基于青連鐵路四電工程BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

閆立忠

(青連鐵路有限責(zé)任公司,青島 266499)

BIM技術(shù)在我國(guó)鐵路行業(yè)的研究和應(yīng)用已全面展開(kāi)，各個(gè)鐵路項(xiàng)目逐漸將BIM技術(shù)作為衡量工程管理與施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，推廣應(yīng)用BIM技術(shù)是建設(shè)數(shù)字鐵路、智慧鐵路、精品鐵路的必然選擇[1]。

青連鐵路四電工程作為中國(guó)鐵路總公司工程管理中心選取的建筑信息模型技術(shù)(BIM)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目之一，為中國(guó)鐵路BIM技術(shù)推廣應(yīng)用進(jìn)一步積累了技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)，并培養(yǎng)人才，發(fā)揮BIM技術(shù)應(yīng)用示范帶頭作用。

1 項(xiàng)目概況

1.1 試點(diǎn)工程范圍

(1)青連鐵路膠南中繼站至董家口段，里程范圍DK89+000～改DK105+450，線路長(zhǎng)度16.45 km。

(2)膠南牽引變電所相關(guān)工程，里程范圍DK72+000～DK74+000，DDK1+000～DDK3+000，線路長(zhǎng)度4 km。

1.2 試點(diǎn)工程概況

試點(diǎn)工程包含兩部分，一部分為段落DK89+000～改DK105+450，線路全長(zhǎng)16.45 km，段落中包含車(chē)站1座即董家口車(chē)站；分區(qū)所1座即董家口分區(qū)所；特大、大中型橋梁10座；路基長(zhǎng)度共9 454.31 m。另一部分為膠南牽引變電所以及相應(yīng)的站前配套工程。

1.3 參與專(zhuān)業(yè)

鑒于四電工程的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，青連鐵路四電BIM試點(diǎn)工程需站前、房建以及其他站后工程參與，作為四電工程的基礎(chǔ)，試點(diǎn)項(xiàng)目為站前、站后全專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。

本次BIM設(shè)計(jì)工作參與專(zhuān)業(yè)為通信、信息、信號(hào)、電力、牽引變電、接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)，站前線路、軌道、橋梁、路基專(zhuān)業(yè)，以及房建、給排水專(zhuān)業(yè)。

1.4 軟件平臺(tái)

基于鐵路四電工程以及其他多專(zhuān)業(yè)協(xié)同的特點(diǎn)，本試點(diǎn)工程采用達(dá)索公司的軟件平臺(tái)以及二次開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)施：項(xiàng)目采用達(dá)索物理服務(wù)器2017x系統(tǒng)，協(xié)同設(shè)計(jì)采用3DEXPERIENCE平臺(tái)，模型采用CATIA建模軟件，協(xié)同管理采用ENOVIA平臺(tái)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)屬性賦予、驗(yàn)證、數(shù)據(jù)交互等工作。

2 BIM技術(shù)在協(xié)同設(shè)計(jì)中的方法研究

設(shè)計(jì)階段的BIM應(yīng)用是整個(gè)鐵路四電工程建設(shè)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)施工圖的質(zhì)量、模型交付質(zhì)量等，影響到下一階段的BIM工作開(kāi)展。通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，在同一項(xiàng)目環(huán)境中建立通信、信息、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)、牽引變電專(zhuān)業(yè)主體工程BIM模型，滿足空間布設(shè)合理性分析及檢測(cè)，綜合管線、設(shè)備設(shè)施碰撞檢查等BIM應(yīng)用，有效解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)溝通和信息傳遞不及時(shí)的問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。協(xié)同工作流程及內(nèi)容見(jiàn)圖1。

圖1 BIM協(xié)同工作流程及內(nèi)容

2.1 多方全面參與，為BIM協(xié)同設(shè)計(jì)提供保障

通過(guò)3DEXPERIENCE設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)設(shè)置賬戶權(quán)限以及版本管理等功能，為項(xiàng)目參與各方開(kāi)通獨(dú)立賬戶，設(shè)置角色權(quán)限，創(chuàng)建協(xié)同空間，配置數(shù)據(jù)成熟度等措施，保證BIM協(xié)同設(shè)計(jì)持續(xù)穩(wěn)定、高效有序推進(jìn)。

