BIM技术在西韩城际铁路等三条陕西城际项目中的应用研究

王 鹏

(轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院)，西安 710043)

1 概述

BIM技术近年来发展迅速，已席卷全球的建筑行业[1]。建筑行业也已经有较为成功的应用案例和成熟的软件[2-4]。在铁路工程中进行BIM技术应用和研究尚属于起步阶段，项目多以单专业或局部小段落为应用案例进行试点性探索[5-10]。但近些年来中国铁路BIM联盟陆续颁布了一系列的铁路BIM应用标准，铁路行业BIM技术应用取得了很大的进步[11]。在铁路联盟的推动下，设计、施工及高校等机构对铁路BIM标准、铁路工程BIM技术应用等方面进行了深入的研究、实践及验证[12-17]。

研究选取西韩、阎机、西法3条陕西城际铁路作为BIM技术应用的工程案例。此3条城际铁路是关中城际网的重要组成部分，也是陕西省“十三五”规划的重点项目。本次研究范围总长度120 km，包含115个工点，涉及铁路行业22个专业，实现了铁路站前、站后全专业的BIM技术应用。

2 项目实施所面临的难题

与建筑工程相比，铁路工程有其自身的特点：首先，铁路工程专业多。一个铁路工程项目的设计通常需要二十多个专业共同参与完成[18]。 其次，铁路工程属于狭长带状工程，线路长，工点多，长大铁路干线工程线路长度可达上千公里。第三，铁路工程与地形、地质结合紧密。铁路行业BIM涵盖GIS的内容[19]。所以，铁路工程BIM技术的实施无法完全借鉴建筑行业的经验。陕西省3条城际铁路BIM技术应用面临以下3个难题。

2.1 如何高效率构建各专业信息模型

本次陕西省3条城际铁路BIM技术应用研究范围总长度120 km，包含115个工点，各工点内又涵盖铁路多个专业，信息模型构建工作量巨大。并且市场上的原生BIM设计软件不适合铁路工程，使用原生软件构建铁路BIM模型效率极其低下。如何高效率的构建各专业信息模型是本次研究需要解决的首要难题。

2.2 如何统一各专业模型标准

本次陕西省3条城际铁路BIM技术应用研究涉及铁路行业22个专业，几乎涵盖了铁路站前、站后所有专业。各个专业在进行设计时所采用的软件不同，同时在设计过程中又必须进行信息的交换。为了保证合适的人在合适的时候获取到合适的信息[20]，为了各专业的模型在工点内部能够装配到一起，各个工点的模型又能够总装成一个统一完整的铁路工程，就需要统一各专业的模型标准。所以如何统一各专业的模型标准是本次研究需要解决的第二个难题。

2.3 海量模型数据如何交付

本次BIM技术应用研究的信息模型数据成果数据量庞大。这些数据在设计阶段均是利用众多不同的专业设计软件完成的。而项目建设单位(设计成果的交付对象)及施工单位(设计成果的直接使用者)往往没有也没必要安装所有的专业设计软件，他们只需要能够方便地提取与利用这些数据。并且按照建设单位要求，本次BIM技术应用的成果不能分工点进行交付，需要分项目进行整体交付。所以如何向建设单位进行成果交付，并保证设计信息向施工单位无损传递是本次研究需要解决的第三个难题。

3 研究成果及创新

针对上述3个难题，分别从专业辅助设计软件的研发、标准的制定与应用、综合管理平台研发3个层面进行了重点研究。

3.1 专业辅助设计软件的研发

针对市场原生设计平台无法适用于铁路各专业的难题，本次各专业均进行了铁路BIM辅助设计软件的研发。目前的研究成果见表1。

各专业辅助设计软件的研发大大提高了铁路三维信息模型的构建效率。本项目桥隧占比达70%，以桥隧工点为例进行说明：使用市场原生设计平台手动创建1座5 km常规桥梁模型需要25 d，使用桥专业辅助设计系统只需5 d时间，效率可提高80%。手动创建1座5 km隧道模型需要7 d，利用铁路隧道BIM模型设计系统只需要2 d，效率可提高70%。

3.2 标准的制定与应用3.2.1 项目标准的制定

参考铁路联盟及建筑行业相关标准，研究编制了陕西城际铁路项目BIM设计应用指南和陕西城际铁路BIM设计成果交付标准。

设计应用指南从总则、术语、基本规定、设计资源、设计行为和设计协同等章节对陕西城际铁路BIM设计实施过程进行管控，并对各专业数据接口、各专业设计单元结构树及各专业的协同设计流程进行了明确的规定。

