基于BIM的GIS平台在铁路综合货场中的应用

◆宋俊喜

基于BIM的GIS平台在铁路综合货场中的应用

◆宋俊喜

（中铁二十局集团第二工程有限公司 北京 100142）

随着铁路信息化的应用与发展，建筑信息模型（BIM）与地理信息系统（GIS）两个学科高效结合。通过示范站BIM技术与GIS技术应用，总结铁路典型货场设计、监管、施工、监理和“运维”各阶段应用BIM的关键技术，为实现铁路货场全生命周期信息化管理奠定基础，形成新的铁路应用技术标准。

BIM；GIS；全生命周期；数据交互

1 概述

BIM和GIS有效地结合起来，以兰州枢纽东川铁路货运中心站为例，建筑信息模型在GIS中加载并进行数据交互同时对信息系统进行信息传递，是系统信息架构和应用结构的最终可视化体现。同时用户界面也是信息导航功能的主体，它为用户提供获取信息的途径，扮演着非常重要的角色。BIM模型需要获取线路、桥梁、隧道等专业数据，需要与GIS平台相结合，因此需要研究BIM与GIS之间的数据接口，对于站房、机电等专业BIM数据则需要更多的软件来支持数据。

建筑信息模型（BIM）与传统模式相比，3D-BIM（三维建筑信息模型）的优势明显[1]，因为建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以数字信息模型作为各个建筑项目的基础，可以进行各种相关工作。建筑工程与之相关的工作都可以从建筑信息模型中获取各自需要的信息，既可指导相应工作又能将相应工作的信息反馈到模型中。

地理信息系统（GIS）是以地理空间信息为基础，对数据进行空间分析的一系列管理软件，GIS的基本操作参考了主流的各类三维展示平台，设计了一套方便直观的操作方式及快捷工具。在三维环境中显示实体之后，引擎通过组合这些实体可以创建更为复杂的实体，并根据浏览方式进行加载控制。

2 基于BIM的GIS平台在设计阶段的应用

2.1 设计阶段

铁路综合货场工程信息模型从广义上说包括土建、机电及相关单项工程，对本行业来说，专业主要包括建筑、结构、暖通、消防、给排水、电力、通信、信号、站场、线路等。设计信息模型需要创建工程及相关工程中最小单元的设施、设备、装置、器件的信息模型，该信息模型主要反映实际对象的结构、形状、组成、接口、材料、备品备件等物理特性以及功能性能、业务描述、数据信息流等逻辑特性。设计、复核、专业负责人、总工等工程设计的岗位注重设计思想的认同，可以通过BIM和GIS相结合的信息平台确定设计中选用符合要求且更先进合理的技术、工艺。空间的合理利用、系统的结构、设备和材料的功能性能等要素需要综合考虑。大型货场项目在设计阶段都存在优化设计、协同设计、模拟施工、运维仿真等多种基于工程信息（三维）模型体系的需求，但其解决的问题在多数情况下是截然不同的，都是需要研究的问题。即使是“冲突检测”在车站及地铁中的研究应用，主要研究的问题依然是“工程对象以及活动过程的数据模型”。

从全生命周期[3]的概念来说，设计信息（三维）模型应主要考虑设计阶段的诸多要素，还应预留为建设项目管理、系统集成及施工安装、运营维护等环节提供基础的信息模型，如下图（图1）。

图1 设计信息三维模型

在项目设计中应用BIM与GIS相结合的最终目的是要提高项目设计质量和效率，从而减少后续施工期间的洽商和返工，保障施工周期，节约项目资金。在设计阶段的价值主要体现在以下3个方面：

（1）可视化：将专业、抽象的“二维建筑”描述通俗化、三维直观化，使得专业设计师和业主等非专业人员对项目需求是否得到满足的判断更为明确、高效，决策更为准确。

（2）性能模拟：将原本需要在真实场景中实现的建造过程与结果，在数字虚拟世界中预先实现，如进入建筑物的路线，室内采光、空间布局最大化等。

（3）设计优化：以货场地下综合管线工程模型为例，对管道打架、碰撞等问题进行优化调整。

2.2 方案规划审查

搭建基于BIM与GIS相结合的平台，采用3DGIS来展示BIM信息模型及场景，搭建协同工作平台，建立系统的技术交流平台，制定详细实施计划，确定人员配置及时间计划，设计和业主可以通过平台沟通，地方政府可以在平台上对方案进行审查。

