京沈客專成段落BIM試點多專業協同設計研究與應用

■ 齊春雨 蘇林

京沈客專成段落BIM試點多專業協同設計研究與應用

■ 齊春雨 蘇林

京沈客專為首個鐵路項目成段落BIM試點應用，針對當前BIM技術在鐵路領域的應用環境，確定總體指導思想為：系統性規劃、高起點起步、全產業應用的試點應用，并將2～3年的試點工作分成4期，分別設定階段目標。介紹第1期主要的階段成果：選定統一的設計平臺，建立試點站前工程完整的BIM模型，初步探索BIM設計模式下的設計流程和設計方法，初步試驗BIM與3D GIS融合，初步制定項目級實施標準，創新基于BIM技術的設計方法等。研究結論為17個BIM試點工程提供理論基礎，為提升鐵路建設運營能力提供實際經驗。

京沈客專；成段落；BIM；3D GIS；多專業；協同設計

0 引言

2014年中國鐵路總公司（簡稱總公司）安排17個項目開展BIM研究應用，其中京沈客專為首個鐵路項目成段落BIM試點應用。該試點工程全長6.44 km（鋪設無砟軌道），包含車站1座、橋梁4座、隧道1座、路基4段，總公司要求“初步實現BIM協同設計和施工圖BIM模型交付”。

1 指導思想

1.1 BIM技術在鐵路領域應用環境

鐵路BIM技術應用研究尚處于起步階段，在政策層面［1］和技術層面均存在困難，需要在研究應用中逐步解決，其應用整體環境見圖1。

圖1 鐵路BIM應用整體環境

政策層面：沒有開展BIM設計和應用取費依據與標準，也沒有支持BIM應用的招投標政策。

技術層面：（1）缺技術標準。試點開始的2014年底，信息語義標準鐵路IFD 1.0即將發布，信息存儲標［2-3］?準鐵路IFC 1.0剛開始編制，信息傳遞標準鐵路IDM 1.0的制定工作尚未啟動。設計是BIM技術應用的源頭，設計中如果沒有遵循統一的標準，BIM的信息就不能規范地添加，在項目生命周期所有相關方之間互通信息的BIM核心理念就不能實現。（2）缺明確的應用價值點，影響鐵路建設各方BIM應用的積極性和針對性。鐵路行業BIM技術應用探索不多，設計階段公認的價值點主要體現在管線碰撞檢查等層面，施工階段主要探索了將設計數據傳輸給施工機械開展路基壓實等，而運維階段實質性應用探索更少，缺乏示范效應。（3）缺專業軟件工具。市場上的主流BIM軟件均未滿足鐵路工程多專業BIM協同設計的需求，需要去試驗、挖掘、開發。

1.2 總體指導思想

鑒于以上環境，鐵道第三勘察設計院集團有限公司（簡稱鐵三院）積極響應總公司的指示，成立BIM研發項目部集中多專業聯合攻關，確定京沈客專“系統性規劃、高起點起步、全產業應用”的總體指導思想。

一是系統規劃，分步實施。

二是精選平臺，高點起步。選擇的平臺和軟件要基因優質，成熟開放，支持統一的網絡數據庫，支持鐵路BIM標準的實施。

三是需求牽引，價值導向。深入挖掘設計、施工、運維階段的不同應用價值點，逐步實現BIM價值。

四是自頂向下，邏輯分明。BIM設計項目組織要先整體再局部，即自頂向下的設計理念，模型之間關聯約束要結構清晰，邏輯分明。

五是標準驗證，試點完善。依托BIM試點項目，積極應用驗證鐵路BIM聯盟編制的BIM技術標準，標準制定與研究應用同步開展，相互促進。

1.3 2～3年BIM研究應用路線圖

以半年為周期分4個階段，提出近2～3年的BIM研究應用階段目標、措施和考核指標。

第1階段：選擇適合于多專業協同設計的主平臺，建立站前專業BIM幾何模型，初步探索設計階段的BIM應用。

第2階段：試驗驗證BIM技術標準，實現BIM模型非幾何信息的添加，站后專業建立BIM幾何模型，深化設計階段的應用，配合施工單位開展施工階段的應用探索。

第3階段：著手專業BIM工作的二次開發，形成一定的BIM設計能力，配合施工單位深化施工階段的應用。

第4階段：深化二次開發，逐步實現設計圖表的輸出，在設計、施工中應用BIM技術。

2 主要階段成果

目前已經完成第1階段工作，第2階段正在進行中，研究成果如下。

2.1 確定BIM主平臺

經測繪、地質、線路、路基、橋梁、隧道、路基、軌道、工經9個專業聯合調研、試用、試驗，達索平臺可以作為主平臺開展鐵路BIM設計，以同一數據庫承載，有利于多專業設計的實時協同。

重點從如下5方面對平臺的適應能力進行了試驗、檢驗：

（1）三維建模能力。較好支持地形、地質、線路、路基等鐵路專業模型的建立。

（2）平臺的協同能力。較好實現管理的協同、建模的協同、模型應用的協同等。

（3）對BIM標準支持。承諾支持中國鐵路BIM標準。

（4）設計重用機制。全參數化設計，設計重用機制較好。

（5）二次開發能力。二次開發能力較強大、開放。

2.2 試點工程模型

2.2.1 BIM試點整體模型

在統一軟件環境下建立了測繪、地質、線路、軌道、路基、橋梁、隧道、站場等8個專業成段落BIM模型，建立了6.44 km試點站前工程的整體模型（見圖2），驗證了設計的系統性，為施工階段BIM應用創造條件。

