BIM技术标准在青连铁路四电工程中的应用

闫立忠

(青连铁路有限责任公司，山东青岛266499)

0 引言

铁路四电的项目管理需要信息化技术弥补现有项目管理的不足，基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)技术的四电信息管理应用平台系统正符合目前的应用潮流[1]。铁路建设技术人员通过运用BIM技术，可以改变以往工程建设方案设计的思维方式，提高铁路行业建设水平[2]。BIM技术可为建筑业的发展提供有力的支持，而BIM标准则是其实施的基本依据[3]。结合实际应用情况对标准提出修改建议，可以为铁路四电工程BIM标准的推广奠定基础[4]。

铁路总公司共选取17个铁路建设项目进行BIM技术试点研究应用，青连铁路四电工程作为其中2个四电BIM试点项目之一。文章基于达索平台，开展了铁路四电工程BIM标准的应用研究，通过对系统铁路四电工程信息模型数据存储标准IFC属性和实体进行扩展并部署，按照编码体系赋予铁路工程信息模型分类和编码标准IFD属性，建立了符合几何精度、信息完善的BIM模型并进行交付，就青连铁路四电BIM标准应用及现存BIM标准的不足展开研究，为中国铁路四电BIM技术标准化提供了必要的支持，进一步促进了中国铁路BIM行业标准的完善。自愿性行业标准在总结实践经验的基础上，可为铁路工程建设和管理提供可操作的建议[5]。

1 中国铁路BIM技术标准概述

1.1 铁路四电工程信息模型数据存储标准

2016年7月，铁路BIM联盟发布了铁路四电工程信息模型数据存储标准。铁路IFC标准为铁路行业的数据存储标准，是规范铁路信息描述与存储的语言，以结构化的方式定义铁路实体及其属性，是面向互联网领域的技术规则类标准。应用IFC标准的意义在于，使成果遵循统一的数据标准格式，保证设计成果能在不同设计阶段、不同设计软件中都能正确识别，信息的交换变得更加容易和高效[6]。

1.2 铁路工程信息模型分类和编码标准

2015年1月，铁路BIM联盟发布了铁路工程信息模型的分类和编码标准。铁路IFD标准为铁路行业的信息语义标准，根据信息内容的属性或特性，将信息按一定的原则和方法进行区分和归类，并建立起一定的分类体系或排列顺序的方法。应用IFD标准的目的是以科学的方法对工程概念进行归纳、定义、标识与关系梳理。

1.3 铁路工程信息模型交付精度标准

2017年9月，铁路BIM联盟发布了铁路工程信息模型交付精度标准。为确保铁路工程建设过程中，工程设计参与各方所交付的铁路工程信息模型几何精度和信息深度科学合理、满足实际工程需求，制定了信息模型交付精度标准，适用于铁路工程设计和建造过程中，基于铁路工程信息模型在具体工作阶段下的数据建立、传递和解析，特别是各专业之间的协同，工程建设参与各方的协作，以及质量管理体系中的管控、交付等过程[7]。

模型精度基本等级的划分应参照TB 10504—2007《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》所定义的各个阶段执行，如施工图设计阶段铁路工程信息模型需满足LOD3.5，竣工、运维阶段需满足LOD5.0等。

2 青连铁路四电工程BIM技术标准应用

2.1 IFC标准应用

由于IFC4.0中原有实体和属性集未包含在铁路四电IFC标准中，因此铁路四电工程信息模型基础数据体系结构需要在IFC4.0和《铁路工程信息模型数据存储标准(1.0版)》的基础上，结合铁路四电工程的特点及需求进行扩展[8]。基于达索系统，对铁路四电IFC相关实体和属性集进行补充，同时将原IFC4.0中与四电有关的内容部署至达索系统。

电缆槽、过轨管、桥架、走线架采用原IFC4标准中的IfcCableCarrierSegment类型，此类型既有枚举项见表1，该类型下对应的属性集见表2。

表1 IFC4.0中IfcCableCarrierSegment既有枚举类型表

表2 IFC4.0中IfcCableCarrierSegment属性集表

表2中的15个属性集，分别对应相应的预定义枚举项，若无对应预定义枚举，则此属性属于此类实体。

铁路四电IFC在现有的基础上进行扩充，新增枚举项定义CANTILEVER腕臂、SUPPORTOR肩架，新增属性集 Pset＿CableCarrierSegmentTypeCantilever、Pset＿CableCarrierSegmentTypeSupportor。 属性 集包含属性见表3、4。

