铁路选线设计中关于BIM技术的应用研究

马世杰

（新疆铁道勘察设计院有限公司，乌鲁木齐 830011）

铁路选线设计属于一项复杂繁琐的工作，其中涉及到多个专业，需要对不同的自然环境进行深入研究，然后结合铁路自身的特点，设计出一条符合经济、技术和政治要求的铁路线路[1-2]。传统的设计方式设计不够直观形象，缺乏三维设计的整体和全局性，容易导致设计差错漏碰，设计质量难以进一步提高。文章为了提高铁路选线设计的精确度和效率，使用如今性能优异、功能强大的BIM技术，该技术在建筑行业中使用范围广泛，具有强大的建模功能，所以文章将主要对其应用进行分析[3-4]。

1 BIM技术的简介

1.1 BIM技术的定义

BIM是建筑信息模型的简称，其中使用了三维数字技术，具有非常强大的功能，能够包含建筑工程中所有的数据模型[5]。自从BIM 技术的应用，推进了我国建筑行业的发展，提出了全新建筑设计过程的定义，使得设计者们的工作变得更加简单方便，并且能够提高设计效率和质量，使其具有更好的客户需求程度。BIM模型还能够进行实时修改，比如需要对设计进行部分更改，对其任何一部分进行修改，其余部分也会相应的做成变动，所以使得设计修改更加容易。如今，全球信息技术发展迅速，也推进了BIM技术的成熟发展。但是在我国BIM技术的应用比较晚，其发展还不够成熟，但是BIM技术在建筑行业中就有非常重要的作用，于是当前对BIM技术的应用研究属于一个热点话题，并且国家也在对该技术进行不断推广。

BIM技术中将计算机作为辅助设计，通过BIM可以使得建筑项目中每个参与方能够进行虚拟模拟整个项目的过程，所以能够对整个项目的所有生命周期进行可视化管理，从而可以避免建筑项目可能遇到的风险，保证项目能够进行正常施工[6]。

对于BIM技术的定义存在不同的说法，其中美国国家BIM 标准中重点对BIM 技术进行了阐述，指出BIM技术能够通过三维形式对项目的功能和物理性能进行表达，能够实现信息和资源共享，其中所有的信息都可以进行互相传递，并且为决策提供可靠的依据，工程项目的参与方能够在BIM 中变更相关信息[7]。清华大学相关课题学者也对BIM 进行了定义，其中指出在建筑领域中BIM 技术就是一种数字信息模型，能够为工程项目的整个生命周期进行优化和管理的一种工具[8]。总之，BIM 技术在工程的整个过程中都可以具有相当重要的作用，能够以三维可视化的形式对工程进行描述，能够使得各个参与者互相知晓工程项目的各种信息，能够提高工程项目的建设质量和效率。

1.2 BIM技术的特点

正因为BIM技术的特点优势较多，能够在建筑工程的整个生命周期所以才在建筑领域中使用广泛。一般情况BIM技术有一下几点特点：

对不同类型的结构通过使用BIM技术能够非常直观、详尽的进行表述，其表达方式不仅精确度较高，而且建立构造信息的方式也非常简单、快捷。正式由于建筑行业中涉及到各种构件，所以将BIM技术应用到建筑行业中尤为重要。另外，在当今的大社会背景下，铁路建设的发展越来越快，信息化社会不断发展，BIM技术也变得更加成熟，引入BIM技术属于形势所趋。

在BIM技术中，对过程和模型结果的把控属于其非常显著的特点优势。在BIM技术中使用了数字信息化技术，该技术具有自动化、精准化和智能化，所以能够在应用过程中发挥重要作用。另外，通过使用BIM技术能够建立很多形式的数字信息化模型，模型属于三维模型，该模型具有非常直观的效果，且能够保持二维模型的精确度。所以相比于传统的设计方式，其中使用的二维模型，BIM技术具有更多的特点优势。在BIM信息化模型中，其中每一个构件都会富含很多的数字化信息，所以丰富了该构件的信息含量，使之不仅仅是个构件，当对某个构件进行修改时，BIM技术都会将变动后的结果进行展现，从而保证修改的准确性。总之BIM技术的性能强大，具有非常大的价值优势，如图1所示。

表1 BIM技术和传统设计手段的区别Tab.1 The difference between BIM technology and traditional design methods

图1 BIM技术的价值优势Fig.1 Value advantages of BIM technology

2 BIM技术在铁路选线设计中的应用

铁路选线设计在铁路整个建设中非常重要，直接关乎的铁路运输全局的总体性工作，所以在选线设计过程中需要相当重视。如今我国的选线设计方案比较复杂，其中涉及到很多协调工作，这些工作的完成也具有一定困难，所以在一定程度上限制了铁路的发展。由于BIM技术的优势众多，能够通过使用BIM技术对铁路选线进行设计，于是文章选择了BIM技术中的Bentley 系列软件对铁路选线进行三维设计，该软件能够高效完成项目设计工作，能够支持64 位操作系统，能够保证复杂地区中铁路选线设计工作。于是文章将以某工程为例，运用OpenRail Conceptsa-taion、Openrail Designer 软件技术，建立铁路三维模型，使用BIM 技术对该铁路选线进行设计，并结合Lumen RT进行渲染漫游，提供可视化设计成果。

为完善区域综合交通基础设施，优化新疆路网格局，经研究论证，拟开展某铁路项目前期研究工作。由于该地域分布有天山山脉、不良地质发育、地势陡峭，其中涉及到160km的山区选线，受地形条件限制大部分地段无法进行实地踏勘。如果使用传统的设计方式，只能在地形图上开展相关研究工作，无法利用BIM技术高效、三维可视化的优势展现不同设计方案的优缺点，通过线路漫游等技术为决策者反映真实的工程环境，所以文章将使用BIM技术对其进行选线设计，从而有助于提高选线效率，为方案决策提供依据。