交付标准从总则、术语和符号、基本规定、命名规则、信息模型交付说明、交付内容、建模精度、成果交付格式等方面对项目的交付成果进行了统一规划。并对各专业的设计单元拆分、设计单元精度进行了明确的规定。

3.2.2 铁路联盟标准的应用与完善

铁路工程专业众多，各专业设计对象又纷繁复杂。这些对象又需要在项目全生命周期的不同参与方之间进行流转。为了保证信息流转的准确性，就需要为这些对象进行标识。IFD就是给各个对象赋予一个唯一的标识来保证其在信息传递过程中的唯一性。本项目各专业对铁路联盟铁路工程信息模型分类和编码标准(IFD)[21]进行了应用。对其表51及表53进行验证与测试，通过将标准与本项目的工点及各专业构件进行一一对应与挂接，将标准与实际工程项目进行对比，各专业对铁路工程信息模型分类和编码标准(IFD)进行了扩充和完善。

表1 专业辅助设计软件研发成果

因篇幅限制，本文仅列举部分扩充完善的IFD标准：站场专业对站台53-09 09 20进行扩充完善，增加货运站台53-09 09 20、客运站台53-09 09 30，并对客货运站台按照站场设备特点进行了再次细分，如图1所示。

路基专业对地基处理53-01 00 00进行了扩充，增加了压实地基和夯实地基53-01 10 60、注浆洞穴加固53-01 10 70、预压地基53-01 10 80。如图2所示。

图1 站场专业扩充完善IFD标准示例

图2 路基专业扩充完善IFD标准示例

3.2.3 编制LID编码构建专业结构树

为便于各专业信息模型的统一协调与组织，研究编制了LID编码(Locational Identification for Dictionaries)——可定位的身份编码词典。该编码可以采用数字编码形式，也可以采用文字表述，用来构建统一标准的各专业信息模型结构树。结构树将各专业信息模型按照树形结构进行管理，既可清楚地表述各构件的逻辑关系，又能实现信息模型构件在平台中的快速查找定位。本次陕西省3条城际铁路信息模型按文字形式表述，如桥梁-泾河特大桥-下部结构-1号墩-承台。利用LID编码生成的专业结构树示例如图3所示。

图3 专业结构树示例

3.3 综合管理平台的研发

陕西省3条城际铁路的三维信息模型成果不能分工点向建设单位交付，需要分项目进行整体性交付。因此成果交付必须要依托于一个可以整合各项目整体信息模型及GIS信息的平台。

众所周知，BIM价值的最大化实现需要依赖于不同项目成员和软件之间的信息的自由流动，从而使每一个项目成员在他的专业工作需要的时候，都能够从上游成员已经收集的信息中及时得到他需要的具有质量保证的信息，同时也能按照规则方便地更新信息[20]。因此，平台还必须保证设计信息从设计阶段向施工阶段的无损流转。

为此，本次BIM技术应用研究研发了专门的建造管理平台，见图4。

图4 建造管理平台

该平台集云技术、GIS技术、互联网技术于一体，不仅实现了设计信息模型的全面交付和设计信息向施工阶段的无损流转，而且集成了项目成果漫游、信息模型互操作、进度管理、质量管理、技术管理、安全管理、物资管理等功能，为施工阶段的BIM技术应用提供了基础。

进度管理功能可依据项目树进行施工计划的安排，进行计划时间和实际时间的对比，可直观的展示计划和实际的时间进度。进度管理功能界面见图5。

质量管理包括质量巡检、检验批管理及工序管理等功能，可做到对各检验批及分部分项工序的精细化管理及各个质量问题的可见可控管理。质量管理功能界面见图6。

图5 进度管理功能界面

图6 质量管理功能界面

技术管理包括施工组织设计、专项施工方案、施工技术交底等功能，可进行施工组织及施工方案设计的过程管理，记录和管理各种技术文档。技术管理功能界面见图7。

图7 技术管理功能界面

图8 安全管理功能界面

安全管理包含安全巡检记录、专项安全施工方案和安全技术交底等功能，可实现对各标段各单位工程的安全问题进行统计和管理，对专项安全施工方案等资料进行管理，功能界面见图8。

4 结语

本此研究对铁路行业BIM技术应用进行了较为全面的探索，自主开发的铁路各专业辅助设计软件可以大幅度提高设计的质量和效率，能够带来明显的技术效益和经济效益。对项目标准的编制、对铁路联盟标准的完善以及研发的建造管理平台均有助于BIM 技术在铁路工程中的推广与应用，可为今后的铁路工程BIM技术应用提供借鉴。