■ 中國鐵路總公司工程管理中心

中國鐵路BIM技術(shù)研發(fā)和應用框架

■ 中國鐵路總公司工程管理中心

綜述國內(nèi)外BIM技術(shù)研究和應用現(xiàn)狀，從標準規(guī)范制定、隧道、橋梁、路基、測繪、地質(zhì)、站房、四電集成BIM應用研究等8個方面詳細分析我國鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應用情況，提出鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應用的重點和難點。

中國鐵路；BIM技術(shù)；應用現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外越來越多的工程實踐證明，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的研究和應用可有效提升建設項目設計、施工及運營的科學技術(shù)水平，實現(xiàn)建設項目全生命周期管理（Building Life Cycle Management，BLM）信息化，具有巨大的應用價值和廣闊的應用前景。BIM的發(fā)展和應用并不是一個單純的技術(shù)問題，而是一種全新的理念，它涉及到從項目規(guī)劃、設計、施工到運營維護階段的一系列創(chuàng)新和變革，只有制定行之有效的行業(yè)應用研究和發(fā)展戰(zhàn)略，BIM的發(fā)展和應用才能達到預期水平。

中國鐵路總公司（簡稱總公司）高度重視BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的研發(fā)和推廣應用工作。2013年4月20日和5月24日，盧春房副總經(jīng)理2次主持召開會議，研究加快鐵路工程建設信息化推進工作，制定了“以鐵路工程設計、建設、運營全生命周期管理為目標，以標準化管理為抓手，以BIM技術(shù)為核心，建立統(tǒng)一開放的工程信息化平臺和應用”的總體規(guī)劃，明確了由盧春房副總經(jīng)理、何華武總工程師負責領導鐵路工程建設信息化推進工作，王同軍副總工程師全面負責日常工作，總公司工程管理中心承擔具體組織推進工作。雖然鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應用還處于起步階段，但在總公司的統(tǒng)一部署下， BIM研究和應用工作正在快速向前推進。

1 BIM技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

BIM是從美國建筑業(yè)發(fā)展起來的，逐漸擴展到歐洲、日韓等發(fā)達國家和地區(qū)。從應用領域上看，國外已經(jīng)將BIM技術(shù)應用在建筑工程的設計、施工，以及建成后的維護和管理階段，相應的應用軟件已經(jīng)日趨成熟，其應用價值和應用潛力都得到了驗證。

目前，美國BIM研究與應用都走在世界前列。根據(jù)相關調(diào)查，美國2012年工程建設行業(yè)采用BIM的比例從2007年的28%增長至2009年的49%，直至2012年的71%。

2011年5月，英國內(nèi)閣辦公室發(fā)布了“政府建設戰(zhàn)略”文件，明確要求到2016年，政府要全面實現(xiàn)協(xié)同的3D-BIM，并將實現(xiàn)全部文件的信息化管理。同時制定了明確的階段性目標，到2012年7月，在多個部門確立試點項目，運用3D-BIM技術(shù)來協(xié)同交付項目。

新加坡2011年由建筑管理署發(fā)布了新加坡BIM發(fā)展路線規(guī)劃，規(guī)劃明確推動整個建筑業(yè)在2015年前廣泛使用BIM技術(shù)。為了鼓勵早期的BIM應用者，建筑管理署成立了一個600萬新幣的BIM基金項目，任何企業(yè)都可以申請。同時從2013年起，強制要求提交建筑BIM模型，從2014年起要求提交結(jié)構(gòu)與機電BIM模型，并且最終要求在2015年前實現(xiàn)所有建筑面積大于5 000 m2的項目都必須提交BIM模型。同時鼓勵新加坡的大學開設BIM課程，為畢業(yè)學生組織密集的BIM培訓課程，為行業(yè)專業(yè)人士建立了BIM專業(yè)學位。