(1)人員賬戶

在3DEXPERIENCE系統(tǒng)平臺(tái)中的用戶，擁有獨(dú)立的用戶名和密碼。可隸屬于某個(gè)組織，擁有某些角色，為某個(gè)協(xié)同空間工作。

(2)角色權(quán)限

達(dá)索3DEXPERIENCE系統(tǒng)中角色常用的包括Reader、 Author、 Leader，不同的角色代表著對(duì)不同對(duì)象有不同的權(quán)限范圍，Reader表示有訪問(wèn)權(quán)限，Author表示有創(chuàng)建和設(shè)計(jì)修改功能，Leader表示有管理設(shè)計(jì)資源的功能，包括模板庫(kù)(Catalog)、模板(Template)等。

(3)協(xié)同空間

協(xié)同空間包括模板空間和項(xiàng)目空間，協(xié)同空間按照保密等級(jí)分為4種：私有的，受保護(hù)的，公共的，標(biāo)準(zhǔn)的。

(4)數(shù)據(jù)成熟度及版本管理

數(shù)據(jù)成熟度常用的包括設(shè)計(jì)狀態(tài)(Under Global Design)、發(fā)布狀態(tài)(Released)、廢棄狀態(tài)(Obsolete)。

2.2 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)及平臺(tái)，為BIM設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供同一數(shù)據(jù)源

達(dá)索軟件本身不具備鐵路設(shè)計(jì)功能，更沒(méi)有四電專(zhuān)業(yè)主要設(shè)備模型和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，通過(guò)建立四電專(zhuān)業(yè)本工程主要設(shè)備、構(gòu)件模型，并積累補(bǔ)充國(guó)鐵一級(jí)鐵路標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)業(yè)模板，為整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)協(xié)同及應(yīng)用管理提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)環(huán)境：在3DEXPERIENCE平臺(tái)中登錄系統(tǒng)時(shí)，各專(zhuān)業(yè)組織選擇對(duì)應(yīng)專(zhuān)業(yè)，協(xié)同工作空間選擇青連線。青連鐵路工作空間分為項(xiàng)目空間和模板空間[2]。各專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行與項(xiàng)目有關(guān)的工作時(shí)，選擇在“QingLianLine”項(xiàng)目空間進(jìn)行，各專(zhuān)業(yè)相關(guān)模板和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備存放在“Standard-專(zhuān)業(yè)”模板空間內(nèi)(圖2)。

圖2 青連鐵路BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

各專(zhuān)業(yè)基于同一數(shù)據(jù)源同步開(kāi)展設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)過(guò)程資料的傳遞帶來(lái)了便利，也避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上下序?qū)I(yè)因使用版本不一致產(chǎn)生差錯(cuò)。同時(shí)，基于達(dá)索3DEXPERIENCE平臺(tái)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)展建模、管理、分析、展示、仿真等工作，各種應(yīng)用可直接使用BIM設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)。

2.3 協(xié)同響應(yīng)機(jī)制是協(xié)同設(shè)計(jì)的核心

(1)自頂向下、骨架驅(qū)動(dòng)

利用3DEXPERIENCE平臺(tái)和CATIA軟件開(kāi)展鐵路各專(zhuān)業(yè)的三維設(shè)計(jì)，遵循“自頂向下逐級(jí)展開(kāi)、骨架驅(qū)動(dòng)模型”的設(shè)計(jì)思路，將每段BIM設(shè)計(jì)先按不同專(zhuān)業(yè)進(jìn)行劃分，專(zhuān)業(yè)內(nèi)再按工點(diǎn)進(jìn)行工程分解，形成總裝結(jié)構(gòu)樹(shù)。以線路空間曲線為主骨架，各專(zhuān)業(yè)內(nèi)再設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)骨架，最后創(chuàng)建專(zhuān)業(yè)模型的方式，開(kāi)展專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)。青連鐵路四電BIM試點(diǎn)項(xiàng)目的總裝結(jié)構(gòu)樹(shù)如圖3所示。

