■ 王朝存 于鳳

BIM技術(shù)在鐵路四電領(lǐng)域的綜合運用探討

■ 王朝存 于鳳

以目前鐵路四電工程全生命周期建設(shè)階段現(xiàn)狀為背景，結(jié)合BIM技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況，對BIM技術(shù)在四電工程領(lǐng)域設(shè)備分類編碼、信息共享、模型交付、標準化管理應(yīng)用等進行深入研究，提出基于BIM的四電應(yīng)用系統(tǒng)平臺，及其在不同階段的應(yīng)用方向。能夠為鐵路建設(shè)項目建設(shè)單位、設(shè)計、施工、監(jiān)理、運維在通信、信號、信息系統(tǒng)領(lǐng)域推行BIM技術(shù)，進行標準化管理，加強教育培訓(xùn)提供幫助和借鑒。

BIM；鐵路；四電領(lǐng)域；綜合運用

1 概述

BIM技術(shù)的快速發(fā)展對設(shè)計行業(yè)是一場革命，它涵蓋了整個規(guī)劃研究、建設(shè)實施、運營維護的全過程。掌握好BIM技術(shù)可以提升工作效率與質(zhì)量，規(guī)避系統(tǒng)工程建設(shè)風險，提高項目整體效益。

隨著BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域體現(xiàn)出的巨大應(yīng)用價值，BIM技術(shù)在鐵路建設(shè)領(lǐng)域的研究及應(yīng)用已成為一項迫在眉睫的重要任務(wù)。鐵路相關(guān)單位均加大BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域應(yīng)用的研發(fā)力度，積極開展相關(guān)工作。符合鐵路四電領(lǐng)域行業(yè)特點的BIM應(yīng)用標準，仍然是貫穿設(shè)計、施工、運維幾大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。中國鐵路BIM聯(lián)盟已經(jīng)啟動的分類編碼工作，是一個良好的開端，這項工作的持續(xù)推進，將對整個行業(yè)的BIM應(yīng)用產(chǎn)生深遠影響。

BIM技術(shù)在站后四電方面的綜合應(yīng)用，一方面能夠在站前多專業(yè)設(shè)計的工程、場地的基礎(chǔ)上，完成三維空間的適應(yīng)性分析，從而消除可能出現(xiàn)的碰撞；另一方面通過四電工程的可視化設(shè)計與施工，為鐵路工程提供準確的電氣及控制配套設(shè)施，避免施工過程中出現(xiàn)的各種錯誤，為開通運營打好基礎(chǔ)，同時為運維做好必要的信息準備。

2 鐵路四電專業(yè)在工程全生命周期的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的四電專業(yè)項目管理模式，管理方法成熟，業(yè)主可控制設(shè)計要求，施工階段比較容易提出設(shè)計變更，有利于合同管理和風險管理。但存在一些不足：（1）業(yè)主方在工程不同的階段可自行或委托進行項目前期的開發(fā)管理、項目管理和設(shè)施管理，但是缺少必要的相互溝通。（2）設(shè)計單位和供貨方的項目管理薄弱，工程項目管理只局限于施工領(lǐng)域。（3）監(jiān)理工程師對項目的工期不易控制，管理和協(xié)調(diào)工作較復(fù)雜，對工程總投資不易控制，容易互相推諉責任。（4）項目管理還停留在較粗放的水平，與國際水平相當?shù)墓こ添椖抗芾碜稍児具€有差距。（5）前期的開發(fā)管理、項目管理和設(shè)施管理的分離，僅從各自的工作目標出發(fā)，忽視了項目全生命的整體利益。（6）由多個不同組織實施，會影響相互間的信息交流，也就影響項目全生命的信息管理等。（7）二維CAD設(shè)計圖紙不方便各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通，傳統(tǒng)方法不利于規(guī)范化和精細化管理。（8）造價分析數(shù)據(jù)細度不夠，功能弱，企業(yè)級管理能力不強，精細化成本管理需要細化到不同時間、構(gòu)件、工序等，難以實現(xiàn)過程管理。（9）施工人員專業(yè)技能不足、材料的使用不規(guī)范、不按設(shè)計或規(guī)范進行施工、不能準確預(yù)知完工后的質(zhì)量效果、各個專業(yè)工種相互影響。（10）施工方對效益過分的追求，質(zhì)量管理方法很難充分發(fā)揮其作用對環(huán)境因素的估計不足，重檢查、輕積累。

因此，鐵路四電項目管理需要信息化技術(shù)彌補現(xiàn)有項目管理的不足，基于BIM技術(shù)四電信息管理應(yīng)用平臺系統(tǒng)正符合目前的應(yīng)用潮流。

