BIM技术在生产性实验实训基地建设中的应用研究＊——以湖南铁路科技职业技术学院高铁信号实验实训室为例

任建新，于训全，刘伍洲，颜 彬

（1.湖南铁路科技职业技术学院，湖南株洲 412006；2.中国铁路广州局集团有限公司长沙电务段，湖南长沙 410000；3.中国铁路广州局集团有限公司长沙高铁工务段，湖南长沙 410000）

轨道交通是一个“车与车、动与静、弓与网、轮与轨、机与电”等多级耦合的复杂系统，具有冲击性负荷极高、运行工况十分复杂、作业工作环境难以仿真的技术特性。轨道交通行业职业技能训练难以在实际运营环境中进行，涉及行车设备养护专业的技能训练都是在一些高标准的实验实训基地完成。

建筑信息模型（Building Information Model，简称BIM）是先进的信息化技术之一[1]，为整个建设工程提供了可行的全生命周期信息管理，轨道交通行业中采用BIM技术进行项目管理、运营维护的成功案例逐渐增多，川藏铁路、雄安高铁均可见到BIM元素[2]。作为人才培养单位，依托BIM技术进行相关实验实训教学基地建设的研究极少，信息化技术融合人才培养过程不强对建设新时代智慧型轨道交通不利。

1 职业技能培训基地建设现状研究及存在问题

1.1 职业技能培训基地建设现状研究

伴随着轨道交通行业的蓬勃发展，我国在职业技能培训基地建设方面亦硕果累累，如被誉为“高铁人才摇篮”的武汉高铁职业技能训练段为我国高铁高素质技能型人才培养事业做出了重大贡献，职业技能培训基地也历经了从“练功房”到“实训基地”，再到如今的“实验实训基地”三个阶段的提升发展。现如今，职业技能培训基地建设要突出两个关键的技术特点，一是预留实验平台（接口），二是重视生产性实训。广铁集团在职业技能培训基地的建设成效走在了全路的前列，最近两年相继开通衡阳东综合维修工区、长沙电务段长沙实验实训基地。

1.2 存在的主要问题

（1）实验实训基地服务能力低下。实验实训基地不同于真实的运营现场，安全风险相对较小，但实验实训基地承载着诸多培训项目，年均培训人次多，若不采用先进的信息化技术、大数据管理技术，实验实训基地服务的能力难以提升，实验实训基地难以成为服务行业企业的产学研合作平台。

（2）信息化技术在轨道交通行业建设应用不明确。先进的信息化技术难以在轨道交通领域推进和落地的原因，主要是因为业主需求不明确、建设部门参与度不足、新技术管理难度大、专用设备与先进的信息化技术适应性不强，使得当前的BIM 应用研究停留在理论层面[3]，纵使理论成果丰硕，但实际上却停留在“建模型、放动画”的理论境地，新技术并未发挥全程指导轨道交通建设项目的作用[4]。

2 BIM在轨道交通信号实验实训基地建设中的应用

BIM轨道交通信号实验实训基地建设项目的实施应用包含4个阶段，分别是项目计划阶段、初步设计阶段、施工建设阶段、实验实训管理阶段，每阶段包含的主要内容如图1所示。

图1 BIM实施应用过程

2.1 场地与人员需求

2.1.1 BIM实施软硬件设施配置

BIM中心一般用地面积不小于15 m2，条件充足的可将BIM中心分隔为机房区域和办公区域，并配置独立空调，确保室内温度适宜，适合BIM服务器工作的环境和温度需求。

2.1.2 BIM实施人员配置

BIM中心需配备1名BIM负责人，负责本工程BIM模型的建模及日常维护工作（模型信息更新、录入、统计、导出报表、系统维护）；负责人需熟练运用Autodesk、Bentley、Dassault等BIM相关软件，全面负责基于BIM技术的实验实训室建设项目管理。

2.2 实验实训室建设应用研究

2.2.1 基于BIM模型的三维可视化展示

BIM技术具有强大的三维可视化功能，在三维环境中可以更好地进行实验实训室建设项目效果展示，可以将轨道交通综合实训基地各实验实训模块的模型整合到一起，掌握实验实训室建设项目的整体情况，从而提高与教学（建设）单位沟通效率，加快问题解决速度，图2为实验实训基地室外BIM模型。

图2 实验实训基地室外BIM模型

2.2.2 基于BIM模型的优化性检测碰撞

在实验实训基地建设过程中，通信和信号专业的实践教学模块通常由教学单位的多位专业教师研讨设计而成，从技术层面来看，通信提供的是通道，信号的作用在于安全控制，实验实训室建设的工程中必须要突出“高铁”特色，突出基于通信的列车运行控制[5]，因此，专业之间的碰撞、接口技术的协商难免少不了，同时往往受制于诸多客观因素的限制，如施工图纸的设计周期、现场协调等，初步设计只是进行大体的空间分配，来不及对复杂区域进行详细划分，用软件检查和人工排查并行的方法，对综合模型进行碰撞检查并出具报告，可以提前避免大部分的错误产生。

检测碰撞的具体做法是：将Revit文件导入Navisworks，通过软件进行碰撞检测，对每层每个区域的板上下综合模型分别进行检查，发现问题，保存视点并批注，由实验实训室BIM中心负责人及时进行调整，并导出碰撞报告，直观地查看出碰撞点的对象和碰撞详情。

2.2.3 基于BIM模型的协调性图纸会审

当基于BIM的三维模型建成之后，检测碰撞完成之后，利用BIM模型的直观性，可以清楚地看到每个碰撞点的详细情况，对碰撞节点进行问题记录，再把记录反馈到教学单位的通信和信号专业团队。这样在图纸会审时可以更有针对性地对重点部位进行讨论，最终经过实验实训基地建设单位同意，得出最优方案。