圖3 青連鐵路工程結(jié)構(gòu)樹(shù)

(2)發(fā)布引用、更新同步

達(dá)索系統(tǒng)中下序?qū)I(yè)要使用上序?qū)I(yè)的資料，通過(guò)上序?qū)I(yè)發(fā)布骨架元素、下序?qū)I(yè)參考引用的方式實(shí)現(xiàn)，并且內(nèi)含自動(dòng)響應(yīng)機(jī)制，當(dāng)上序發(fā)布的骨架發(fā)生調(diào)整后，會(huì)以特殊的圖標(biāo)自動(dòng)通知下序?qū)I(yè)，需要更新骨架，下序?qū)I(yè)更新時(shí)會(huì)以先更新各級(jí)專(zhuān)業(yè)骨架，然后再按更新專(zhuān)業(yè)模型的順序逐步更新。

通過(guò)梳理傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)上、下序資料，研究在BIM環(huán)境下，站前專(zhuān)業(yè)與四電專(zhuān)業(yè)的上下序資料內(nèi)容和接口形式。在BIM設(shè)計(jì)環(huán)境下，四電專(zhuān)業(yè)通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，向站前專(zhuān)業(yè)提出土建要求，站前專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)時(shí)，以點(diǎn)、線、面、實(shí)體、坐標(biāo)系等形式，為四電專(zhuān)業(yè)預(yù)留相應(yīng)骨架。四電專(zhuān)業(yè)確認(rèn)骨架資料無(wú)誤之后，進(jìn)行四電專(zhuān)業(yè)BIM設(shè)計(jì)[3]。

基于達(dá)索軟件平臺(tái)，建立BIM模式下協(xié)同設(shè)計(jì)的流程框架，進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)同一專(zhuān)業(yè)內(nèi)部、不同專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)(圖4)，如橋梁專(zhuān)業(yè)按照接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)下序資料要求為其預(yù)留的支柱定位元素(圖5)，站場(chǎng)提供的道岔關(guān)鍵點(diǎn)位元素和信號(hào)專(zhuān)業(yè)根據(jù)道岔關(guān)鍵點(diǎn)位元素設(shè)計(jì)的信號(hào)機(jī)機(jī)位(圖6)。

圖4 橋梁與接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)間接口應(yīng)用流程

圖5 橋梁提供接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)定位元素

圖6 站場(chǎng)提供道岔關(guān)鍵點(diǎn)位元素和信號(hào)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)位

3 BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理中的方法及應(yīng)用

3.1 基于ENOVIA平臺(tái)的項(xiàng)目管理

使用達(dá)索ENOVIA協(xié)同管理平臺(tái)進(jìn)行整個(gè)青連鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)管理以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多方參與下的全生命周期管理，包括人員、權(quán)限、任務(wù)、流程、交付等。任務(wù)管理采用自頂向下逐級(jí)分解模式，總體建立總?cè)蝿?wù)節(jié)點(diǎn)、各專(zhuān)業(yè)互提信息要求的子任務(wù)和各專(zhuān)業(yè)總?cè)蝿?wù)子節(jié)點(diǎn)，并將不同任務(wù)分別指派給各專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人，由專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人再分下一級(jí)任務(wù)并指派，直至任務(wù)分解完成。

為加強(qiáng)項(xiàng)目過(guò)程控制，依據(jù)WBS分解原則，對(duì)青連鐵路四電BIM試點(diǎn)項(xiàng)目的相關(guān)工作進(jìn)行任務(wù)分解。任務(wù)管理包括標(biāo)準(zhǔn)、骨架、模板、模型、二次開(kāi)發(fā)、專(zhuān)業(yè)間發(fā)布、文檔等，原則上分解粒度為每項(xiàng)工作用時(shí)不超過(guò)3 d，并將各項(xiàng)工作具體落實(shí)到人，過(guò)程中責(zé)任人動(dòng)態(tài)進(jìn)行填報(bào)。工作任務(wù)分解如圖7所示。

