BIM在鐵路站房應用的關鍵技術研究

呼臘梅

（北京經緯信息技術有限公司，北京 100081）

0 引言

BIM技術作為信息化技術的重要組成部分，為建筑行業的虛擬建造和運維管理發展帶來了巨大價值。然而，國內外對于BIM技術在運維管理階段的應用仍處于探索發展階段。Hu等［1］開發了基于Industry Foundation Classes（簡稱IFC）格式和語義網絡技術的隧道問題診斷系統，并且在實際工程中體現了基于BIM技術的系統實用性和可行性。Wang等［2］對基于BIM+GIS技術的地下公共設施的管理展開研究，探討了三維可視化技術能夠輔助地下公共基礎設施，實現更加方便的管理，有利于提高地下公共基礎設施的管理效率和運維決策準確性。

BIM技術具備參數化、信息一體化、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點［3-4］，不僅能夠管理圖形的視覺效果［5］，而且能夠承載模型數據信息，從信息深度和幾何精度更加直觀形象地展示BIM價值。借助于設計信息、設備管理信息和其他資產管理方面的信息，BIM模型能夠促進運維單位更好地決策與應用［6-8］。結合運維工作開展的實際情況，BIM技術可以在建筑運維空間管理、數據管理和質量管理方面得到應用，進而提升運維管理工作的質量［9］。目前，BIM技術在變電站、機電、鋼結構雨棚等項目中得到了初步的應用［10-12］。然后，針對BIM技術在運維管理階段的關鍵性問題研究較少，因此研究從運維管理平臺與BIM技術相結合的角度探討目前需要解決的關鍵技術。

1 BIM模型在運維管理中存在的問題

在鐵路站房的運維管理中，傳統的管理方式存在無法在電腦端展示設備的三維真實狀況、無法實現多專業的集成展示等缺陷。基于BIM技術的設備運維管理可較好解決傳統管理存在的問題，并制定出高效快捷的解決方案。

然而，在基于三維可視化技術的鐵路站房運維平臺中，為更好地將BIM技術與實際的運維管理高效結合，需要針對BIM模型本身缺陷，提出可執行的方案，實現模型的高效利用。BIM模型在運維管理中存在的問題如下：

（1）信息的完善程度。由于BIM模型貫穿于設計、建造、運維、管理等全生命周期，模型的完善程度對基于BIM技術的設備運維管理具有重大影響。在設計、建設期產生的數據信息，如何添加到BIM模型載體中，需要展開進一步研究，進而保證模型屬性的完整性與真實性。

（2）模型的分類方法。在搭建BIM模型過程中，通常將房建專業的BIM模型分為建筑、結構、給排水、暖通、電氣專業。此分類方法在運維管理過程中，無法更加詳細、具體地展示模型類別，導致在實際的運維中，BIM模型給管理帶來模型復雜、結構混亂等現象，嚴重降低BIM的實際應用價值、運維管理的效率，造成人力、物力與經濟的浪費與損失。

（3）模型的顯示規則。在BIM模型的展示過程中，不僅需要解決模型的分類方法，同時需要對不同專業的模型信息的展示方案進行研究。采用符合實際運維管理的顯示規則，能夠真正體現BIM技術的價值與意義；相反，采用劣等的模型顯示規則，給模型的顯示與使用造成阻礙，降低實際設備的運維管理效率。

（4）模型信息的檢索途徑。檢索是搜索信息的最便捷方式，模型信息的檢索存在多種方式，檢索方式的選用恰當與否直接影響模型的展示效果、運維管理效率，因此，在實際運維管理中檢索途徑的選擇為必須考慮因素。

2 運維管理階段BIM模型的處理方案

2.1 模型信息完善

模型屬性的完善主要包括2個級別的屬性補充完善：一是建模階段的屬性完善；二是運維管理平臺級別的屬性完善。BIM模型在建模階段，主要包括幾何信息和非幾何信息，通過建模軟件的屬性掛接界面實現模型屬性的完善（見圖1）。以Revit為例，可以通過點擊“項目參數”面板，完成屬性的添加與完善。

圖1 建模階段屬性掛接機制

為了使運維管理平臺能夠集成全生命周期的數據，平臺囊括了從設計、施工到運維的全部數據。BIM模型在運維管理平臺中，需要借助于構件的唯一內置ID實現各階段數據的正確關聯。ID是指設計階段建模人員人工創建模型時，模型具備的唯一編碼信息識別序列號。主要的屬性關聯機制為：設計、建設、運維階段產生的交付數據保存在平臺服務器數據庫中，文件保存在平臺文件服務器中，數據及文件通過構件的唯一ID與模型進行關聯，該ID雖然能夠以一一映射的方式連接屬性數據庫，但需要人工指定確認，且沒有字面意義，所以不具備實操性。通過對模型構件、平臺、業務系統采用統一的編碼標準，不僅可準確反映構件的詳細信息，也能保證構件的唯一性，可供計算機解析，并以此作為實體模型與數據信息的紐帶。