在我國，2007年BIM進入中國建筑設計領域，從上海世博會國家電網(wǎng)館工程、天津中鋼大廈工程到深圳機場擴建等大型工程，均采用BIM技術(shù)設計。目前，中國建筑設計研究院、北京市建筑設計研究院、上海現(xiàn)代建筑設計集團、中國電子工程設計院、中國航空規(guī)劃建設發(fā)展有限公司等為代表的一些大型設計單位正在紛紛成立BIM團隊開展BIM應用研究，編制企業(yè)級BIM實施標準和指南。2011年5月，住房和城鄉(xiāng)建設部（簡稱住建部）發(fā)布的《2011～2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中，明確指出：在施工階段開展BIM技術(shù)的研究與應用，推進BIM技術(shù)從設計階段向施工階段的應用延伸，降低信息傳遞過程中的衰減；研究基于BIM技術(shù)的4D項目管理信息系統(tǒng)在大型復雜工程施工過程中的應用，實現(xiàn)對建筑工程有效的可視化管理等。

2012年1月，住建部“關于印發(fā)2012年工程建設標準規(guī)范制訂修訂計劃的通知”宣告了中國BIM標準制定工作的正式啟動，其中包含五項BIM相關標準：《建筑工程信息模型應用統(tǒng)一標準》、《建筑工程信息模型存儲標準》、《建筑工程設計信息模型交付標準》、《建筑工程設計信息模型分類和編碼標準》、《制造工業(yè)工程設計信息模型應用標準》。

2 我國鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應用現(xiàn)狀

2013年12月，中國鐵路BIM聯(lián)盟（簡稱鐵路BIM聯(lián)盟）在北京正式成立。鐵路BIM聯(lián)盟由總公司工程管理中心、中國鐵道科學研究院、中國中鐵二院工程集團有限責任公司、鐵道第三勘察設計院集團有限公司、中鐵第一勘察設計院集團有限公司、中鐵第四勘察設計院集團有限公司、中國中鐵四局集團有限公司、中建交通建設集團有限公司8家單位共同發(fā)起成立，目前共有24家會員單位參加。鐵路BIM聯(lián)盟的成立為鐵路BIM技術(shù)研究和應用提供了組織支撐。各單位正以鐵路BIM聯(lián)盟為依托，共同推進中國鐵路BIM事業(yè)向前發(fā)展。

為了推進BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的研發(fā)和應用，總公司研究立項鐵路工程信息化總體課題，分9部分20個子課題，全面涵蓋鐵路工程建設信息化全生命周期主要技術(shù)和標準研究。其中，2013年立項的科研課題包括“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道施工圖交付標準”、“鐵路工程建設信息化統(tǒng)一平臺數(shù)據(jù)關鍵技術(shù)標準研究”和“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道建設管理信息化技術(shù)研究”。目前依托這三項總公司立項的科研項目，各單位相繼開展了隧道、橋梁、路基、站房、四電集成等多個專業(yè)的BIM應用和標準規(guī)范的研究工作。

（1）標準規(guī)范制定。鐵三院對國內(nèi)外BIM應用、BIM標準研究制定情況進行了深入調(diào)研，開展了中國鐵路BIM技術(shù)標準的研究工作，主要內(nèi)容包括：鐵路BIM標準體系的基礎理論及方法論，鐵路BIM標準體系的總體框架及主要內(nèi)容，中國鐵路BIM技術(shù)標準和實施標準。中鐵二院依托“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道施工圖交付標準”科研項目，完成了《鐵路工程信息模型應用統(tǒng)一標準》、《基于 BIM 技術(shù)的鐵路隧道施工圖交付標準》和《基于施工圖的隧道地質(zhì)交付標準》初稿的編制，已經(jīng)進入審查階段。

（2）隧道BIM應用研究。中鐵二院依托寶蘭客專石鼓山隧道，利用達索平臺開展隧道三維設計，完成了施工細度的全隧模型建立，包括洞門模型、明洞模型、暗洞模型、附屬洞室模型、輔助坑道模型和防排水模型。中建交通根據(jù)中鐵二院建立的隧道BIM模型，開展了施工階段的BIM應用研究，主要工作包括：設計模型轉(zhuǎn)施工模型、建立臨建工程模型、開挖模型、各類輔助設備族、三維地質(zhì)模型等。中鐵一院開展了清涼山隧道的BIM應用研究工作，主要包括：建立隧道內(nèi)部模型、專用洞室模型、洞口模型、橋隧相連模型等。