2.1 准备基础资料

通过使用OpenRail Conceptsataion 软件建立地面模型，建立的方式是通过根据线位大致走向采用卫星遥感和航空摄影手段获取获取地理信息系数据，然后将其直接导入到软件中，生成三维地面模型。所以使用BIM技术可以非常方便简单的获取地面模型，并且获取的模型具有比较好的准确度，因为将其和航拍的地形图进行过比较，得到该模型的精度非常好，可以满足线路设计中的使用要求。三维地面模型建立的方式如图2所示。

图2 三维地面模型建立方式Fig.2 3D ground model establishment method

2.2 走向方案选择

由于铁路走行地段的地形、地质条件非常复杂，线路方案的选择会受到很多因素的限制，而且还容易产生比较多的设计方案，这些方案在选择过程中能难判断其优劣，所以就会增加选线的难度。当选线方案设计完成之后，然后对其进行选择时，使用传统的选案方式将会非常繁琐，并且需耗费费大量的时间进行分析。通过使用BIM 技术，具有非常强大的分析功能，能够调整不同的设计方案，并且还可以对众多不同方案进行判断分析，从而选择最佳的路线方案。

通过使用BIM 技术能够在很大程度上降低工作量，提高工作效率。BIM技术不仅会对选线方案进行合理选择，而且还能够对每个方案进行分析，能够在地面模型中添加多个线路方案，并且添加的方式也较为简便，即在现有的方案基础之上，对其进行添加和修改即可，这样就可以提高设计效率，减少了重新建立所花费的时间。使用BIM 技术对方案进行选择时，通过使用数据动态关联功能就能够完成工程数量计算，于是只用对设计方案和相关数据进行对比即可判断出每个选线方案的优劣。

图3即为两种越岭选线方案，对两种方案进行判断时，由于这两种方案所经过位置地形条件差异非常大，导致这两个方案的工程设置及工程数量大不相同，使得方案选择变得更加复杂。通过使用BIM 技术，将两种不同的选线方案进行平和纵断面、横断面设计，通过BIM技术生成两种方案的工程数量表，然后再对两个方案进行对比分析，能够发现其中一条线路比较有优势。此时的线路大致走向已经确定，但是还是需要使用BIM技术对方案的局部地方进行分析设计，然后设计出可行的局部方案，然后再对局部方案进行选择。

2.3 平、纵、横动态功能完成方案优化

通过上述分析，BIM技术的使用获得了铁路线路的大致的走向，但是其中还存在很多细节部分需要修改，即需要进行优化设计。该工作的精确度要求非常高，需要对某些地段进行反复研究。

BIM技术中存在一定非常好的优势在于动态关联性，当铁路的三维模型建立之后，即可对任何一点的具体情况进行查询，比如各种参数、工程数量等。正是由于BIM技术中的优势，使得需要对线路平面进行调整时，其他所有相关的纵断面、横断面数据都会处于一个动态变化过程，于是能够及时的对数据进行更新，有利于设计人员判断修改的优劣性，能够提高设计人员的修改优化效率。

图3 选线方案比较Fig.3 Comparison of route selection schemes

图4 铁路选线方案的细节优化过程Fig.4 The detailed optimization process of the railway route selection plan

在铁路选线设计中使用BIM 技术，通过其动态关联性，对于重点地段的方案研究时间相比于传统的方式有了较大的提高，并且对方案进行调整之后，包括工程量在内的各类设计文件可以自动进行修改，这就解决了人工修改图纸容易遗漏、出错的问题，所以总体来讲，通过使用BIM 技术能够提高铁路选线效率和精度。选线方案的细节优化如图4所示。

2.4 可视化方案展示

在完成方案设计工作后可应用BIM 技术三维可视化的优势，展现不同设计方案的优缺点，通过模拟线路漫游、VR 等技术提供可视化设计成果和渲染效果，为决策者反映真实的工程环境。铁路三维实景模型如图5所示。

图5 铁路三维实景模型Fig.5 Three-dimensional realistic model of railway

2.5 项目实施

图6 铁路项目选线设计方案Fig.6 Route selection design plan of railway project

BIM 技术可以对成批量的表格和图纸进行处理，处理速度快，而且处理方便。但是其中也存在一个缺陷就是其表格和图纸格式不符合我国的相关标准，虽然可以通过自定义的方式使之符合我国标准，但是这种处理方式工作量太大，耗时太多。解决方法为将软件中的数据导出，然后将所有的数据设计成标准的文件格式，然后只用使用数据转换软件就可以对数据格式进行修改，使之符合我国规范和习惯。于是最终的铁路选线设计完成，如图6所示。在使用BIM技术进行应用时，文章只对选线中几个方面进行了分析研究。总之通过使用BIM技术，可以在三维环境中直观审视线路方案，提高铁路选线设计的效率。

3 结语

综上所述，通过对BIM技术的简要分析，能够在铁路选线设计中发挥重要作用，比如降低设计人员的工作量，提高工作效率，提高选线设计的精度。铁路选线设计合理之后，再进行铁路的施工，在一定程度有利于节约铁路工程投资。上文通过将BIM技术应用到实际的铁路选线设计中，相比于传统的设计方式，具有更好的效率和精确度，有利于成果展示和方案汇报。随着科学技术的不断发展，BIM技术的性能将会变得更加强大，地质环境复杂的选线设计将会变得更加容易。