铁路工程BIM构件库建设管理关键技术

唐雪芹，曾昊，董凤翔，赵亮亮

（中铁二院工程集团有限责任公司BIM中心，四川 成都 610031）

0 引言

BIM构件是BIM模型中最小粒度的基础数据，是BIM设计的基本元素。集成管理、充分共享铁路工程BIM应用项目各专业BIM构件资源，建设BIM构件库并进行规范化管理和使用，不仅可形成BIM技术信息资产，提高设计效率，还可避免构件重新建模可能产生的错误，提高设计质量，降低BIM设计项目的生产成本［1-5］。

尽管企业对BIM标准构件的需求越来越迫切，现有铁路工程BIM构件资源与需求之间还存在较大差距。当前，国外族库网站有bimobject、polantis等，国内主流BIM软件构件资源在民用建筑的排水、暖通、电力专业最为充分（如构件坞、族库大师、云族360等［6］），铁路BIM构件资源在数量和种类上相对短缺［7］。因此，建设铁路工程信息模型构件库，丰富铁路BIM设计资源，实现项目间构件共享、有效传递与高效利用，对推动铁路BIM项目降本增效具有重要应用价值。

1 BIM构件创建标准

1.1 基本准则

在通用普适性方面，BIM构件创建要充分考虑铁路项目各阶段、各专业的适用性，划分精度，且BIM构件宜具有兼容性和可扩展性；在标准规范性方面，BIM构件创建过程中，应遵循分类体系、命名方式、附加信息等标准规则的统一；在资源正确性方面，BIM构件的创建和入库应确保信息准确。

1.2 分类与编码

创建标准是构件创建的基础和前提。创建BIM构件前需明确构件分类和编码标准。可参考《铁路工程信息模型分类和编码标准（1.0版）》［8］，按照功能特征对铁路工程BIM构件进行分类，也可按照相应国家、省部级标准对构件进行分类。

1.3 构件创建

在构件创建过程中，为方便后期调用，应根据预可研、可研、初步设计及施工图设计阶段建模深度需要，明确构件在设计各阶段的几何与非几何深度标准。同时，应对参数化构件和非参数化构件进行区分。若对已有铁路工程标准图集二维图纸进行三维模型创建，应在构件属性中添加二维图纸附件，既可对二维图纸资产进行集中管理，也可方便识图调用。复杂三维BIM构件也应补充模型平面、立面或剖面等二维图纸。

（1）BIM构件命名。以准确、简短、明晰、合理为原则定义铁路工程项目BIM构件命名规则，构件名称尽可能准确反映实际工程情况，确保构件命名唯一性，以便构件存储分类、检索识别、传递、修改、移交和发布。构件命名方式主要采用《铁路工程信息模型分类和编码标准（1.0版）》中各构件名称命名，根据需要，同一构件可再按类别进行细分。

（2）BIM构件模型深度。BIM构件模型深度包括几何表达精度和信息深度［9］。几何表达精度应满足铁路设计和施工阶段建模要求，BIM构件库可存储不同几何表达精度的同一类构件模型。为了BIM应用项目快速检索和调用BIM构件，可参考《铁路工程信息模型表达标准（1.0版）》［10］定义和划分构件模型几何深度等级（见表1）。

表1 构件模型几何深度等级

信息深度包括基本信息、构造信息、设计信息、创建信息［11］（见表2）。设计BIM模型交付施工和运维单位后，还可基于BIM构件继续附加施工生产信息、运维资产信息。基本信息主要指BIM构件的名称、类型、定位信息、描述说明等；构造信息主要指构件几何尺寸、截面形式等；设计信息主要指构件的设计参数、材料和数量、施工要求等，根据构件类型和所属专业领域不同存在差异；创建信息主要指BIM构件的设计单位、技术人员、创建时间等。构件的各类属性信息应根据BIM软件功能或开发工具，首选建模自动附加方式，其他部分信息在BIM设计过程中手动补充附加或批量挂接。

表2 BIM构件信息示例

2 BIM构件入库与管理

2.1 BIM构件库管理系统搭建

为了更好地集中管理创建的BIM构件，应基于构件库管理平台或系统对BIM构件进行审核并入库。调研发现，相对成熟的构件库管理系统/平台均侧重对Autodesk Revit软件格式BIM构件进行上传下载和集中管理，均不支持Catia格式构件管理，有的虽支持Bentley Microstation创建的BIM构件上传，但不支持铁路工程BIM设计软件Bentley Open Rail Designer构件上传。因此，为了更全面地实现铁路BIM构件上传，更加便捷地在BIM项目设计过程中调用构件库的各类构件，铁路工程BIM构件库管理系统采用Bentley ProjectWise平台进行文件级管理，充分利用该协同平台的角色和权限管理基础功能、与Bentley系列设计软件良好的集成互通功能［12］，通过二次开发实现构件审核与入库流程和功能，即可满足使用需求。铁路工程BIM构件库目录设置建议见表3。

表3 铁路工程BIM构件库目录设置建议

2.2 BIM构件库职责规划与权限管理

为便于BIM构件库管理，建议将用户角色分为4类：库管理员、专业工程师、BIM设计人员、其他用户［13］。

（1）库管理员：主要负责构件库的日常管理与安全维护，具有最高权限。具体工作职责包括：组织编制《BIM构件制作与管理标准》等，统一构件库目录架构、制作标准；对构件入库申请进行审核，把控模型质量，生成审核报告并归档；分配不同角色和用户权限（可参考表4），监控构件库使用情况，维护构件库数据安全。