（3）橋梁BIM應用研究。中鐵二院以北盤江特大橋和新白沙沱長江大橋為基礎，開展了橋梁專業(yè)的BIM應用研究工作。在北盤江特大橋項目中，主要開展了參數(shù)化建模、二維工程圖、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計、三維協(xié)同設計、設計庫管理、施工仿真和運維管理研究工作。在新白沙沱長江大橋項目中，開展了參數(shù)化建模、鋼梁制作一體化技術(shù)和結(jié)構(gòu)數(shù)字化預拼裝等研究工作。中鐵二院完成了全橋的BIM建模工作，并與中鐵山橋廠開展了基于BIM技術(shù)的鋼梁制造一體化技術(shù)研究，摸索了BIM模型數(shù)據(jù)直接進數(shù)控機床，指導鋼梁制作的技術(shù)路線。施工單位大橋局與清華大學合作，在本項目基礎上開展基于BIM的4D施工動態(tài)管理研究。

（4）路基BIM應用研究。中鐵二院以西成客專江油北站路基為基礎，基于Civil3D軟件平臺完成了路基三維模型的建立工作；同時以Open Inventor開發(fā)包為基礎，完成了路基樁、鎖口護壁、托梁、擋土板等結(jié)構(gòu)的建模軟件。中鐵二院與中鐵二局、中鐵天寶合作，以西成客專江油北站路基三維模型為基礎，開展了連續(xù)壓實等數(shù)字化施工試驗，完成了三維設計數(shù)據(jù)與施工設備接口、數(shù)字化施工反饋數(shù)據(jù)與BIM模型的關聯(lián)、現(xiàn)場連續(xù)壓實試驗、數(shù)字化施工工藝研究等工作，解決了BIM設計與施工銜接中的關鍵技術(shù)，取得了階段成果。

（5）測繪BIM應用研究。啟動BIM與GIS技術(shù)相融合研究，在三維GIS平臺上，提供精細的三維工程場景，供BIM三維設計成果的集成和展示。同時基于三維GIS技術(shù)，開發(fā)了集三維場景的發(fā)布與展示、施工現(xiàn)場視頻接入和演示、壓實施工步驟模擬、視頻循環(huán)播放等功能的路基BIM應用三維GIS平臺，該平臺已在西成客專江油北站得以成功應用。

（6）地質(zhì)BIM應用研究。基于達索平臺開展三維地質(zhì)模型的建立工作。建模過程主要根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪資料及已有的縱橫斷面來構(gòu)建地層面，用建立好的地層面經(jīng)過布爾運算剖切體得到地質(zhì)體。先后完成了成貴線千斤磅隧道、寶蘭線石鼓山隧道的三維地質(zhì)建模工作。

（7）站房BIM應用研究。選擇蘭州西新客站開展了BIM施工應用研究，主要內(nèi)容包括：完成車站站房、站臺、屋頂鋼結(jié)構(gòu)BIM模型的建立，可直接用于出深化藍圖、工程量統(tǒng)計和施工模擬等，利用BIM模型開展綜合布線碰撞檢測，避免了錯漏碰缺。同時與蘭州鐵路局共同開展了如何在運營維護方面充分利用BIM模型的研究工作。中鐵二院選擇海西線東方站開展BIM設計研究，探索了基于BIM 技術(shù)的鐵路站房三維建模標準和施工圖交付標準，并配合編寫鐵路工程信息模型應用統(tǒng)一標準和基于施工圖的站房工程交付標準。

（8）四電集成BIM應用研究。中鐵一院四電集成各專業(yè)經(jīng)過前期構(gòu)件開發(fā)、工程模型創(chuàng)建等過程的研究及應用，已將方向轉(zhuǎn)向分析、仿真等方面，在BIM應用平臺進行隧道四電設備協(xié)同布設、區(qū)間信號機布設仿真、信號設備導通模擬等工作。

綜上所述，鐵路行業(yè)的各大設計院、施工單位已在各個方面開展了形式多樣的BIM應用研究工作，并在多個專業(yè)取得了重大突破。

3 鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應用的重點和難點

鐵路行業(yè)的BIM應用尚處于起步階段。與建筑業(yè)相比，鐵路行業(yè)具有專業(yè)眾多、施工工序繁雜等特點，BIM應用和推廣的難度更大。國際上也缺乏鐵路行業(yè)BIM標準。同時，鐵路BIM輔助設計軟件支撐不到位，雖然國內(nèi)外出現(xiàn)了多個BIM設計軟件，如國外的歐特克、達索、奔特力，國內(nèi)的廣聯(lián)達、理正、魯班等，但這些軟件的模型底層編碼及數(shù)據(jù)存貯格式都是按照建筑物的相關規(guī)范進行編寫的，均不完全符合中國鐵路行業(yè)的規(guī)范要求，需要投入更多的力量開展研發(fā)和試點應用工作。