2.2.4 基于BIM模型完成4D虚拟建造

当把实验实训室建设进度计划Project文件与三维模型中的教学实践设备、实验实训室主体结构关联起来，以时间轴为推移，将会形成模拟施工的过程的展示文件，图3为实验实训基地室内BIM模型。

图3 实验实训基地室内BIM模型

2.2.5 基于BIM模型的大数据技术应用

二维码是能存更多的信息，是大数据量化传输的一种方法，它能表示更多的数据类型[6]，也可以为后期的实验实训基地信息化升级提供便利的接口，同时，采用二维码来解决传统工程管理方式中存在的设备、材料到货进度、质量管理难题、隐蔽工程影像资料不全等诸多问题，并将其作为BIM技术在实验实训基地建设中的重要组成模块。

（1）包含的信息。制作二维码时，应以“文本”形式录入至少以下六项内容：标识信息、位置信息、设备名称、设备编号、规格型号、生产厂商，每项信息单独一行，如图4所示：

图4 二维码信息

（2）二维码安装要求。室内实践教学设备进场时，需及时建立相应的二维码信息资料。室内实践教学设备二维码张贴于设备铭牌旁；室外实践教学设备进场时，也需及时建立相应二维码信息资料。室外实践教学设备的二维码贴附于设备箱盒侧面。

2.2.6 基于BIM模型的实验实训项目管理

（1）施工模型拆分与编码录入。教学单位的资产信息管理平台对BIM提出了要求，实验实训基地施工进度、质量、安全、档案资料等各项管理进程都要在信息管理平台中及时体现。因此，需要对模型按施工要求进行拆分，使模型与总体进度计划、设备材料信息、施工信息、合同信息、档案资料等各项信息进行关联。每个模型构件进行唯一编码，将该编码作为模型构件的唯一识别码。

（2）基于BIM模型的实验实训派工应用。建立起BIM模型与教学管理系统（下文称“系统”）之间的有效接口，系统依据上一周下达的实践教学进程表，自动生成以实践教学指导老师为标题的派工单，提供全方位的实践教学控制功能。首先，将实践教学指导老师信息和实践教学学员信息按身份证号实名制录入信息模型管理平台中，与平台关联，系统自动完成实践教学指导老师信息教学资格审查，自动完成参与实践教学学员筛选；其次，实验实训派工应用还可以进行实践教学管理，派工应用中体现了实践教学所需工具、设备位置、设备标识等，体现参与实践教学成员的实训任务。当派工任务完成后，需要在平台内提交相应的工具，并可在模型中显示实践教学的完成情况，从派工单中提取实际进度数据，并与计划进度比较，分析实践教学的情况。

（3）实践教学安全图钉应用。为了辅助实践教学管理老师的日常管理工作，系统需要提供任务单领取和填报记录，对实践教学中可能存在的不合格、设备恢复不到位等问题，进行“按图钉”标识，通过在模型上直接标识设备恢复不彻底问题，系统自动激活设备恢复不彻底问题整改通知单，推送给实践教学指导老师、实践团队成员进行整改，最后当系统获取整改反馈信息，实现设备恢复问题闭环流程监测功能。

3 建设效果

3.1 BIM技术助推人才培养模式创新

依托教学单位人才培养优势，紧跟先进技术在行业中的应用步伐，将最新颖、较先进的信息化技术应用在人才培养单位，是从实验实训基地建设模式角度去优化人才培养模式，优化人才供给侧实践教学环境，为复合型的高级技能型人才培养做了铺垫。

3.2 提升实验实训基地的服务能力

有效合理地使用以BIM技术[7]为代表的先进信息化技术，建设功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的高水平实验实训基地，如本研究依托单位已建成的实验实训基地长期开展铁路内部专业培训、技能比武等各类业务，先后多次被国铁集团（原铁道部）、湖南省教育厅选为全国信号工技能比武主赛场和国家级职业技能大赛集训点。

3.3 解决长期存在的资源同质性问题

铁道通信信号实验实训基地建设以专用实践设备为主，以先进的信息化技术为辅[8]。以BIM技术为代表的先进信息化技术是可以解决专用设备购买昂贵、建设同质性严重的问题，如本研究依托单位已经建有先进的高铁信号实验实训基地，同时依托单位采用BIM技术，全方位地开展了基于BIM技术的建设、实践教学管理等实践，为校企合作其他单位和本市同类院校实践教学提供了诸多便利。

4 结语

随着2020年《新时代交通强国铁路先行规划纲要》和《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》发布和实施，以BIM技术为代表的一系列先进的信息化技术在轨道交通行业中的研究与应用已逐步展开，研究依托单位第一次尝试建立高铁信号实验实训室BIM大数据库[9]，推动建设管理的精细化和信息化，并取得了一定的成效，总结如下：

从专业角度来看，BIM技术优化了信号专业施工设计，对每一道工序进行可视化推演，模拟施工全过程，论证及优化施工方案；BIM技术推动了信号施工工厂化、智能化建造，自动统计物料，实现物资材料数量精确提报；BIM技术推动了建设、运营、维护、管理一体化发展，实现了设计、建设、运营、维护的全生命周期信息共享。

从职业教育改革实施层面来看，采用BIM技术有助于提前进行立标打样；结合行业创新链条的动态发展，推动课程内容与行业标准[10]、生产流程、项目开发等产业需求科学对接，建设一批高质量校企合作课程、教材和工程案例集，从源头上保障复合型高级技能型人才培养质量，从实践教学基地建设层面落实国务院职业教育改革实施方案。