■ 沈東升 王萬齊

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我國鐵路行業(yè)BIM實(shí)施路徑的思考

■ 沈東升 王萬齊

BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)具有潛在和深遠(yuǎn)的價(jià)值，已經(jīng)得到各方共識。論述我國鐵路推進(jìn)BIM技術(shù)的價(jià)值，闡釋其實(shí)施路徑的選擇思路。通過按照路徑推進(jìn)以來，在BIM標(biāo)準(zhǔn)體系和平臺建設(shè)、人才培養(yǎng)等方面取得的現(xiàn)狀成果，證明該實(shí)施路徑的可行性。

鐵路；BIM；實(shí)施路徑；標(biāo)準(zhǔn)體系；平臺建設(shè)；人才培養(yǎng)；試點(diǎn)

0 引言

工程建設(shè)項(xiàng)目是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，專業(yè)眾多，項(xiàng)目生命周期包括從勘察、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營維護(hù)等階段，時(shí)間跨度長達(dá)幾十年甚至上百年。BIM是基于CAD技術(shù)發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，是對建筑工程物理特性和功能特征信息的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)。

BIM應(yīng)用可為工程項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)鏈貫通、工業(yè)化建造、精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化管理提供技術(shù)保障。在項(xiàng)目不同階段建立和維護(hù)BIM模型，使用BIM平臺匯總各項(xiàng)目參與方的工程信息，消除項(xiàng)目中的信息孤島，并將得到的信息結(jié)合三維模型進(jìn)行整理和儲存，以備項(xiàng)目全過程中項(xiàng)目各參與方隨時(shí)共享，從根本上解決項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)管理等各階段應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息斷層，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的全生命周期管理。工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展歷程見圖1。

圖1 工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展歷程

1 國內(nèi)外BIM主流實(shí)施模式

BIM從美國的建筑業(yè)發(fā)展起來，逐漸擴(kuò)展到歐洲、日韓等發(fā)達(dá)國家。從應(yīng)用領(lǐng)域上看，國外已經(jīng)將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程的設(shè)計(jì)、施工以及建成后的維護(hù)和管理階段，相應(yīng)的應(yīng)用軟件已經(jīng)日趨成熟，其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用潛力都得到了驗(yàn)證。

目前，BIM被認(rèn)為是建筑領(lǐng)域的又一次技術(shù)變革，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。由于工程參與各方對BIM實(shí)施應(yīng)用的成熟度不同，可選擇不同的BIM實(shí)施模式，主要有以下幾種：

（1）施工主導(dǎo)模式。以施工單位開展基于BIM的施工為主，通過模擬施工等技術(shù)實(shí)現(xiàn)在施工前對施工整個(gè)過程進(jìn)行模擬，分析不同資源配置對工期的影響，綜合成本、工期、材料等得出最優(yōu)的建筑施工方案，從而減少因建筑過程中的錯(cuò)誤造成的成本浪費(fèi)。

（2）設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式。以設(shè)計(jì)單位開展基于全項(xiàng)目全專業(yè)BIM設(shè)計(jì)，并進(jìn)行BIM交付為主，從設(shè)計(jì)源頭建立全項(xiàng)目BIM模型，通過方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等不同階段的BIM模型，實(shí)現(xiàn)多方案比選、參數(shù)化建模、二維出圖、精確算量等功能，最終達(dá)到精細(xì)化設(shè)計(jì)、施工的目標(biāo)。

（3）咨詢協(xié)助服務(wù)模式。通過引入咨詢協(xié)助服務(wù)商，為項(xiàng)目提供全過程的BIM設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理服務(wù)，如實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)精細(xì)化建模，解決施工過程中的差錯(cuò)漏碰等問題，減少其造成的成本浪費(fèi)。

（4）業(yè)主主導(dǎo)或資產(chǎn)管理模式。通過業(yè)主主導(dǎo)使用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)管理階段的信息共享數(shù)據(jù)流，同時(shí)也為后期提交運(yùn)營維護(hù)單位進(jìn)行資產(chǎn)管理奠定了重要基礎(chǔ)。

綜合分析以上情況，我國鐵路選擇采用業(yè)主主導(dǎo)即資產(chǎn)管理模式，目的是要實(shí)現(xiàn)從可研立項(xiàng)到運(yùn)營維護(hù)的全面管理，達(dá)到全生命周期管理的目的。

2 國內(nèi)外BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

美國的BIM研究與應(yīng)用走在世界前列，其工程建設(shè)行業(yè)采用BIM的比例從2007年的28%增長至2013年的70%以上（見圖2），美國建筑業(yè)300強(qiáng)企業(yè)中80%以上都應(yīng)用了BIM技術(shù)。英國政府計(jì)劃到2016年，全面在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營階段應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目和資產(chǎn)管理。澳大利亞制訂了“國家BIM藍(lán)圖”（National BIM Blueprint）。韓國計(jì)劃2016年實(shí)現(xiàn)全部公共設(shè)施項(xiàng)目使用BIM技術(shù)。新加坡計(jì)劃到2015年建筑工程BIM應(yīng)用率達(dá)到80%。