根據(jù)目前開展的BIM應用研究來看，鐵路行業(yè)BIM下一步工作的重點和難點主要有以下五個方面：

第一，鐵路BIM標準的制定。中國鐵路BIM標準框架及相關標準的研究及制定工作應與國際標準和國家標準（指導意見）接軌，根據(jù)Ominiclass、IFC規(guī)范，參考建筑行業(yè)BIM標準，結(jié)合鐵路行業(yè)的特點，借助中國鐵路BIM聯(lián)盟，組織設計、施工單位開展中國鐵路BIM標準框架及相關標準的研究及制定工作，實現(xiàn)各階段協(xié)同工作，信息有效傳遞。

第二，鐵路BIM設計軟件研發(fā)或二次開發(fā)。目前BIM設計軟件廠家眾多，各單位應用不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)交互困難，需要根據(jù)各廠家設計軟件在鐵路工程建設領域的適用情況進行比選，也要組織廠家針對行業(yè)特點對設計軟件進行研發(fā)優(yōu)化，逐步適應鐵路工程建設領域的實際需求?？梢月?lián)合軟件廠商與設計單位，針對鐵路BIM應用特點，共同成立研發(fā)中心，研究專業(yè)編碼、存儲方式、傳輸、識別、讀取、展示等功能的實現(xiàn)方式，通過針對鐵路行業(yè)特點的二次開發(fā)，滿足設計需要的同時，為建設施工和運營維護時數(shù)據(jù)有效傳遞打下基礎，真正實現(xiàn)全壽命周期的數(shù)字化管理。

第三，建立基于IFC的數(shù)據(jù)集成管理平臺。建立面向建設項目全生命周期工程信息管理的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，可基于BIM 工程數(shù)據(jù)庫進行信息存儲、管理和高效的訪問，并基于信息模型技術(shù)實現(xiàn)建設過程中BIM數(shù)據(jù)積累、管理和共享，提供BIM數(shù)據(jù)存儲、維護、管理以及三維幾何模型和材料、進度等工程信息的瀏覽與查詢。

第四，深入開展BIM應用試點。由于BIM是一種新的理念，所帶來的影響不只是集中于技術(shù)層面，利用試點項目積累經(jīng)驗并起到示范作用，通過試點培訓建設、設計、施工和運營單位BIM研發(fā)和管理技術(shù)人才，系統(tǒng)總結(jié)試點項目經(jīng)驗教訓，為在更大的范圍內(nèi)應用BIM技術(shù)提供技術(shù)、管理和人才支撐。

第五，完善制度保障和政策引導。為了促進鐵路行業(yè)BIM技術(shù)的順利發(fā)展，需要結(jié)合國外的經(jīng)驗和鐵路行業(yè)的特點，盡快制定BIM技術(shù)應用的相關規(guī)范及合同范本，并對現(xiàn)行的鐵路建設法規(guī)、規(guī)范及合同范本等進行補充和完善，以有效地引導建筑信息模型的開發(fā)和應用工作。同時應根據(jù)BIM推進工作的需要，制定相關支持政策和獎勵措施，盡可能地為各單位提供支持和幫助。

4 結(jié)束語

在總公司的統(tǒng)籌部署下，通過不斷完善工作機制，創(chuàng)新工作方法，切實加強統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮中國鐵路BIM聯(lián)盟的力量，最大限度整合產(chǎn)、學、研、用各方優(yōu)質(zhì)資源，形成工作合力，抓住鐵路加快發(fā)展的難得歷史機遇，一定能迅速形成中國鐵路BIM技術(shù)體系并應用于工程實踐，促進鐵路建設水平再上新臺階。

責任編輯 王小紅

2014年6月22日，目前在建世界上公鐵兩用最大跨度斜拉橋——主跨1092m的滬通鐵路長江大橋28#主墩鋼沉井順利浮運到橋位。該沉井總高度105m，長86.9m，寬58.7m，是滬通鐵路長江大橋控制性工程。

U44；U45

A

1672-061X（2014）02-0008-04