圖7 ENOVIA平臺(tái)各專(zhuān)業(yè)工作任務(wù)分解

通過(guò)使用ENOVIA項(xiàng)目管理平臺(tái)使工程總體進(jìn)度可控，過(guò)程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制點(diǎn)并提前做好協(xié)調(diào)工作。協(xié)同平臺(tái)記錄所有工作過(guò)程、交付物及審批流程，對(duì)交付物進(jìn)行完整的版本控制，確保資料的正確性。

3.2 進(jìn)度管理

鐵路四電工程施工現(xiàn)場(chǎng)千變?nèi)f化，有時(shí)候由于各方面的原因會(huì)造成進(jìn)度管理上的問(wèn)題，比如：設(shè)計(jì)圖紙的滯后帶來(lái)的進(jìn)度管理問(wèn)題；施工進(jìn)度計(jì)劃編制不合理造成的進(jìn)度管理問(wèn)題；現(xiàn)場(chǎng)人員的素質(zhì)不高造成的進(jìn)度管理問(wèn)題；因參與者眾多，溝通和銜接不暢導(dǎo)致的進(jìn)度管理問(wèn)題以及施工環(huán)境的問(wèn)題等[4]。正是由于在項(xiàng)目進(jìn)度管理中存在諸多問(wèn)題，因此，通過(guò)BIM技術(shù)將四電3D模型附加時(shí)間，構(gòu)成4D模擬，按照工程項(xiàng)目的施工計(jì)劃模擬現(xiàn)實(shí)的施工過(guò)程，通過(guò)虛擬建造，發(fā)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與進(jìn)度計(jì)劃之間的差異，從而調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃，把控項(xiàng)目的進(jìn)度管理。

通過(guò)將鐵路四電BIM模型與四電施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)和場(chǎng)地狀況進(jìn)行4D動(dòng)態(tài)模擬，4D動(dòng)態(tài)模擬可以形象地反映出施工過(guò)程中施工現(xiàn)場(chǎng)狀況以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化。通過(guò)對(duì)日期、工序的選擇，可直觀展示當(dāng)日、當(dāng)前工序工程進(jìn)展情況以及工程量變化情況。比如通過(guò)分析接觸網(wǎng)各工序布置與施工進(jìn)度之間、各種施工設(shè)施之間、材料供給與需求之間等諸多復(fù)雜的依存關(guān)系。將四電BIM模型和施工進(jìn)度計(jì)劃連接起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)BIM模型與進(jìn)度軟件之間的雙向數(shù)據(jù)交流和反饋[5]。

3.3 成本管理

鐵路四電工程單位工程量?jī)?nèi)的成本很高，而且線纜敷設(shè)和接線工作細(xì)致繁瑣，專(zhuān)業(yè)性要求高，由于不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和線纜特性產(chǎn)生的人工成本差異較大。在傳統(tǒng)的鐵路四電成本管理和造價(jià)核算中存在材料浪費(fèi)，盲目采購(gòu)，檢查、驗(yàn)收、領(lǐng)用控制不嚴(yán)，成本核算混亂、賬目不清晰，各環(huán)節(jié)相分離等現(xiàn)象[6]。

基于四電IFC以及BIM模型中的材料、尺寸等設(shè)計(jì)信息，ENOVOA平臺(tái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總并生成設(shè)備數(shù)量清單(Bill of Material，BOM)，根據(jù)BOM及《鐵路工程預(yù)算定額》，逐步形成工程數(shù)量及工程預(yù)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這種基于BIM的算量方法，將算量工作大幅度簡(jiǎn)化，也為圖紙上沒(méi)有體現(xiàn)的線纜路徑提供了算量依據(jù)，減少了因人為原因造成計(jì)算錯(cuò)誤，大量的節(jié)約了人為的工作量和所花費(fèi)時(shí)間[7]。同時(shí)依據(jù)BOM對(duì)物資采購(gòu)和工人領(lǐng)料作出嚴(yán)格精細(xì)化的管控，避免零散采購(gòu)和材料浪費(fèi)。

