BIM技術在鐵路四電領域的綜合運用探討

■ 王朝存 于鳳

BIM技術在鐵路四電領域的綜合運用探討

■ 王朝存 于鳳

以目前鐵路四電工程全生命周期建設階段現狀為背景，結合BIM技術在國內的應用情況，對BIM技術在四電工程領域設備分類編碼、信息共享、模型交付、標準化管理應用等進行深入研究，提出基于BIM的四電應用系統平臺，及其在不同階段的應用方向。能夠為鐵路建設項目建設單位、設計、施工、監理、運維在通信、信號、信息系統領域推行BIM技術，進行標準化管理，加強教育培訓提供幫助和借鑒。

BIM；鐵路；四電領域；綜合運用

1 概述

BIM技術的快速發展對設計行業是一場革命，它涵蓋了整個規劃研究、建設實施、運營維護的全過程。掌握好BIM技術可以提升工作效率與質量，規避系統工程建設風險，提高項目整體效益。

隨著BIM技術在工程建設領域體現出的巨大應用價值，BIM技術在鐵路建設領域的研究及應用已成為一項迫在眉睫的重要任務。鐵路相關單位均加大BIM技術在鐵路領域應用的研發力度，積極開展相關工作。符合鐵路四電領域行業特點的BIM應用標準，仍然是貫穿設計、施工、運維幾大環節的關鍵。中國鐵路BIM聯盟已經啟動的分類編碼工作，是一個良好的開端，這項工作的持續推進，將對整個行業的BIM應用產生深遠影響。

BIM技術在站后四電方面的綜合應用，一方面能夠在站前多專業設計的工程、場地的基礎上，完成三維空間的適應性分析，從而消除可能出現的碰撞；另一方面通過四電工程的可視化設計與施工，為鐵路工程提供準確的電氣及控制配套設施，避免施工過程中出現的各種錯誤，為開通運營打好基礎，同時為運維做好必要的信息準備。

2 鐵路四電專業在工程全生命周期的現狀

傳統的四電專業項目管理模式，管理方法成熟，業主可控制設計要求，施工階段比較容易提出設計變更，有利于合同管理和風險管理。但存在一些不足：（1）業主方在工程不同的階段可自行或委托進行項目前期的開發管理、項目管理和設施管理，但是缺少必要的相互溝通。（2）設計單位和供貨方的項目管理薄弱，工程項目管理只局限于施工領域。（3）監理工程師對項目的工期不易控制，管理和協調工作較復雜，對工程總投資不易控制，容易互相推諉責任。（4）項目管理還停留在較粗放的水平，與國際水平相當的工程項目管理咨詢公司還有差距。（5）前期的開發管理、項目管理和設施管理的分離，僅從各自的工作目標出發，忽視了項目全生命的整體利益。（6）由多個不同組織實施，會影響相互間的信息交流，也就影響項目全生命的信息管理等。（7）二維CAD設計圖紙不方便各專業之間的協調溝通，傳統方法不利于規范化和精細化管理。（8）造價分析數據細度不夠，功能弱，企業級管理能力不強，精細化成本管理需要細化到不同時間、構件、工序等，難以實現過程管理。（9）施工人員專業技能不足、材料的使用不規范、不按設計或規范進行施工、不能準確預知完工后的質量效果、各個專業工種相互影響。（10）施工方對效益過分的追求，質量管理方法很難充分發揮其作用對環境因素的估計不足，重檢查、輕積累。

因此，鐵路四電項目管理需要信息化技術彌補現有項目管理的不足，基于BIM技術四電信息管理應用平臺系統正符合目前的應用潮流。

3 BIM技術在四電專業中應用的需求分析及技術體系

3.1 需求分析

“十二五”規劃中提出“全面提高行業信息化水平，重點推進建筑企業管理與核心業務信息化建設和專項信息技術的應用”，可見BIM技術與項目管理的結合不僅符合政策的導向，也是發展的必然趨勢。

基于BIM的四電信息管理應用系統的管理模式是創建信息、管理信息、共享信息的數字化方式，具有很多的優勢：（1）基于BIM的項目管理，工程基礎數據如量、價等，數據準確、數據透明、數據共享，能完全實現短周期、全過程對資金風險以及盈利目標的控制；（2）基于BIM技術，可對投標書、進度審核預算書、結算書進行統一管理，并形成數據對比；（3）可以提供施工合同、支付憑證、施工變更等工程附件管理，并為成本測算、招投標、簽證管理、支付等全過程造價進行管理；（4）BIM數據模型保證了各項目的數據動態調整，可以方便統計，追溯各個項目的現金流和資金狀況；（5）根據各項目的形象進度進行篩選匯總，可為領導層更充分的調配資源、進行決策創造條件；（6）基于BIM的可視化系統能提前發現在施工階段可能出現的問題，并逐一修改，提前制定應對措施；（7）使進度計劃和施工方案最優，在短時間內說明問題并提出相應的方案， 再用來指導實際項目施工；（8）BIM 技術的引入可以充分發掘傳統技術的潛在能量，使其更充分、更有效地為工程項目質量管理工作服務。

