基于BIM的軌道交通實驗平臺建設

田晶京 鄭云水

摘要：文章在分析我國鐵路行業BIM技術應用前景的基礎之上，根據鐵路行業人才培養的需求，考慮鐵路行業發展的需要，結合鐵路“四電”專業課程的特色，提出了基于BIM的軌道交通實驗平臺建設方案，并在蘭州交通大學的實驗教學建設當中加以研究和實踐。

關鍵詞：實驗平臺建設；軌道交通；BIM

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0275-02

一、引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）當前在建筑行業的運用相對成熟，但在我國鐵路領域的運用剛剛起步，屬于鐵路領域新技術。隨著BIM技術在工程建設領域廣泛應用，三維模型取代二維圖紙傳遞信息已成大勢所趨。BIM技術能夠快速發展，與高校在BIM技術課程體系建設、人才培養模式開展方面做出的工作有很大關系。美國的亞利桑那州立大學、德克薩斯大學、加州州立大學等多所大學都將BIM技術引入到課程教學中，強調理論與實踐相結合。在國內，已經有部分高校將BIM技術引入到教學研究中。清華大學與廣聯達公司共同成立BIM研究中心，對BIM應用軟件的集成、工程項目管理系統、三維實體建模等進行了研究；同濟大學與魯班軟件公司達成協議，就如何將BIM技術應用于教學進行了合作簽約；天津理工大學借助BIM的仿真技術開展工程項目管理課程；深圳大學在工程制圖課程中結合BIM技術對建筑構件進行可視化教學。

在鐵路“十三五”規劃當中，研究BIM技術在鐵路設計、施工、運營的全生命周期中的應用是“十三五”鐵路科技創新重點任務之一。主要的研究內容包括：研究鐵路全生命周期BIM模型架構頂層設計和構建技術，研究基于“互聯網+”的BIM模型信息收集、存儲、傳遞的集成體系，研究多層次、多平臺、多應用技術條件下的BIM模型綜合管控技術，研究鐵路BIM技術標準、實施標準及相關應用規范。近期，鐵路總公司總經理陸東福在視察中國鐵設時就指出，要抓住當前大數據、物聯網、人工智能等技術快速發展的機遇，將BIM技術在鐵路設計選線、工程建設管理、鐵路運營維護等環節的接續運用，推進鐵路數字化、智能化建設。鐵路建設需要大量具備專業知識同時掌握BIM應用的人才，因此作為為鐵路建設培養大量人才的高等學校，建設與軌道交通專業緊密相關的BIM實驗平臺是滿足鐵路建設人才培養的需要，是鐵路特色學校建設與發展的需要，是軌道交通鐵路特色專業建設與發展的需要，是軌道交通鐵路特色專業教學的需要。

BIM技術的最大優點在于全生命周期價值的發揮，即BIM技術可貫穿于鐵路工程建設的設計、施工和運維三個階段，通過三維協同設計和三維立體顯示，提高設計效率和質量，以及有效解決設計中的差錯漏碰；也能通過三維模型展示和四維信息化顯示，直觀地有效管理施工過程；更能通過對設計、施工過程中形成的三維立體模型和四維的信息儲存，形成對運營和維護管理的有效信息，方便運營和維護管理，提高運營管理質量和效率。因此，BIM技術對鐵路現代化建設和管理意義重大，各級鐵路建設和管理者均十分重視。基于BIM的軌道交通實驗平臺建設能夠使教師和學生緊跟鐵路發展的最新動向，為鐵路設計、施工、運維等單位培養需要的人才；軌道交通專業的發展方向必須符合鐵路建設的發展要求，基于BIM的軌道交通實驗平臺建設滿足了軌道交通專業發展的需要；基于BIM的軌道交通實驗平臺建設對交通控制專業教學、科研以及人才培養具有重要的作用。

二、BIM在鐵路工程建設中的應用現狀

BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為參建各方提供協同工作的平臺，在提高生產效率、建筑質量、節約成本和縮短工期方面有明顯效果。這一理論最早出現于建筑工程領域，目前在該領域的理論研究與時間相對于鐵路行業較為領先。與建筑工程相比，鐵路建設是一項龐大復雜的系統性工程，需要各階段內多專業間的密切配合，頻繁地進行多種形式的信息的交互，并且多個建設參與方要共同進行溝通協作來完成。