2.2 模型分類方法

房建專業包含建筑、結構、給排水、暖通、電氣等專業。針對不同的構件、不同的命名，需要依托于模型樹劃分實現模型的有序展示。由于在建模過程中，建模人員參照設計圖紙進行建模，因此，在運維階段，為減少建模人員重復工作量，盡量按照建模工具中給出的不同類別構件進行劃分，創建適合于實際管理活動的系統化、規范化的BIM模型樹，形成信息化管理與運維管理作業相結合的運營模式。同時，架構清晰、分類合理的模型樹結構，能夠較好地區分不同的構件類別以及控制構件的顯示形式，不僅提高運維階段與建模階段的工程對接效率，同時能夠高效地管理BIM模型，快速地在運維階段定位到所需要的構件。

以京張高鐵昌平站為例，鐵路站房專業的模型按照4個級別進行劃分：第1級為整座站房，如昌平站；第2級為專業名稱，如結構、建筑、給排水等；第3級為不同的子類設備，如梁、板、柱、墻等；第4級為各獨立設備的名稱，該名稱可以依據設計圖紙中的信息進行命名（見表1）。

2.3 模型顯示規則

由于利用BIM軟件搭建的模型無法形成系統性、導向性的顯示規則，因此，需要在運維管理中對模型的顯示規則展開研究。在站房專業中，主要通過2個兩維度（模型的分類方法和站房設備所在的樓層）的顯示規則進行定義。模型的分類方法如2.2所述，按照4個級別劃分。站房設備所在的樓層包括地上和地下，分別對每一層的設備添加樓層屬性，達到按照屬性約束的目的。由于在BIM軟件中，無法實現依據雙重理念（運維管理者的意愿和計算機中模型的固定屬性）成功表達模型的顯示/隱藏特性，因此，需要在運維管理平臺中，對模型的顯示規則通過計算機編程語言進行選擇性的展示，動態地實現模型按需顯示的效果。

表1 昌平站模型劃分規則

2.4 模型信息檢索途徑

為了能夠快速定位到BIM模型，實現BIM模型在運維管理中的輔助故障檢修、維修的功能，需要對模型的信息檢索途徑進行定義。在BIM模型中，檢索途徑主要有2種方式：第1種是對各設備模型進行規則性的編碼定義，針對站房專業，對各設備不同位數和不同序列碼代表的含義進行嚴格映射與編碼，保證各設備的編碼唯一，同時借助于計算機編程技術對設備不同位數的序列碼進行定義，實現模型信息的快速檢索；第2種途徑是對模型的設備進行屬性添加，針對具有某一相同屬性的設備，配備相同的屬性名稱、屬性值和屬性值類型，針對不同類型的屬性名，依據具體的屬性信息，在同一屬性名稱或者不同屬性名稱中分配不同的屬性值，方便運維管理人員能夠快速檢索到需要的設備類型或者設備實體。

3 案例驗證

BIM技術在站房專業領域的設計、施工、運維管理中起到了重要的作用，實現基于BIM技術的三維可視化管理，保證了全生命周期中信息的完整性。尤其是在“精品工程、智能京張”昌平站建設項目中，BIM技術的使用為信息化的運維管理帶來了重要的價值與意義。

3.1 模型屬性掛接

通過在建模軟件中與運維管理平臺中，對模型的屬性進行完善，實現了全生命周期信息的集成與展示（見圖2），昌平站的基本信息、設計信息、建造信息、資產信息和運維信息等內容見圖3。

圖2 昌平站BIM模型

圖3 昌平站屬性信息

3.2 模型結構樹劃分與模型顯示規則

在昌平站的運維管理中，從站房的專業維度和樓層維度，對BIM模型進行了分專業查看與分層查看。首先按照建筑、結構、給排水、消防、站臺、雨棚等專業對昌平站的BIM模型進行劃分，其次按照“樓層選擇”功能對昌平站的各層信息進行可視化展示（見圖4）。通過BIM模型的分層展示和分專業展示，有助于運維管理人員對昌平站的專業設備與信息進行詳細了解，促進維修、檢修工作的有序開展。

圖4 昌平站各專業設備BIM模型

3.3 模型檢索及運維信息檢索

在昌平站BIM模型中，采用了對模型各設備添加屬性的方法（即對昌平站模型的各構件添加屬性，屬性值為昌平站）實現模型檢索。首先在BIM模型中添加屬性，并通過“車站選擇”按鈕實現對運維管理平臺中昌平站與其他站BIM模型切換功能。其次，針對站房/站臺不同類別的設備添加站房/站臺屬性值，即可通過點擊選擇“站房”/“站臺”實現“計劃查詢”列表中的檢修、維修作業的記錄查詢（見圖5）。

圖5 模型查詢選擇與檢修、維修作業查詢選擇

4 結束語

BIM技術在運維管理平臺中的應用，其關鍵技術主要體現在模型屬性掛接、模型結構樹劃分、模型顯示規則以及模型檢索等方面。基于完善的屬性信息與良好的劃分原則，能夠保證基于BIM技術的房建專業模型與實際運維管理相匹配，實現運維階段的數字化管理與應用。將BIM展示功能提升到BIM應用領域，利用信息化、數字化的管理，達到統一平臺、統一模型樹劃分標準，實現數字模型的價值與意義。目前我國鐵路行業BIM技術在設計、建造、運維階段取得了一定成果，還需要在相關技術、標準、政策和管理方面進一步優化與完善。