在傳統(tǒng)的成本核算方法下，一旦發(fā)生設(shè)計(jì)優(yōu)化或者變更，變更需要進(jìn)行審批、流轉(zhuǎn)，造價(jià)人員就需要手動(dòng)檢查設(shè)計(jì)變更，更改工程造價(jià)，這樣的過(guò)程不僅緩慢，而且可靠性不強(qiáng)。而B(niǎo)IM依靠強(qiáng)大的工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了二維施工圖與材料、造價(jià)等各模塊的有效整合與關(guān)聯(lián)變動(dòng)，使得設(shè)計(jì)變更和材料價(jià)格等變動(dòng)可以在BIM模型中進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。變更各環(huán)節(jié)之間的時(shí)間被縮短，效率提高，更加及時(shí)準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)提交給工程各參與方，以便各方及時(shí)做出有效的應(yīng)對(duì)和調(diào)整[8]。

3.4 質(zhì)量安全管理

鐵路四電工程點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、施工工序復(fù)雜、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、工藝要求精，配合部門(mén)多、施工人員分散、技能水平層次不齊，質(zhì)量安全管理工作繁瑣，是一項(xiàng)多方參與，多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)，多方位推進(jìn)，多工種交叉作業(yè)的系統(tǒng)性工程。

通過(guò)工序模擬，對(duì)錯(cuò)漏碰缺、交叉作業(yè)等影響工程質(zhì)量的位置進(jìn)行重點(diǎn)分析，提前避免工程質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)于線纜走向，設(shè)備安裝方向嚴(yán)格按照四電BIM模型進(jìn)行施工和安裝，利用工單管理系統(tǒng)分配到個(gè)人的任務(wù)進(jìn)行有針對(duì)性的質(zhì)量管理和檢查，通過(guò)施工前三維交底、過(guò)程中實(shí)時(shí)查閱BIM模型、完工后拍照上傳等基于BIM模型和平臺(tái)技術(shù)的手段，對(duì)過(guò)程中精準(zhǔn)有效的把控，保證并提升工程質(zhì)量，為全線靜態(tài)驗(yàn)收、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等工作奠定基礎(chǔ)。

鐵路四電工程的施工安全管理，可歸納為生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人、設(shè)備、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)估、消除和控制的綜合管理[9]。將BIM技術(shù)引入鐵路四電工程施工安全管理和風(fēng)險(xiǎn)控制當(dāng)中，規(guī)避施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)CATIA建立精確的BIM模型模擬安全防護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，尋找安全防護(hù)的關(guān)鍵部位，得出有效防護(hù)措施，安全性得以提高，提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 變更管理

鐵路四電工程各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間相互交叉、相互涵蓋，相互預(yù)留接口，每一個(gè)專(zhuān)業(yè)的變更都不是獨(dú)立的，往往是牽一發(fā)動(dòng)全身，不僅對(duì)專(zhuān)業(yè)施工有影響，同時(shí)和進(jìn)度、工序、成本等都有密不可分的聯(lián)系。

根據(jù)變更，在CATIA軟件中對(duì)模型進(jìn)行及時(shí)更新，通過(guò)ENOVIA平臺(tái)在各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間建立一致的變更流程，將變更決策清晰地傳達(dá)到所有受影響的專(zhuān)業(yè)，編排和同步從項(xiàng)目監(jiān)管到工程實(shí)施的變更場(chǎng)景，同時(shí)將變更與對(duì)應(yīng)版本的模型進(jìn)行掛接，保持嚴(yán)格的控制和可追溯性。