3 BIM技術(shù)在四電專業(yè)中應(yīng)用的需求分析及技術(shù)體系

3.1 需求分析

“十二五”規(guī)劃中提出“全面提高行業(yè)信息化水平，重點推進建筑企業(yè)管理與核心業(yè)務(wù)信息化建設(shè)和專項信息技術(shù)的應(yīng)用”，可見BIM技術(shù)與項目管理的結(jié)合不僅符合政策的導(dǎo)向，也是發(fā)展的必然趨勢。

基于BIM的四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)的管理模式是創(chuàng)建信息、管理信息、共享信息的數(shù)字化方式，具有很多的優(yōu)勢：（1）基于BIM的項目管理，工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如量、價等，數(shù)據(jù)準確、數(shù)據(jù)透明、數(shù)據(jù)共享，能完全實現(xiàn)短周期、全過程對資金風險以及盈利目標的控制；（2）基于BIM技術(shù)，可對投標書、進度審核預(yù)算書、結(jié)算書進行統(tǒng)一管理，并形成數(shù)據(jù)對比；（3）可以提供施工合同、支付憑證、施工變更等工程附件管理，并為成本測算、招投標、簽證管理、支付等全過程造價進行管理；（4）BIM數(shù)據(jù)模型保證了各項目的數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整，可以方便統(tǒng)計，追溯各個項目的現(xiàn)金流和資金狀況；（5）根據(jù)各項目的形象進度進行篩選匯總，可為領(lǐng)導(dǎo)層更充分的調(diào)配資源、進行決策創(chuàng)造條件；（6）基于BIM的可視化系統(tǒng)能提前發(fā)現(xiàn)在施工階段可能出現(xiàn)的問題，并逐一修改，提前制定應(yīng)對措施；（7）使進度計劃和施工方案最優(yōu)，在短時間內(nèi)說明問題并提出相應(yīng)的方案， 再用來指導(dǎo)實際項目施工；（8）BIM 技術(shù)的引入可以充分發(fā)掘傳統(tǒng)技術(shù)的潛在能量，使其更充分、更有效地為工程項目質(zhì)量管理工作服務(wù)。

總體上講，采用基于BIM技術(shù)的四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)可使整個四電工程項目在設(shè)計、施工和運營維護等階段都能夠有效地實現(xiàn)建立資源計劃、控制資金風險、節(jié)省能源、節(jié)約成本和提高效率，同時能改變傳統(tǒng)的項目管理理念。

結(jié)合四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)的BIM多維度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的能力，通過數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支撐為電務(wù)項目精細化管理起到?jīng)Q定性作用，從而多方位創(chuàng)造項目效益。數(shù)據(jù)支撐對項目管理甚至企業(yè)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)問題產(chǎn)生了革命性的能力提升，將工程量的數(shù)據(jù)徹底透明化。數(shù)據(jù)支撐將在項目管理革命和整體行業(yè)進步中將起到更大的作用。四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)BIM的數(shù)據(jù)能力不同部門間的信息對稱能力和管理水平大為提升。

3.2 技術(shù)體系

（1）設(shè)備分類編碼體系。信息分類包括線分類體系及面分類體系。線分類法也稱層級分類法，是指將分類對象按所選定的若干分類標志，逐次地分成相應(yīng)的若干個層級類目，并排列成一個有層次、逐級展開的分類體系。線分類法的一般表現(xiàn)形式是大類、中類、小類和細目等，將分類對象一層一層地進行具體劃分，同位類的類目之間存在并列關(guān)系，上位類與下位類之間存在隸屬關(guān)系。面分類法又稱平行分類法，是指將所選定的分類對象的若干標志視為若干個面，每個面劃分為彼此獨立的若干個類目，排列成一個由若干個面構(gòu)成的平行分類體系。面分類法分類時所選用的標志之間沒有隸屬關(guān)系，每個標志層面都包含一組類目。

通過學(xué)習I S O 12006-2建筑關(guān)聯(lián)對象分類、SinoClass（14個分類表）、OmniClass（15個分類表），中國鐵道科學(xué)研究院提出基于BIM平臺編碼等分類編碼體系，結(jié)合Autodesk Revit軟件采用OmniClass體系進行族編碼，初步提出了四電專業(yè)的面分法設(shè)備編碼（基于OmniClass體系）。

（2）數(shù)據(jù)信息。在建立設(shè)備信息模型及工程信息模型時，應(yīng)在各個階段建立所需的數(shù)據(jù)信息。

（3）設(shè)備通用信息。四電設(shè)備通用信息包括專業(yè)、編碼、名稱等。

（4）模型精度要求。提出BIM模型在工程各階段的精度要求。

（5）建模及開發(fā)平臺。制定模型交付標準、規(guī)定模型建立依據(jù)、模型拆分的標準。開發(fā)平臺，如AutoDesk Revit、Inventor、Navisworks。