總體上講，采用基于BIM技術的四電信息管理應用系統可使整個四電工程項目在設計、施工和運營維護等階段都能夠有效地實現建立資源計劃、控制資金風險、節省能源、節約成本和提高效率，同時能改變傳統的項目管理理念。

結合四電信息管理應用系統的BIM多維度結構化數據庫的能力，通過數據支撐和技術支撐為電務項目精細化管理起到決定性作用，從而多方位創造項目效益。數據支撐對項目管理甚至企業管理的基礎數據問題產生了革命性的能力提升，將工程量的數據徹底透明化。數據支撐將在項目管理革命和整體行業進步中將起到更大的作用。四電信息管理應用系統BIM的數據能力不同部門間的信息對稱能力和管理水平大為提升。

3.2 技術體系

（1）設備分類編碼體系。信息分類包括線分類體系及面分類體系。線分類法也稱層級分類法，是指將分類對象按所選定的若干分類標志，逐次地分成相應的若干個層級類目，并排列成一個有層次、逐級展開的分類體系。線分類法的一般表現形式是大類、中類、小類和細目等，將分類對象一層一層地進行具體劃分，同位類的類目之間存在并列關系，上位類與下位類之間存在隸屬關系。面分類法又稱平行分類法，是指將所選定的分類對象的若干標志視為若干個面，每個面劃分為彼此獨立的若干個類目，排列成一個由若干個面構成的平行分類體系。面分類法分類時所選用的標志之間沒有隸屬關系，每個標志層面都包含一組類目。

通過學習I S O 12006-2建筑關聯對象分類、SinoClass（14個分類表）、OmniClass（15個分類表），中國鐵道科學研究院提出基于BIM平臺編碼等分類編碼體系，結合Autodesk Revit軟件采用OmniClass體系進行族編碼，初步提出了四電專業的面分法設備編碼（基于OmniClass體系）。

（2）數據信息。在建立設備信息模型及工程信息模型時，應在各個階段建立所需的數據信息。

（3）設備通用信息。四電設備通用信息包括專業、編碼、名稱等。

（4）模型精度要求。提出BIM模型在工程各階段的精度要求。

（5）建模及開發平臺。制定模型交付標準、規定模型建立依據、模型拆分的標準。開發平臺，如AutoDesk Revit、Inventor、Navisworks。

4 BIM技術在四電專業的應用目標

根據BIM在國內的使用現狀，提出鐵路四電應用BIM的思路。應用BIM技術創建信息模型，實現從二維圖紙到三維圖紙的設計轉型，建立相對完善的圖紙交付標準和管理制度。隨著基于BIM技術的四電信息管理應用系統引入，傳統的鐵路四電工程項目管理模式將會革新，可以使眾多參與單位在同一個平臺上實現數據共享。

在鐵路項目的建設管理、工程設計、工程實施、工程監理、系統設備運維等階段的各參與單位配備四電信息管理應用系統，使四電工程項目管理更為便捷、有效。系統依據并采用BIM技術體系，將四電工程的設計、設備制造及提供、系統集成及施工、維護管理等過程漸進式地集成在一個技術平臺下。實現設計、施工和運營維護階段等全生命周期工程數據信息可視應用，工程項目進度、質量、投資、資料方面精細化管理，便捷化的施工協調管理，隱蔽工程可視化管理，運維智能化管理。為有效實現建立資源計劃、控制資金風險、節省能源、節約成本和提高效率做好技術儲備。

適合鐵路工程四電應用的軟件平臺，依然是BIM技術得以體現的基礎。目前，BIM技術在四電方面的應用還處在前期階段，主要工作集中在如下幾個方面：

（1）BIM應用前期構件開發，工程模型創建；

（2）設備分類編碼；

（3）專業圖紙數字化、參數化的解析；

（4）設備編碼與圖紙數字化后的數據庫模型間的融合。

通過軟件平臺的支撐，BIM技術在四電方面的應用，側重于強化BIM技術中的“I”信息共享、“M”模型創建應用，主要體現在設備模擬調試，設備協同布設，設備快速查詢定位，模型分離控制，設計、施工和運營維護階段等全生命周期工程數據信息可視應用等多個方面。同時通過BIM這個載體，還可以對工程項目的進度、質量、投資等方面進行精細化管理。