2.3 方案详细设计

在场景及总体布局平台中创建综合货场与上下行相邻两车站在区间衔接处的线路路基信息模型，包括边界、里程等信息。创建各作业区的站台、轨道、道岔等的信息模型，根据需要考虑建立其他站前工程、四电、房建等工程的示意性信息模型（图2），包括设施设备名称、安装参数等信息。

图2 信息模型

3 基于BIM的GIS平台在施工和维护管理中的应用

铁路技术标准高，项目投资大，质量要求高，建设难度大。为了有效实现投资效益，高质量的建设铁路项目，必须引进现代管理理念、体制、方法和手段，加强过程管理，以先进的管理保证一流的建设。铁路枢纽综合“物流园”BIM与GIS平台相结合采用BIM体系下的相关技术作为支撑，对工程建设过程进行动态可视管理，给用户呈现一个从整体到局部的统一可视平台。该系统为合理投资、质量及安全控制提供了有力的帮助。

信息模型需要的数据在设计、施工、运营期间逐步产生和建立，根据这些数据（称为工程数据）及业务功能，建立基于BIM（可在此基础上叠加或嵌入虚拟现实、GIS等技术）平台下，对施工、维护管理提供支持技术平台[2]。

基于BIM并把信息模型通过GIS集成起来给用户一个直观可视的三维平台，用户可以在此平台上对设备的属性及资料信息快速查看，对设备的位置快速定位，对设备及部件的组成可视的查看。通过三维平台还可以对设备的安装及检测流程模拟指导。此系统的目的就是通过软件技术指导维修人员在较短时间内掌握更多的设备维修维护技术，合理的对设备进行维修维护，从而减少对设备的欠维修及过度维修所造成的损害，降低运营成本。

4 BIM与GIS结合在铁路中的发展前景与展望

伴随着我国经济的蓬勃发展，建筑行业也进入了快速发展的时期，大规模的城市化进程为新建建筑带来了前所未有的需求。建筑设计项目的复杂性也越来越大，而设计周期短、工期紧张的情况下，传统的计算机辅助设计方式面临难以克服的瓶颈，其效率低、协同性差、数据重用率低、各专业配合程度差、项目各参与方沟通困难等缺点逐渐暴露出来。如何最大化地提高设计效率和更好地满足业主越来越苛刻的需求，成为摆在所有设计人员面前的最大问题。企业要想在设计周期、设计效率、设计品质上抢得先机，迫切需要一个能解决目前传统设计方式不足的新设计方法，而建筑信息模型（简称BIM）数据到GIS数据的共享，通过公共数据交换技术便是这样一个提供协同设计、提高设计效率的得力工具平台，能有效提高建筑设计周期、设计效率、设计品质的“利器” 。

BIM 与GIS相结合的项目软件，其普及肯定会有一个过程，而这个实现过程的长短就取决于国内相关方面的设计人才及设计方的重视度。其应用情况也是影响BIM 发展的一个很重要因素。BIM 在中国的蓬勃发展趋势是有目共睹的，BIM 今后也必然将走到全行业应用。因此BIM和GIS的二次开发的前景是不可估量的。

5 结语

通过BIM技术与GIS在项目中的研究和应用，建立工程数据信息模型能准确判断设计初期所产生的各类错误，避免后续施工单位所犯的错误，以便现场技术人员及时解决及时调整方案，给工程项目带来正面的影响和帮助。实现了项目方案优化、成本控制。同时提升了项目生产效率，提高了建筑质量、缩短工期、降低建造成本、节约了材料、有效地提升了施工管理效率，因此具有显著的社会效益和环境效益。在全行业树立榜样，将赢得建设单位、监理单位的认可和好评，为日后相类似工程提供参数，有助于此项技术的推广和更深入发展。

[1]王玉泽.BIM技术在轨道交通的应用探讨[J].铁路技术创新，2014（05）：19-22

[2]马海军，祝晓红. BIM+GIS融合技术在铁路施工企业数字化管理中的应用[J]. 通信电源技术，2017，34（03）：151-153.

[3]闵世平，赵亮亮. 三维GIS技术在铁路全生命周期中的应用探讨[J]. 铁道工程学报，2014，31（10）：15-20.

[4]中铁第一勘察设计院集团有限公司[J]. 铁路技术创新，2015（03）：2-3+120-122.