運營、設計及軟件開發等相關部門都在大力推進鐵路數字化發展。從鐵路設計開始到施工，一直到運營維護，都可以用一個完整的模型整合在一起，這樣可確保將鐵路系統從設計階段到運營階段的各個技術點統一在一個完整的數據平臺之上，為設計者、施工者、運營管理者提供一個有效的數據基礎，讓他們協同實現各自在不同環節的工作目標。

BIM究其根本是一個集大數據的大平臺模型，BIM的最終表現形式為可視化的多維度、多功能、多用途的計算機圖形模型，所以BIM模型最終是以多維度、多功能、多用途的模型計算機圖形的形式展現在顯示設備上。這就對計算機的圖形處理能力提出了嚴峻的考驗。再反觀如今的鐵路建設工程項目往往體量巨大，大跨度橋梁隧道等比比皆是。龐大的海量工程信息加上巨大的工程體量使得BIM模型非常巨大，即使再最高端的民用計算機設備上運行起來也是未免顯得捉襟見肘。目前為解決此現象，行業內的通用做法是配置超高端的定制計算機，外加每臺計算機專門配置運行模型需要的軟件程序。完成如此巨大的項目工程來說，需要幾十臺此類軟硬件設備。同時考慮到鐵路建設工程的施工、運維等階段的實際使用情況，需要在工地現場運用，這樣對移動辦公就提出了更高的要求。

三、研究思路與方法

1.研究思路。①基于BIM的軌道交通實驗平臺建設必要性和可行性。在對鐵路設計、施工、運維等單位進行大量調研的基礎之上，掌握BIM在鐵路行業的應用現狀，了解BIM在鐵路行業今后的發展趨勢，從而明確項目建設的必要性；在對相關高等學校和科研單位調研的基礎之上，掌握項目的國內研究水平，明確項目實施的可行性。②研究建設基于BIM的軌道交通實驗平臺所需的硬件基礎。首先，BIM利用地理信息系統、鐵路線路和勘測數據，創建了既有鐵路線路模型和附屬工程模型，在此基礎上再進行信號、通信、供配電、接觸網等的詳細設計，因此需要在多個軟件之間進行無縫環境的整合和可視化。其次，BIM系統中的設備、線路、附屬工程設施等要能夠檢查設計方案的可行性和可施工性，最終的設計效果圖可以實現三維顯示。第三，BIM模型不僅具有圖形顯示的功能，還具有相應的物理特性和管理信息等內容。研究并搭建能夠實現以上這些功能的硬件，并優化硬件系統。③對比BIM各軟件的特點，提出實現實驗平臺的軟件。BIM涉及到的應用軟件主要包括：Revit、Catia、Inventor、Bentley Micro Station與GeoStation等，各個軟件都有自身的特點和優勢，BIM技術屬通用基礎平臺，其專業性不夠，技術適應性差，缺乏統一的專業間交互數據格式支持。搭建基于BIM的軌道交通實驗平臺軟件系統，需要結合專業特點和需求，對比各個軟件的實際應用，提出切實可行的軟件系統實現方案。④提出基于BIM的軌道交通實驗平臺的建設方案。在對硬件系統、軟件系統分析、論證的基礎之上，提出基于BIM的軌道交通實驗平臺的建設方案并加以實施。本系統雖然是實驗平臺，但系統功能和邏輯必須與現場真實設備一致，因此對于本系統的測試與驗證，可完全按照真實系統進行。根據實驗平臺中出現的問題，對系統進行優化，完善建設方案。

2.研究方法。結合課題的研究方向及內容，提出研究帶動建設、建設促進研究的項目研發方式；同時在科研項目的帶動下，使BIM技術在軌道交通領域的全新應用得以實踐。具體研究及應用的情況如下：①在鐵路的相關設計、施工、運維等單位做了大量的調研工作，掌握了BIM在鐵路行業中的應用現狀及發展趨勢。②研究BIM現有軟件，熟悉各個軟件的特點。③研究“鐵路四電工程BIM設計”，了解實驗平臺建設的硬件基礎。

四、總結

城市軌道交通工程中土建工程BIM技術的應用難度并不大，價值體現也不高。設備系統部分卻較為復雜，由車輛、軌道、通信、信號、供變電、接觸網等十多個系統組成，BIM技術在這一領域具有較大的應用空間。到目前為止，基于BIM的鐵路信息化管理平臺尚處于研究階段，因此，采用研究帶動建設、建設促進研究的實驗平臺建設方式，使BIM技術在軌道交通領域的全新應用得以實踐。

參考文獻：

[1]鐵路“十三五”發展規劃.2017，（11）.http：//www.nra.gov.cn/