5 鐵路四電工程BIM應用平臺

5.1 應用平臺功能

BIM技術在鐵路四電工程的應用平臺由基礎數據庫、工程模型、應用模塊、應用流程、硬件網絡平臺等部分組成。

（1）橋梁、隧道內設施設備布設。隧道內四電設備布設密集（主要包含接觸網、通信漏纜、光纖直放站、綜合接地系統、區間信號設備、通信信號及電力電纜等），容易產生空間沖突。BIM應用平臺可以解決傳統方式下難以實現的活動，或用更小的成本使結果趨于更優。如對工程局部關系的分析，多個角色通過設備選擇器選擇對象，能突出需要確認的設施設備 ，以確認設計深度、施工結果等。根據設備構成及對數據調用的意圖，動態配置或加載模型。獲取設備的布設位置、連接關系、裝配工藝等信息。信息模型對隱蔽工程提供了新的設計、施工、運維手段。在特殊工程環境等情況下，顯現設備安裝過程或結果。

（2）模型創建及發布。依據設計文件和規范建立模型，按工程建設過程承擔角色，利用應用平臺進行信號平面布設、通信信號室內設備布置、信息機房綜合布線。

（3）設備快速查詢定位。對設備實現快速查詢和定位。

（4）模型分離控制。平臺能夠對模型分離控制，按角色發布需要的數據（模型）。

（5）工程數據信息可視應用。將模型按工程流水進行劃分，獲取（關鍵環節）最小檢驗批次的信息模型，增加質量管理的內涵（追溯、對比）。將施工組織信息與工程模型進行一定的融合，輔助進度管理。細分工程模型最小單元，關聯多種格式的數據信息，實現基于模型的施工過程工程數據信息（多元化的資料）的創建。集中管理，快速調用。

5.2 平臺在設計、建管、施工、運維的應用管理

試點工程范圍：蘭渝線LYS5標隴南站—桔柑站（不含）的信號、通信、電力、電氣化工程（涉及線路、站場、橋梁、隧道、房建等工程），包括楊家壩隧道四電工程。

5.2.1 設計階段

（1）設計者：通信、信號、信息、電力、電氣化等專業設計者建立設計工程信息模型，并為工程項目建設中施工、監理、運維等各個階段所有要素提供基礎資料，涵蓋了安裝及養護、維修指導信息的數據接口。對復核、審核、審查者提出的修改意見和建議，對工程模型進行完善。通過BIM應用平臺將模型交付建設單位。

（2）審核者、審定者：按專業、功能、系統進行模型分解和組合，驗證數據的完整性和準確性。利用信息模型確認設計合理性（如空間布設、走線等）。

5.2.2 建管階段（施工圖審查）

通過BIM應用平臺遠程查閱設計模型，了解并體驗工程情況和設計意圖。檢查各專業之間設備的沖突及不滿足相關規范的情況（如楊家壩隧道內接觸網及回流線、通信漏纜、綜合接地設備等布設狀況）。

5.2.3 建管階段（工程管理）

通過BIM應用平臺，對設計提交的工程模型進行接收；進行工程模型的體驗和確認；通過平臺協助技術交底、采購、施工組織。

5.2.4 施工階段

通過應用平臺對工程情況進行全面的了解和體驗。在設計模型的基礎上結合施工創建施工模型。在技術交底、采購、設計變更、工程驗交等環節對平臺進行應用。

5.2.5 運維階段

運營維護階段中，建筑信息模型繼承了設計、施工期的數據，在此基礎上給各運營維護單位提供一個分層可視的操作界面，用戶能夠以一種宏觀到微觀的效果使維護工作人員能夠更清楚地了解設備信息，以三維視圖展示設備及其部件，通過數據支持可以在此視圖中指導維護人員對設備進行維修維護，避免和減少由于欠維修或過度維修而造成的消耗。同時可以進行工程驗收、培訓。幫助運營維護單位提高設備維護管理水平，降低運營維護風險和成本，提高管理效率，節省成本。

6 結束語

在對鐵路四電專業工程應用中存在問題進行分析的基礎上，初步提出將BIM技術應用在四電領域的設想。完全實現鐵路四電系統BIM設計及應用是一個長期的過程，需要線路、站場、房建等相關配套專業的大力配合和支持。BIM技術在鐵路四電領域的應用實現是一次設計技術的革命性創新，同時大力推動鐵路四電工程建設模式、運維管理的轉型，對整個鐵路四電行業產生重大的影響。

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[2] 盧祝清．BIM在鐵路建設項目中的應用分析[J]. 鐵道標準設計，2011(10)：4-7.

[3] 逯宗田．鐵路設計應用BIM的思考[J]. 鐵道標準設計，2013(6)：140-143.

王朝存：中鐵第一勘察設計院集團有限公司通號處技術開發所，副所長，高級工程師，陜西 西安，710043

于鳳：中鐵第一勘察設計院集團有限公司通號處技術開發所，副所長，高級工程師，陜西 西安，710043

責任編輯王小紅

U28；U22

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