可以在此视图中指导维护人员对设备进行维修维护，避免和减少由于欠维修或过度维修而造成的消耗。同时可以进行工程验收、培训。帮助运营维护单位提高设备维护管理水平，降低运营维护风险和成本，提高管理效率，节省成本。

6 结束语

在对铁路四电专业工程应用中存在问题进行分析的基础上，初步提出将BIM技术应用在四电领域的设想。完全实现铁路四电系统BIM设计及应用是一个长期的过程，需要线路、站场、房建等相关配套专业的大力配合和支持。BIM技术在铁路四电领域的应用实现是一次设计技术的革命性创新，同时大力推动铁路四电工程建设模式、运维管理的转型，对整个铁路四电行业产生重大的影响。

[1] 朱江．BIM在铁路设计中的应用初探[J]. 铁道工程学报，2010(10)：104-108.

[2] 卢祝清．BIM在铁路建设项目中的应用分析[J]. 铁道标准设计，2011(10)：4-7.

[3] 逯宗田．铁路设计应用BIM的思考[J]. 铁道标准设计，2013(6)：140-143.

王朝存：中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处技术开发所，副所长，高级工程师，陕西 西安，710043

于凤：中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处技术开发所，副所长，高级工程师，陕西 西安，710043

责任编辑王小红

U28；U22

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1672-061X（2014）02-0022-04