2.2.2 建立各專業模型、創立專業模板庫

建立8個專業、85類、5 600個構件模型，創立了專業模板庫（見圖3）。

2.3 試驗BIM與3D GIS的融合

完成BIM模型整體導入TSDI_RIM系統進行管理應用，確定達索系統單體構件的導出接口需要進一步完善。

2.4 探索BIM設計模式下設計流程和設計方法

探索并實現了BIM模式下多專業協同設計。

2.4.1 工程分解（EBS）

以樹狀結構進行工程分解［4］，首先將鐵路工程按路基、橋梁、隧道等工點進行分段，再將工點按照工程結構關系及管理需要逐級細分，各專業在該結構樹統領下開展設計，試點工程分解見圖4。

2.4.2 任務分解與管理（WBS）

依據工程結構樹進行工作任務分解，在協同管理平臺上分級派發任務，并進行設計全過程管理，分任務列表和任務執行狀態2個維度，其分解管理截圖見圖5。

圖2 京沈客專BIM試點整體模型（段落）

圖3 京沈客專BIM試點模型匯總

2.4.3 骨架驅動模板智能

實施骨架驅動設計策略，以線路空間線位等定位元素為骨架，模型在骨架上搭建，設計案例見圖6。

各項工作以同一數據庫承載，保證了多專業設計的實時協同。

2.5 初步制定項目級實施標準

制定了實施標準，從設計資源、行為、交付3個方面進行規范化、標準化。明確了院總、總體、專業負責人及設計者的職責和權限，制定了協同設計工作流程，確定了BIM模型的精細度（標準架構見圖7）。

2.6 創新基于BIM技術的設計方法

傳統模式下，路基、排水設計、隧道洞口比選均采用斷面法，設計信息描述不夠精確，BIM技術克服這些缺點，提供了更好的設計手段。圖8為李家梁隧道洞口位置選擇及邊仰坡排水三維設計圖，設計基于高精度地形曲面，實現路基連續三維設計，路基模型與地形曲面緊密結合，保證工程設計的準確性；實現排水平、縱協同三維設計，保證排水設計系統性；實現三維場景中隧道洞口的快速比選，洞口覆土、邊仰坡、落石危險區等一目了然，保證洞口設計安全、經濟。

2.7 探索BIM模型在設計階段中的應用

（1）根據鐵路BIM IFD 1.0標準，完成部分工程數量計算。

（2）利用BIM模型進行有限元分析。

（3）基于BIM模型輸出二維圖紙（圖9為應用BIM模型直接輸出橋墩圖紙）。

（4）關鍵工藝的施工仿真（圖10為隧道三臺階臨時橫撐法的施工仿真）。

圖4 試點工程分解圖

圖5 試點工程WBS分解管理截圖

圖6 骨架驅動設計案例

圖7 試點實施標準構架

圖8 李家梁隧道洞口位置選擇及邊仰坡排水三維設計圖

圖9 應用BIM模型直接輸出橋墩圖紙

圖10 隧道三臺階臨時橫撐法的施工仿真

3 研究結論

（1）應用統一的BIM軟件平臺作為鐵路BIM設計的主平臺是可行的，有利于實現協同設計。

（2）應用BIM技術有利于提高設計系統性和精細度，從而提高設計質量。

（3）BIM技術在鐵路領域的研究應用需要再接再厲，BIM的應用價值有待不斷的深入挖掘。

4 結束語

BIM技術在鐵路領域的應用尚處于起步階段，仍面臨很多困難，但是鐵路BIM聯盟正牽頭領導各方團結協作逐個克服。BIM技術標準會陸續發布，為BIM應用奠定標準基礎；BIM軟件廠商陸續支持中國鐵路BIM標準，BIM軟件平臺會逐漸成熟；隨著17個BIM試點工程中BIM價值點的不斷挖掘和普遍認可，政策環境將逐步改善。鐵路BIM技術將快速發展，必將為提升鐵路建設運營發揮重大的作用。

［1］ 建質函［2015］159號 中華人民共和國住房和城鄉建設部關于印發推進建筑信息模型應用指導意見的通知［S］.

［2］ 李華良，楊緒坤，王長進，等. 中國鐵路BIM標準體系框架研究［J］. 鐵路技術創新，2014（2）：12-17.

［3］ 清華大學BIM課題組. 中國建筑信息模型標準框架研究［M］. 北京：中國建筑工業出版社，2011.

［4］ 劉延宏. EBS在鐵路工程建設管理中的應用探討［J］. 中國鐵路，2015（7）：62-65.

齊春雨：鐵道第三勘察設計院集團有限公司軌道交通勘察設計國家地方聯合工程實驗室，教授級高級工程師，天津，300142
蘇 林： 鐵道第三勘察設計院集團有限公司線站處，高級工程師，天津，300142

責任編輯 李葳

TP319

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1672-061X（2016）03-0013-05

中國鐵路總公司科技研究開發計劃項目（2014X007-A）。