表 3 Pset＿CableCarrierSegmentTypeSupportor属性列表

表 4 Pset＿CableCarrierSegmentTypeCantilever属性列表

在青连铁路四电BIM试点项目中，通过核查四电专业原有的IFC类型，对需要的类型及属性集进行补充，并和铁路四电IFC统一部署至系统。各专业首先形成了本专业的IFC分类和属性表，然后在Enovia平台上通过定义扩展类型的方式，完成了IFC分类和属性集在达索系统的部署[9]，并进行了将BIM模型导出成IFC格式文件的测试验证，保证创建的BIM模型符合IFC标准，能被其他支持IFC的软件正确识别。

以电力变电专业为例，部分IFC分类示例如图1所示。

图1 电力变电专业IFC分类示例图(部分)

各专业应用IFC分类和属性，创建带有几何和非几何信息的BIM模型，以电力专业的配电箱为例，其模型IFC属性如图2所示。

图2 电力专业配电箱BIM模型IFC属性图

将配电箱模型以 IFC格式导出，并导入Navisworks软件中，检验IFC类型和属性集是否正确和完整，导出结果如图3所示。

图3 导出至其他软件的设备属性集图

2.2 IFD标准应用

IFD标准分类多，覆盖面广，若应用场景不明确，将难以选用IFD编码。因此根据四电专业工程实际情况与设计习惯，制定IFD编码原则，使项目设备和构建编码规则一致，方便后期查询和搜索。

依据《铁路工程信息模型分类和编码标准(1.0版)》，青连铁路四电BIM试点工程基于以下原则对四电专业BIM模型添加IFD编码信息:

(1)根据《铁路工程信息模型分类和编码标准(1.0版)》中的表22(专业领域)、表51(按功能分铁路单项工程)、表53(铁路工程构件)、表55(铁路工程项目阶段)、表 58(铁路工程产品)5个分类面[10]，为四电工程BIM模型匹配并赋予对应的符合工程实际、项目阶段的信息模型编码，与专业无关联的分类面暂不考虑，如表56和表57所代表的分类面。

(2)长串编码中各个分类面对应编码的先后顺序参照分类面列表的先后顺序排列，同一分类面中多个编码的先后顺序参照列表中的顺序排列。

(3)基于四电专业的工程结构分解，分类编码按照项目级、构件级或产品级进行划分，并赋予不同的对象。项目级的信息模型分类仅赋予能够承载工程总体信息的节点，如电力专业的电力节点，并默认电力节点下的构件节点或产品节点继承其编码，构件不再重复录入项目级信息模型分类，而只录入构件相关的信息模型分类。

(4)涉及铁路工程项目设计阶段时(表55)，默认当前阶段为项目实施阶段中的施工图阶段，并将分类编码赋予项目节点，专业节点不再录入此编码。

(5)四电专业BIM模型编码主要格式为专业领域+功能+构件+产品，其他特殊构件另行编制。

青连四电BIM试点工程中四电专业构件编码情况见表5，应用IFD查询与部署工具，将BIM模型赋予IFD编码，并可自动更新，IFD查询与部署工具如图4所示。

表5 四电专业构件编码表

图4 IFD查询与部署工具图

2.3 交付精度标准应用

根据《铁路工程信息模型交付精度标准(1.0版)》，青连铁路四电BIM试点项目将标准中所要求的几何精度和信息深度以三维模型和IFC、IFD的形式添加至BIM模型中。

(1)几何精度

按照工程图纸，建立四电各专业设备、构件及线缆的模型，模型几何精度均可达到1 mm。接触网专业包括基础及拉线、支柱支持及定位装置等构件模型。电力专业包括照明、变配电等构件模型。通信专业包括通信线路、传输及接入、数据通信等构件模型。信号专业包括行车调度指挥系统、闭塞系统、列车运行控制系统等构件模型。

(2)几何信息

根据工程实际需求，建立工程三维模型，包含设备模型的长度、宽度、高度以及定位、里程信息等。

(3)非几何信息

通过部署IFC属性集、IFD分类编码以及达索系统自带的模型信息，为模型添加基本信息、身份描述、项目信息、材质、性能、生产厂家及安装方式等信息，使模型的非几何信息满足交付标准。