表4 BIM构件库权限设置

（2）专业工程师：主要负责构件审核。具体工作职责为审核BIM设计人员上传的BIM构件，通过则提交库管理员入库，未通过则返回BIM设计人员修改。

（3）BIM设计人员：是BIM构件的创建主体和应用主体。主要承担BIM构件模型的创建、修改、上传、下载使用等工作。

（4）其他用户：是除以上用户的其他临时用户，仅具有登录构件库浏览的权限。

2.3 BIM构件入库与管理流程

BIM构件应通过标准审核流程后入库和交付使用，建议采用三级审核规范［14］。完整的BIM构件审核与入库流程包括［15］：BIM设计人员创建BIM构件，根据构件库目录架构上传至对应文件目录［16］；审查人员在BIM构件管理系统中收到校审流程申请，对构件进行校验，通过则提交管理人员入库，未通过则返回设计人员根据意见修改，直至通过审查。BIM设计人员如需扩展BIM构件分类、替换或移除既有BIM构件，应向库管理员提出申请，通过后可执行。BIM构件入库与管理流程见图1［9，17］。

图1 BIM构件入库与管理流程

2.4 构件审核内容及要求

构件入库过程中需对构件进行审核，构件审核内容主要包括构件内容、属性信息和使用性能。构件内容审核包括命名与分类、显示状态和构件的完整性与准确性；属性信息审核则重点关注构件属性信息是否完整准确；使用性能审核需通过实际操作对构件参变性能、加载性能、兼容性能等进行检验［18］。具体审核内容及依据见表5。BIM构件审核通过后，应自动生成BIM构件入库审核报告单，并在构件库管理系统中存档。

表5 BIM构件审核内容及依据

3 数据安全管理

构件库是铁路工程各专业长期积累的宝贵资产，对构件数据传输和使用过程进行加密和监控，建立合理的数据资产保护手段尤为必要。通过研究铁路工程BIM构件库知识产权保护及运行机制，形成铁路BIM构件规范化存储、访问、保护基本方法，建立良性的铁路工程BIM构件库应用环境。BIM构件库及其BIM构件模型的数据安全措施包括技术和管理两方面。

（1）技术方面。BIM构件模型在入库前应进行病毒检查与清理，为BIM构件库管理系统附加相应信息安全技术和机制，如防火墙、入侵检测、防病毒安全技术等；为保护知识产权，应对BIM构件模型进行加密［19］，可在模型上添加公司或项目权属信息，谨防成果大规模外泄，但也应实现构件解密技术，注重构件的流通使用性［20］。

（2）管理方面。建立BIM构件库管理系统制度办法。制定系统安全管理风险评估报告，事前预防、事中控制、事后治理；监督各角色的职责与权限，对每个BIM构件的上传、审核、下载进行记录，确保过程可追溯；做到奖惩有度，违反规定使用应根据实际情况给予相应惩罚。

4 BIM构件库管理系统案例

中铁二院工程集团有限责任公司（简称中铁二院）基于Bentley ProjectWise Connect Edition开发了一套适用于铁路工程BIM构件库标准化管理的工具集，包括引用构件库目录树模板创建项目架构、自定义构件文件属性、构件索引、版本对比、下载监控、审查流程与检索、构件交付等功能（见图2）。目前，该系统已在各铁路BIM项目中进行推广使用，积累了大量铁路BIM构件资产，推动了BIM设计的标准化。

图2 中铁二院BIM构件库管理系统功能示意图

（1）构件库目录架构和角色权限。库管理员根据要求建立铁路工程项目BIM构件库目录架构，在Pro-jectWise管理员端软件中，配置BIM设计人员、专业工程师等角色和人员以及对应权限。

（2）构件上传与下载。BIM设计人员创建标准构件，通过Bentley Open Rail Designer或Bentley其他BIM设计软件上传至集成的ProjectWise对应目录架构，通过审查后，所有用户通过BIM设计软件即可下载使用目录树中的所有构件（见图3）。

图3 BIM构件下载使用界面示例

（3）构件审查流程。BIM设计人员在上传构件后，需在ProjectWise客户端软件中发起审查流程。专业工程师、库管理员依次对BIM构件进行审查（见图4），全部审查通过后即可完成流程，生成表单并入库存档，供所有用户调用。

图4 BIM构件审查流程示例

（4）构件版本对比。基于Bentley MicroStation和Open Rail Designer软件研发了构件版本对比功能，同样适用于不同版本文件对比，对于ProjectWise客户端不同版本和几何表达深度等级的构件，可调用文件对比功能，列出构件新增、删除或修改的状态，有利于构件审核、修改。

5 结束语

铁路工程BIM技术应用带来了生产管理方式和业务流程的转变，数字化转型给企业和项目的协调管理带来巨大挑战。各大铁路设计院自有CAD标准图集大大提升了设计效率，编制、验证并优化项目实施的各项BIM标准，整合数字资产，尽快建立铁路BIM标准构件库进行标准化、系统化、数字化管理，也将为BIM项目正向设计打下坚实基础。适用于铁路工程BIM构件库的建设管理系统虽得到应用检验，但仍需相关标准、管理办法、激励机制支撑，后续还需在项目实践中验证、完善和优化。