4 BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

各專(zhuān)業(yè)模型建完后，在進(jìn)行專(zhuān)業(yè)間協(xié)調(diào)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)了BIM設(shè)計(jì)過(guò)程中及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過(guò)程中的部分專(zhuān)業(yè)接口問(wèn)題[10]。

通過(guò)建立連貫的三維路基、橋梁電纜槽，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)電纜槽各自為政的設(shè)計(jì)方法存在的弊端，橋梁、路基完成各自區(qū)域內(nèi)電纜槽之后，未進(jìn)行區(qū)間電纜槽過(guò)渡段設(shè)計(jì)，導(dǎo)致電纜槽無(wú)法銜接，電纜無(wú)法敷設(shè)。此類(lèi)問(wèn)題在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)，路橋隧等站前專(zhuān)業(yè)在設(shè)計(jì)或者施工時(shí)，沒(méi)有考慮站后電纜槽銜接問(wèn)題，導(dǎo)致四電施工進(jìn)場(chǎng)之后，需要對(duì)電纜槽進(jìn)行破壞和修復(fù)，造成不必要的損失。見(jiàn)圖8。

圖8 未進(jìn)行橋梁路基電纜槽過(guò)渡段設(shè)計(jì)模型

針對(duì)這一問(wèn)題，BIM設(shè)計(jì)人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集，結(jié)合工程實(shí)際情況，建立橋路、橋隧過(guò)渡段電纜槽詳細(xì)模板，提交路橋隧等相關(guān)專(zhuān)業(yè)，完善電纜槽過(guò)渡段設(shè)計(jì)(圖9)。

圖9 完成橋梁路基電纜槽過(guò)渡段設(shè)計(jì)模型

4.2 碰撞檢查

利用BIM設(shè)計(jì)多專(zhuān)業(yè)成果統(tǒng)一、協(xié)同的特點(diǎn)，在三維環(huán)境中全面檢查各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)成果，通過(guò)建立設(shè)備實(shí)際尺寸模型，并布置在三維環(huán)境中，可快速發(fā)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)間設(shè)備碰撞、沖突，通過(guò)與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)密切合作，修改碰撞和沖突，優(yōu)化傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，為施工階段提供高質(zhì)量的設(shè)計(jì)圖紙和BIM模型。諸如，橋梁上接觸網(wǎng)下錨墜砣限制架與避車(chē)臺(tái)沖突，橋梁上接觸網(wǎng)下錨裝置與聲屏障沖突，以及站場(chǎng)接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)與電纜溝、電纜井、過(guò)軌管沖突等。見(jiàn)圖10～圖12。

圖10 橋梁上接觸網(wǎng)下錨墜砣限制架與避車(chē)臺(tái)沖突

圖11 接觸網(wǎng)支柱與橋梁結(jié)構(gòu)沖突

圖12 接觸網(wǎng)支柱與電纜井沖突

4.3 設(shè)備安裝位置合規(guī)性檢查

對(duì)信號(hào)設(shè)備外緣限界檢查，以及信號(hào)機(jī)顯示距離及遮擋檢查。

在此次青連鐵路BIM設(shè)計(jì)中，對(duì)信號(hào)設(shè)備設(shè)施的安全凈距以及信號(hào)機(jī)顯示距離等內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)及檢查。利用現(xiàn)有技術(shù)條件和專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段建立可視化限界圖例，并進(jìn)行人工確認(rèn)檢查，將出現(xiàn)碰撞、遮擋、侵限的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步修改和處理，確保設(shè)計(jì)成果的正確性和合規(guī)性。

利用此項(xiàng)BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備設(shè)施的限界、碰撞、視距范圍的可視化，能夠一目了然地了解各個(gè)設(shè)備設(shè)施的安裝情況是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范、是否發(fā)生沖突與碰撞、是否出現(xiàn)顯示范圍內(nèi)的遮擋等設(shè)計(jì)問(wèn)題，能夠有效開(kāi)展多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)及碰撞檢查，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和適用性。見(jiàn)圖13～圖15。