4 BIM技術(shù)在四電專業(yè)的應(yīng)用目標

根據(jù)BIM在國內(nèi)的使用現(xiàn)狀，提出鐵路四電應(yīng)用BIM的思路。應(yīng)用BIM技術(shù)創(chuàng)建信息模型，實現(xiàn)從二維圖紙到三維圖紙的設(shè)計轉(zhuǎn)型，建立相對完善的圖紙交付標準和管理制度。隨著基于BIM技術(shù)的四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)引入，傳統(tǒng)的鐵路四電工程項目管理模式將會革新，可以使眾多參與單位在同一個平臺上實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

在鐵路項目的建設(shè)管理、工程設(shè)計、工程實施、工程監(jiān)理、系統(tǒng)設(shè)備運維等階段的各參與單位配備四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)，使四電工程項目管理更為便捷、有效。系統(tǒng)依據(jù)并采用BIM技術(shù)體系，將四電工程的設(shè)計、設(shè)備制造及提供、系統(tǒng)集成及施工、維護管理等過程漸進式地集成在一個技術(shù)平臺下。實現(xiàn)設(shè)計、施工和運營維護階段等全生命周期工程數(shù)據(jù)信息可視應(yīng)用，工程項目進度、質(zhì)量、投資、資料方面精細化管理，便捷化的施工協(xié)調(diào)管理，隱蔽工程可視化管理，運維智能化管理。為有效實現(xiàn)建立資源計劃、控制資金風險、節(jié)省能源、節(jié)約成本和提高效率做好技術(shù)儲備。

適合鐵路工程四電應(yīng)用的軟件平臺，依然是BIM技術(shù)得以體現(xiàn)的基礎(chǔ)。目前，BIM技術(shù)在四電方面的應(yīng)用還處在前期階段，主要工作集中在如下幾個方面：

（1）BIM應(yīng)用前期構(gòu)件開發(fā)，工程模型創(chuàng)建；

（2）設(shè)備分類編碼；

（3）專業(yè)圖紙數(shù)字化、參數(shù)化的解析；

（4）設(shè)備編碼與圖紙數(shù)字化后的數(shù)據(jù)庫模型間的融合。

通過軟件平臺的支撐，BIM技術(shù)在四電方面的應(yīng)用，側(cè)重于強化BIM技術(shù)中的“I”信息共享、“M”模型創(chuàng)建應(yīng)用，主要體現(xiàn)在設(shè)備模擬調(diào)試，設(shè)備協(xié)同布設(shè)，設(shè)備快速查詢定位，模型分離控制，設(shè)計、施工和運營維護階段等全生命周期工程數(shù)據(jù)信息可視應(yīng)用等多個方面。同時通過BIM這個載體，還可以對工程項目的進度、質(zhì)量、投資等方面進行精細化管理。

5 鐵路四電工程BIM應(yīng)用平臺

5.1 應(yīng)用平臺功能

BIM技術(shù)在鐵路四電工程的應(yīng)用平臺由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、工程模型、應(yīng)用模塊、應(yīng)用流程、硬件網(wǎng)絡(luò)平臺等部分組成。

（1）橋梁、隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備布設(shè)。隧道內(nèi)四電設(shè)備布設(shè)密集（主要包含接觸網(wǎng)、通信漏纜、光纖直放站、綜合接地系統(tǒng)、區(qū)間信號設(shè)備、通信信號及電力電纜等），容易產(chǎn)生空間沖突。BIM應(yīng)用平臺可以解決傳統(tǒng)方式下難以實現(xiàn)的活動，或用更小的成本使結(jié)果趨于更優(yōu)。如對工程局部關(guān)系的分析，多個角色通過設(shè)備選擇器選擇對象，能突出需要確認的設(shè)施設(shè)備 ，以確認設(shè)計深度、施工結(jié)果等。根據(jù)設(shè)備構(gòu)成及對數(shù)據(jù)調(diào)用的意圖，動態(tài)配置或加載模型。獲取設(shè)備的布設(shè)位置、連接關(guān)系、裝配工藝等信息。信息模型對隱蔽工程提供了新的設(shè)計、施工、運維手段。在特殊工程環(huán)境等情況下，顯現(xiàn)設(shè)備安裝過程或結(jié)果。

（2）模型創(chuàng)建及發(fā)布。依據(jù)設(shè)計文件和規(guī)范建立模型，按工程建設(shè)過程承擔角色，利用應(yīng)用平臺進行信號平面布設(shè)、通信信號室內(nèi)設(shè)備布置、信息機房綜合布線。

