鐵路BIM技術(shù)頂層設計研究與應用

馮光東，許永宏，操鋒

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

自2013年起，中鐵第四勘察設計院集團有限公司（簡稱鐵四院）以鐵四院總部設計大樓［1-2］和新鼓山隧道［3］為基礎，進行了單點工程的BIM技術(shù)應用；后逐漸在武襄十鐵路［4］、魯南高鐵等項目進行了鐵路全線、全專業(yè)、成系統(tǒng)應用。近年來，鐵四院逐步開展了佛山西站［5］、谷城北站、安江站、襄陽東站、天目山隧道、譚江特大橋［6］、富春江特大橋、杭州西站等單點工程BIM應用，以及常益長高鐵、福廈高鐵等鐵路全線BIM應用。隨著項目的增加，各專業(yè)BIM應用出現(xiàn)“多、亂、雜”等問題，具體表現(xiàn)如下：

（1）設計不成體系。建模標準不統(tǒng)一，不同人員、不同專業(yè)的文件命名不統(tǒng)一，建模深度也存在差異；由于無相關(guān)軟、硬件支撐等原因，模型建立后，出現(xiàn)業(yè)主不看、施工單位不用，甚至施工單位重新建模等情況。

（2）收益小、效率低。未產(chǎn)生經(jīng)濟收益，卻額外增加了工作量，成為一些專業(yè)的負擔，影響設計積極性。

（3）BIM設計與施工脫節(jié)。設計單位建立的BIM模型在施工單位無法應用，從而限制了BIM技術(shù)在設計單位的應用發(fā)展。

（4）BIM設計費用不統(tǒng)一，某些地方和行業(yè)有BIM設計計費標準，某些地方和行業(yè)無標準，影響B(tài)IM技術(shù)應用積極性。

（5）因生產(chǎn)任務重，很多設計人員既要參與二維設計，也要參加BIM設計，導致BIM設計人員工作量巨大，影響B(tài)IM設計效率。

鐵四院相關(guān)課題組認為，采取“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的辦法，無法解決上述問題，最終決定開展基于鐵路BIM技術(shù)的頂層設計研究，運用系統(tǒng)論方法，從全局角度出發(fā)，集中有效資源，高效快捷地實現(xiàn)鐵路BIM設計目標，從根本上解決鐵四院在鐵路BIM技術(shù)應用中的瓶頸。

1 解決方案調(diào)研

要開展鐵路BIM技術(shù)頂層設計研究，首要前提是進行解決方案調(diào)研，深入了解企業(yè)內(nèi)部專業(yè)情況，對標我國BIM技術(shù)應用開展較好的先進企業(yè)。根據(jù)“擺出問題、對標先進、尋找差距”的原則，制定出具體的解決方案調(diào)研實現(xiàn)流程（見圖1）。

圖1 解決方案調(diào)研實現(xiàn)流程

根據(jù)圖1所示流程，制定解決方案調(diào)研提綱。提綱主要包括且不限于以下內(nèi)容：

（1）調(diào)研鐵四院內(nèi)各專業(yè)BIM應用能力，BIM在各專業(yè)中的現(xiàn)階段及將來的定位，存在的問題，BIM發(fā)展的目標（包括培育期、發(fā)展期和成熟期），軟硬件需求等；

（2）走訪行業(yè)內(nèi)外BIM應用較好的企業(yè)，主要進行BIM應用對標，尋找差距；

（3）邀請業(yè)內(nèi)專家進行專業(yè)交流，請專家把脈，針對存在的問題尋求解決之道。

2 頂層設計內(nèi)容

國外發(fā)達國家BIM技術(shù)應用較早，除了在BIM標準、指導意見等方面處于領(lǐng)先地位，其設計與施工也具備豐富的案例經(jīng)驗。我國國家及地方政府、鐵路行業(yè)等也對BIM設計及施工越來越重視，魯南高鐵、杭州西站、襄陽東站、谷城北站等項目均有不同程度的BIM技術(shù)應用要求。業(yè)主的廣泛關(guān)注、市場的激烈競爭，以及鐵路BIM聯(lián)盟開展的大量前瞻性工作，全力推進了BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的發(fā)展，BIM技術(shù)已是鐵路設計企業(yè)必備的專項技術(shù)。

通過總結(jié)調(diào)研，形成鐵四院《BIM技術(shù)調(diào)研報告》。根據(jù)報告，結(jié)合鐵路設計行業(yè)內(nèi)外部BIM應用環(huán)境，完成了鐵四院鐵路BIM技術(shù)頂層設計（見圖2）。

由圖2可知，鐵四院鐵路BIM技術(shù)頂層設計主要從軟件平臺技術(shù)路線、BIM標準、中長期目標及相關(guān)保障措施等方面進行，著力解決軟硬件、人力資源、建模（含協(xié)同設計）、交付等阻礙企業(yè)BIM技術(shù)應用的各種問題，并從長遠角度制定了企業(yè)BIM實施目標。

2.1 技術(shù)路線

鐵四院鐵路BIM設計包括以下2條技術(shù)路線：

（1）單軟件平臺技術(shù)路線。以當前主流BIM設計平臺中的1款為主要平臺，進行全專業(yè)BIM設計。常見的設計平臺有Revit、Bentley、Catia等。

（2）多軟件平臺技術(shù)路線。以多個設計軟件開展BIM設計，最終在1款集成軟件中進行各專業(yè)模型的集成。當前，鐵四院BIM設計平臺較多，且各專業(yè)均在各自平臺上開展相關(guān)開發(fā)，且取得了很好的成效，因此在前期容許多平臺進行過渡，后期逐漸統(tǒng)一為單平臺設計。