圖13 出站信號(hào)機(jī)顯示距離及外緣凈距范圍

圖14 調(diào)車(chē)信號(hào)機(jī)顯示距離及外緣凈距范圍

圖15 進(jìn)站信號(hào)機(jī)顯示距離及外緣凈距范圍

4.4 施工模擬

由于鐵路四電工程施工有其特殊的施工順序和作業(yè)組織方式，如電力專(zhuān)業(yè)和接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)要按鋪軌區(qū)段設(shè)置作業(yè)區(qū)段，統(tǒng)籌考慮與站前專(zhuān)業(yè)、鋪軌專(zhuān)業(yè)交叉配合施工。整體施工組織要按照“大循環(huán)，小流水”的程序化方式進(jìn)行施工；變電專(zhuān)業(yè)施工不受線路施工制約，無(wú)緊前工序制約，但受大型電氣設(shè)備供貨、外電引入、房屋進(jìn)度等影響。而且由于傳統(tǒng)的二維圖紙只包含本專(zhuān)業(yè)的管線以及設(shè)備的基本情況，不能了解整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)系，也不能呈現(xiàn)出集成圖紙的效果，所以在施工過(guò)程中會(huì)經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)間的沖突碰撞。通過(guò)BIM技術(shù)的引入，可以對(duì)鐵路四電工程進(jìn)行BIM三維模型可視化的施工模擬[11]。通過(guò)模擬四電工程的施工順序和作業(yè)組織方式，可以直觀地看到各專(zhuān)業(yè)及各系統(tǒng)之間的空間關(guān)系及碰撞問(wèn)題等。在施工之前，及時(shí)解決通過(guò)BIM施工模擬發(fā)現(xiàn)的各方面問(wèn)題，從而進(jìn)行方案的改進(jìn)和優(yōu)化，提升施工質(zhì)量，減少浪費(fèi)，創(chuàng)造價(jià)值[12]。

通過(guò)BIM技術(shù)，對(duì)鐵路四電工程進(jìn)行三維模型可視化的施工模擬，不但可以解決各專(zhuān)業(yè)、各系統(tǒng)之間的工序問(wèn)題和碰撞問(wèn)題，還可以解決四電的設(shè)備定位、現(xiàn)場(chǎng)空間分析、資源分配計(jì)劃等施工階段的各種問(wèn)題，給四電的施工帶來(lái)了巨大的幫助。

5 鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和驗(yàn)證

5.1 鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和驗(yàn)證

本項(xiàng)目BIM實(shí)施依據(jù)《鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》(1.0版)。在IFC標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)下建立相應(yīng)的三維模型，并附加相應(yīng)的IFC屬性集[13]。由于IFC4.0中原有的實(shí)體和屬性集未包含在鐵路四電IFC標(biāo)準(zhǔn)中，所以在達(dá)索系統(tǒng)中補(bǔ)充鐵路四電IFC相關(guān)實(shí)體和屬性集，還將原IFC4.0中與四電有關(guān)的內(nèi)容部署在達(dá)索系統(tǒng)中[14]。例如在鐵路四電IFC現(xiàn)有的基礎(chǔ)上新增枚舉項(xiàng)定義CANTILEVER腕臂、SUPPORTOR肩架，新增屬性Pset_Cable Carrier Segment Type Cantilever、Pset_CableCarrierSegmnentTypeSupportor。

各專(zhuān)業(yè)首先形成了本專(zhuān)業(yè)的IFC分類(lèi)和屬性表，然后在ENOVIA平臺(tái)上通過(guò)定義擴(kuò)展類(lèi)型的方式，完成IFC分類(lèi)和屬性集在達(dá)索系統(tǒng)的部署，并進(jìn)行了將BIM模型導(dǎo)出成ifc格式的文件的測(cè)試驗(yàn)證，保證創(chuàng)建的BIM模型符合IFC標(biāo)準(zhǔn)，能被其他支持IFC的軟件正確識(shí)別[15]。