（3）設(shè)備快速查詢定位。對設(shè)備實現(xiàn)快速查詢和定位。

（4）模型分離控制。平臺能夠?qū)δＰ头蛛x控制，按角色發(fā)布需要的數(shù)據(jù)（模型）。

（5）工程數(shù)據(jù)信息可視應(yīng)用。將模型按工程流水進行劃分，獲?。P(guān)鍵環(huán)節(jié)）最小檢驗批次的信息模型，增加質(zhì)量管理的內(nèi)涵（追溯、對比）。將施工組織信息與工程模型進行一定的融合，輔助進度管理。細分工程模型最小單元，關(guān)聯(lián)多種格式的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)基于模型的施工過程工程數(shù)據(jù)信息（多元化的資料）的創(chuàng)建。集中管理，快速調(diào)用。

5.2 平臺在設(shè)計、建管、施工、運維的應(yīng)用管理

試點工程范圍：蘭渝線LYS5標隴南站—桔柑站（不含）的信號、通信、電力、電氣化工程（涉及線路、站場、橋梁、隧道、房建等工程），包括楊家壩隧道四電工程。

5.2.1 設(shè)計階段

（1）設(shè)計者：通信、信號、信息、電力、電氣化等專業(yè)設(shè)計者建立設(shè)計工程信息模型，并為工程項目建設(shè)中施工、監(jiān)理、運維等各個階段所有要素提供基礎(chǔ)資料，涵蓋了安裝及養(yǎng)護、維修指導(dǎo)信息的數(shù)據(jù)接口。對復(fù)核、審核、審查者提出的修改意見和建議，對工程模型進行完善。通過BIM應(yīng)用平臺將模型交付建設(shè)單位。

（2）審核者、審定者：按專業(yè)、功能、系統(tǒng)進行模型分解和組合，驗證數(shù)據(jù)的完整性和準確性。利用信息模型確認設(shè)計合理性（如空間布設(shè)、走線等）。

5.2.2 建管階段（施工圖審查）

通過BIM應(yīng)用平臺遠程查閱設(shè)計模型，了解并體驗工程情況和設(shè)計意圖。檢查各專業(yè)之間設(shè)備的沖突及不滿足相關(guān)規(guī)范的情況（如楊家壩隧道內(nèi)接觸網(wǎng)及回流線、通信漏纜、綜合接地設(shè)備等布設(shè)狀況）。

5.2.3 建管階段（工程管理）

通過BIM應(yīng)用平臺，對設(shè)計提交的工程模型進行接收；進行工程模型的體驗和確認；通過平臺協(xié)助技術(shù)交底、采購、施工組織。

5.2.4 施工階段

通過應(yīng)用平臺對工程情況進行全面的了解和體驗。在設(shè)計模型的基礎(chǔ)上結(jié)合施工創(chuàng)建施工模型。在技術(shù)交底、采購、設(shè)計變更、工程驗交等環(huán)節(jié)對平臺進行應(yīng)用。

5.2.5 運維階段

運營維護階段中，建筑信息模型繼承了設(shè)計、施工期的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上給各運營維護單位提供一個分層可視的操作界面，用戶能夠以一種宏觀到微觀的效果使維護工作人員能夠更清楚地了解設(shè)備信息，以三維視圖展示設(shè)備及其部件，通過數(shù)據(jù)支持可以在此視圖中指導(dǎo)維護人員對設(shè)備進行維修維護，避免和減少由于欠維修或過度維修而造成的消耗。同時可以進行工程驗收、培訓(xùn)。幫助運營維護單位提高設(shè)備維護管理水平，降低運營維護風險和成本，提高管理效率，節(jié)省成本。

6 結(jié)束語

在對鐵路四電專業(yè)工程應(yīng)用中存在問題進行分析的基礎(chǔ)上，初步提出將BIM技術(shù)應(yīng)用在四電領(lǐng)域的設(shè)想。完全實現(xiàn)鐵路四電系統(tǒng)BIM設(shè)計及應(yīng)用是一個長期的過程，需要線路、站場、房建等相關(guān)配套專業(yè)的大力配合和支持。BIM技術(shù)在鐵路四電領(lǐng)域的應(yīng)用實現(xiàn)是一次設(shè)計技術(shù)的革命性創(chuàng)新，同時大力推動鐵路四電工程建設(shè)模式、運維管理的轉(zhuǎn)型，對整個鐵路四電行業(yè)產(chǎn)生重大的影響。

[1] 朱江．BIM在鐵路設(shè)計中的應(yīng)用初探[J]. 鐵道工程學(xué)報，2010(10)：104-108.

[2] 盧祝清．BIM在鐵路建設(shè)項目中的應(yīng)用分析[J]. 鐵道標準設(shè)計，2011(10)：4-7.

[3] 逯宗田．鐵路設(shè)計應(yīng)用BIM的思考[J]. 鐵道標準設(shè)計，2013(6)：140-143.

王朝存：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司通號處技術(shù)開發(fā)所，副所長，高級工程師，陜西 西安，710043

于鳳：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司通號處技術(shù)開發(fā)所，副所長，高級工程師，陜西 西安，710043

責任編輯王小紅

U28；U22

A

1672-061X（2014）02-0022-04