2.2 設計規(guī)劃

2.2.1 BIM資源標準

主要包括硬件資源、人力資源和BIM模型資源庫。

（1）硬件資源。以超融合技術(shù)，在鐵四院內(nèi)部搭建能有效聚合、分配IT資源的高性能鐵四院BIM云平臺（見圖3），從而實現(xiàn)資源實時調(diào)整與優(yōu)化，滿足BIM設計硬件需求。

在鐵四院BIM云平臺中，管理員可根據(jù)用戶申請，調(diào)配對應桌面的資源，如增加內(nèi)存、顯存、核數(shù)及硬盤存儲等。當用戶不使用云平臺時，可將用戶資源收回。同時，平臺可備份用戶每天的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)誤刪時，可從備份數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)。

圖2 鐵路BIM技術(shù)頂層設計內(nèi)容

圖3 鐵四院BIM云平臺

（2）人力資源。以院領(lǐng)導統(tǒng)管鐵四院BIM應用，完善BIM組織架構(gòu)及崗位職責，形成如BIM總體、BIM專冊、BIM工程師等以項目為主體的崗位職責權(quán)屬。

（3）BIM模型資源庫。主要為輔助BIM設計的資源庫等，如自主開發(fā)的鐵四院族庫管理系統(tǒng)［7-8］（見圖4）及為提高BIM設計效率而購買、下載或開發(fā)的小插件、小程序等。

2.2.2 BIM行為標準

主要包括業(yè)務流程規(guī)范的梳理、設計流程的再造、協(xié)同設計標準的制定［9］。

以站房暖通設計為例，二維設計不需要指明位置，但是BIM設計則需要指明管線、設備等的明確位置，這需要更多的設計資料。因此，要梳理各專業(yè)設計流程，結(jié)合BIM設計特性，對BIM設計流程進行再造，形成符合BIM設計的流程，并基于該流程開發(fā)基于BIM技術(shù)的協(xié)同管理平臺——BIM工程設計管理平臺（見圖5）。在設計階段，各專業(yè)通過協(xié)同管理平臺進行BIM設計資源的互提（見圖6）。對于企業(yè)內(nèi)部協(xié)同，直接通過平臺實現(xiàn)；對于企業(yè)外部協(xié)同，由管理員分配用戶和相關(guān)權(quán)限實現(xiàn)。同時，該平臺還實現(xiàn)了BIM設計與企業(yè)既有生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)的對接。

2.2.3 企業(yè)標準

主要包括建模標準、交付標準及建模精度標準。

結(jié)合鐵路BIM聯(lián)盟相關(guān)標準，進行了鐵四院企業(yè)標準的制定。標準制定中，主要統(tǒng)一了各專業(yè)命名規(guī)則，各設計階段的BIM應用深度、材質(zhì)、參數(shù)設置規(guī)則，空間關(guān)系規(guī)則，建模重用規(guī)則等。在交付標準中，進一步明確了知識產(chǎn)權(quán)保護的問題，在向其他企業(yè)提交模型時，開發(fā)集成平臺，對模型進行輕量化并發(fā)布［10］，各企業(yè)可通過集成平臺在線查看BIM設計成果并進行審閱。

2.2.4 中長期目標

主要從培育期、發(fā)展期和成熟期等不同階段，在企業(yè)層面確定鐵路BIM設計總體目標：

（1）培育期（2017—2018年）。主要以中國國家鐵路集團有限公司及鐵四院科研項目進行試點，經(jīng)費全部由鐵四院提供，目的在于培養(yǎng)BIM設計人才。

圖4 鐵四院族庫管理系統(tǒng)

圖5 BIM工程設計管理平臺

圖6 各專業(yè)設計資源互提關(guān)系示意圖

（2）發(fā)展期（2018—2022年）。主要圍繞業(yè)主有BIM需求的項目及鐵四院指定重點項目進行BIM應用。BIM設計費用較低的，由鐵四院給予相關(guān)補貼，重在適應BIM市場環(huán)境，進一步培養(yǎng)BIM設計和管理人才。在一些鐵路設計項目中，嘗試采用BIM設計取代二維設計。

（3）成熟期（2022—2025年）。成立BIM團隊參與國內(nèi)外BIM招投標項目，且參與BIM設計全過程，并有成熟的BIM設計技術(shù)；參與鐵路設計項目的BIM咨詢，在項目中以BIM設計取代二維設計。

2.3 技術(shù)保障

技術(shù)保障要貫穿整個頂層設計始終，主要從培訓、考核、政策、資金、人力資源等方面進行支持；在培育期及發(fā)展期，政策、資金和培訓等向BIM傾斜；在每年對各處的考核指標中，增加BIM設計項。

3 結(jié)束語

近年來，通過開展福廈高鐵、常益長高鐵、贛深高鐵羊臺山隧道、富春江特大橋、杭州西站等多個鐵路BIM設計項目，對鐵路行業(yè)BIM頂層設計的成效進行驗證。驗證結(jié)果表明，BIM設計效率得到進一步提升，BIM設計質(zhì)量明顯提高，BIM應用項目數(shù)量和范圍進一步增大；BIM應用點由單一的建模、動畫、碰撞分析，逐漸向VR、裝配式、物聯(lián)網(wǎng)等多應用點“BIM+”方向拓展；積極開展基于EPC項目的BIM設計，打通BIM設計與施工間的數(shù)據(jù)交互。下一步，將根據(jù)BIM發(fā)展情況，對BIM頂層規(guī)劃進行細化和完善，以滿足鐵路設計全球化的需要。