3 BIM技术标准修改对策

3.1 IFC标准修改对策

(1)通信工程

IfcCommunicationsAppliance类中包含现有枚举项ANTENNA和新增枚举项WIRELESSCOMMUNICATIONEQUIPMENT，ANTENNA包含于 WIRELESSCOMMUNICATIONEQUIPMENT，建议修改 IFC标准。

(2)信息工程

部分防灾设备、缆线、设备柜等采用IFC4的既有类型的枚举项表达，对应的属性集不能合理完善地对其进行描述，建议针对铁路行业特点增加属性集。IFC缺乏对于施工、运维等应用阶段的全部描述，其各类设备、缆线等的属性集不完全适用于模型全生命周期的应用，建议考虑工程全生命周期的应用。

(3)牵引供电工程

四电IFC牵引变电部分仅从系统层面进行表述，建议增加空间分解结构表述。四电IFC缺少部分铁路特殊设备的类型枚举和属性集，建议增加。

(4)电力工程

四电IFC部分直接使用IFC4既有属性集，不能全部体现设备的必要参数，或不适用铁路行业特点，建议增加属性集。四电IFC属性集应与交付精度标准中信息深度要求中的非几何信息一致。

3.2 IFD标准修改对策

IFD标准编码方式不唯一，需要在清楚具体使用目标的情况下进行选用。目前四电专业BIM模型是基于具体的四电工程建立的，对于IFD标准中的铁路人员角色等分类编码不知如何选填应用。建议根据具体应用场景，明确赋码规则。根据铁路人员角色级别进行编码，如执行级、管理级、决策级等；或根据铁路人员角色应用场景进行编码，如通信工程、信息工程、信号工程、电力工程等。

3.3 交付精度标准修改对策

(1)通信工程

交付精度标准里需要输入的非几何信息，需要与IFC的属性相对应。交付精度标准里需要输入的非几何信息，如厂家信息，无法在设计阶段提供，需要修改交付精度标准。

(2)信息工程

交付精度中关于信息深度中非几何信息的内容，应与IFC属性集中的相对应，并符合铁路四电设计习惯。在自然灾害及异物侵限专业中，当模型几何精度为LOD3.5时规定“如有生产厂家提供的模型时可直接采用”等内容不符合设计阶段的要求，建议做相应修改。“模型信息精确到10 mm”这项要求，没有具体参照标准，不易于理解和实际应用，建议做相应修改。

(3)信号工程

交付标准中的信息交付内容，建议将与设计阶段无关内容删除，按照设计、施工、运维3个阶段划分信息交付内容和深度。交付标准中的几何交付内容，建议优化部分模型的设计交付精度等级，降低设备内部部分细小零件或细节部分的建模要求，最大程度利用模型的主要作用，避免耗费过多时间在众多细小之处。

(4)牵引供电工程

交付精度标准里需要输入的几何信息、非几何信息，需要与IFC的属性相对应并进行补充完善。

(5)电力工程

交付精度标准中，室内设备较多，室外设备较少。交付精度中，关于信息深度中非几何信息的内容，应与IFC属性集中的相对应，并符合铁路四电设计习惯。几何精度并没有对电力模型进行描述。交付精度标准里需要输入的非几何信息，如厂家信息等，无法在设计阶段提供。交付标准中的几何精度要求，建议优化部分模型的设计交付精度等级，尤其是产品类内部结构精度要降低。交付精度标准中几何信息均以长、宽、高界定是不适宜的，没有表达出设备结构特点。部分设备或构件的安装细节与产品有关，设计阶段无法提供较为细致的安装细节要求。设备安装要求、现场试验要求已在技术规格书中体现，若赋予模型则会造成模型信息冗余。

4 结语

中国铁路总公司将BIM技术作为实现铁路工程建设信息化的主要技术发展方向，依托我国铁路工程项目对铁路工程BIM标准进行验证并不断完善。同时，我国铁路BIM标准在进一步提升和优化中，从行业标准上升为国家标准甚至纳入到国际标准体系中，为铁路工程项目全生命周期的实施和应用提供基础和依据。通过对《铁路四电工程信息模型数据存储标准》《铁路工程信息模型分类和编码标准》以及《铁路工程信息模型交付精度标准》3个BIM技术标准的应用研究，结合青连铁路四电工程的实际情况，对标准提出相应的修改对策，为铁路四电BIM技术标准化提供强有力的支持，促进中国铁路BIM标准进一步完善。