5.2 鐵路IFD標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和驗(yàn)證

本項(xiàng)目BIM實(shí)施依據(jù)《鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)》。明確編碼原則，并為模型添加IFD編碼[16]。IFD標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)多，覆蓋面廣，若應(yīng)用場(chǎng)景不明確，將難以選用IFD編碼。因此，四電專(zhuān)業(yè)根據(jù)工程實(shí)際情況與設(shè)計(jì)習(xí)慣，制定IFD編碼原則，使本項(xiàng)目中設(shè)備和構(gòu)建編碼規(guī)則一致，為查詢和搜索奠定基礎(chǔ)。通過(guò)開(kāi)發(fā)IFD查詢與部署工具，將BIM模型賦予IFD編碼，并可自動(dòng)更新。

5.3 交付精度標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和驗(yàn)證

本項(xiàng)目BIM實(shí)施依據(jù)《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)》，本項(xiàng)目對(duì)照《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見(jiàn)稿)[17]，將標(biāo)準(zhǔn)中所要求的幾何精度和信息深度以三維模型和IFC、IFD的形式添加至BIM模型中。

幾何精度：按照工程圖紙，建立四電各專(zhuān)業(yè)設(shè)備、構(gòu)件及線統(tǒng)的模型，模型幾何精度均可達(dá)到1 mm。

幾何信息：根據(jù)工程實(shí)際需求，建立工程三維模型，包含設(shè)備模型的長(zhǎng)、寬、高以及定位信息等[18]。

非幾何信息：通過(guò)部署IFC屬性集、IFD分類(lèi)編碼以及達(dá)索系統(tǒng)自帶的模型信息，完成模型的非幾何信息的添加。

5.4 工程結(jié)構(gòu)分解

各專(zhuān)業(yè)工程結(jié)構(gòu)分解按照《鐵路工程設(shè)計(jì)信息模型表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)計(jì)單元的劃分，并結(jié)合《鐵路工程信息模型結(jié)構(gòu)分解標(biāo)準(zhǔn)》(暫行)，選取適合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的方法進(jìn)行分解，形成適合本項(xiàng)目的工程結(jié)構(gòu)[19]。

5.5 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的建議

(1)交付精度標(biāo)準(zhǔn)中需要輸入的非幾何信息，需要與IFC的屬性相對(duì)應(yīng)；

(2)交付精度標(biāo)準(zhǔn)中需要輸入的非幾何信息，如廠家信息等無(wú)法在設(shè)計(jì)階段獲取的，需要修改交付精度標(biāo)準(zhǔn)；

(3)針對(duì)IFD編碼方式不唯一的情況，建議統(tǒng)一編碼原則；

(4)IFC缺乏對(duì)于施工、運(yùn)維等應(yīng)用階段的全部描述，其各類(lèi)設(shè)備、纜線等的屬性集不完全適用于

模型全生命周期的應(yīng)用，建議考慮工程全生命周期的應(yīng)用。

6 結(jié)論與展望

青連鐵路四電BIM試點(diǎn)項(xiàng)目是首次開(kāi)展以四電為主的全專(zhuān)業(yè)的BIM應(yīng)用項(xiàng)目，站前站后多專(zhuān)業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(IFC)的部署、驗(yàn)證和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)(IFD)查詢和部署，探索BIM三維模型的建立，完成四電工程由2D向3D、4D轉(zhuǎn)變，探索BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中的應(yīng)用，以數(shù)字化、信息化和可視化的方式提升設(shè)計(jì)精度和深度，并達(dá)到施工信息的無(wú)縫傳遞、管理協(xié)調(diào)、安全質(zhì)量控制等目的。

通過(guò)青連鐵路四電BIM試點(diǎn)工程，探索BIM成果驗(yàn)收、審核、轉(zhuǎn)發(fā)、歸檔等管理模式和實(shí)現(xiàn)途徑，為真正實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在鐵路四電工程全生命周期中的應(yīng)用，提供了可參考的案例[20]。