圖2 美國工程建設(shè)行業(yè)BIM使用率

調(diào)研認(rèn)為，通過BIM的精細(xì)化信息模型，有利于在鐵路勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全生命周期，實(shí)現(xiàn)信息共享和無損傳遞，從而提高鐵路工程建設(shè)的質(zhì)量和效率，大幅節(jié)約項(xiàng)目成本，提升科學(xué)決策和管理水平，給鐵路行業(yè)帶來巨大應(yīng)用價(jià)值。BIM在建設(shè)項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用見圖3。

圖3 BIM在建設(shè)項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用

但鐵路行業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)在以下3方面仍有巨大困難：

（1）標(biāo)準(zhǔn)方面。國內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)研究未涵蓋鐵路行業(yè)?，F(xiàn)有的國內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)（IFC、IFD、Omni Class等）基本上都屬于建筑行業(yè)，包括的主要專業(yè)領(lǐng)域有：建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、設(shè)備、建筑施工管理、物業(yè)管理，不能涵蓋鐵路行業(yè)獨(dú)有的專業(yè)領(lǐng)域，如：地理信息、工程地質(zhì)、線路、軌道、路基、橋梁、隧道、站場、信號、機(jī)務(wù)、車輛、電氣化等。以上這些鐵路行業(yè)獨(dú)有專業(yè)領(lǐng)域在標(biāo)準(zhǔn)編制過程中都需要重新定義。

雖然鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系可以借鑒現(xiàn)行的國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，但擴(kuò)充的難度和工作量巨大。IFC、IFD、Omni Class等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)都是一個(gè)專業(yè)的研究領(lǐng)域，需要專業(yè)人員去研究應(yīng)用、擴(kuò)展等技術(shù)問題。同時(shí)，建筑工程是點(diǎn)狀工程，鐵路工程是線狀工程，具有自身的特殊性，主要表現(xiàn)在：與地形結(jié)合緊密，區(qū)域范圍廣。因此要求鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)還要涵蓋GIS領(lǐng)域，而BIM與GIS的結(jié)合是一項(xiàng)技術(shù)難題。

（2）軟件方面。沒有成熟的鐵路BIM軟件產(chǎn)品。雖然國內(nèi)外出現(xiàn)了多個(gè)BIM平臺，但這些軟件均不完全符合鐵路行業(yè)的規(guī)范要求，需要投入更多的力量開展研發(fā)工作。軟件的架構(gòu)體系缺乏線性工程設(shè)計(jì)元素，數(shù)據(jù)體量難以支撐線性工程應(yīng)用，大多僅僅適應(yīng)于點(diǎn)狀工程，難以開展線性設(shè)計(jì)。軟件套件內(nèi)部自身標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)交換困難，給用戶使用帶來了很大障礙。

鐵路行業(yè)專業(yè)眾多、施工工序繁雜。鐵路BIM應(yīng)用的難度遠(yuǎn)大于建筑單點(diǎn)工程，特別是與地質(zhì)地形的結(jié)合，在目前的BIM軟件中從未涉及。

（3）應(yīng)用方面。國內(nèi)外BIM軟件不支持鐵路產(chǎn)品。鐵路行業(yè)產(chǎn)品、半成品、構(gòu)件、零件沒有現(xiàn)成的軟件構(gòu)件庫，如采用現(xiàn)有建筑領(lǐng)域BIM構(gòu)件庫將無法在未來的信息交互、工程量計(jì)算等領(lǐng)域應(yīng)用，因此打造鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的BIM構(gòu)件庫的工作難度極大。鐵路工程構(gòu)件庫見圖4。

圖4 鐵路工程構(gòu)件庫

3 我國鐵路BIM實(shí)施路徑選擇

中國鐵路總公司（簡稱總公司）高度重視BIM技術(shù)研究應(yīng)用工作，在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)國際BIM技術(shù)研究和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)研究和論證，確定了實(shí)施路徑，順序如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)先行，引領(lǐng)實(shí)施。BIM標(biāo)準(zhǔn)是BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合鐵路行業(yè)特點(diǎn)，率先建立鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系。同步開展各專業(yè)BIM技術(shù)科研攻關(guān)，突破鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，從而在更高的層次引領(lǐng)、統(tǒng)領(lǐng)實(shí)施工作。

（2）試點(diǎn)驗(yàn)證，完善標(biāo)準(zhǔn)。依托BIM試點(diǎn)項(xiàng)目，驗(yàn)證性應(yīng)用了正在編制過程的鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)，并對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不斷完善，標(biāo)準(zhǔn)制定與研究應(yīng)用同步開展，先期開展設(shè)計(jì)協(xié)同。

在京沈客專遼寧段、滬通長江大橋、哈佳客專等17個(gè)項(xiàng)目推進(jìn)了BIM試點(diǎn)工作，主要開展協(xié)同設(shè)計(jì)探索，深化施工過程中BIM應(yīng)用場景。通過試點(diǎn)，鼓勵和引導(dǎo)應(yīng)用BIM技術(shù)，及時(shí)總結(jié)試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，形成示范效應(yīng)，為大范圍推進(jìn)BIM應(yīng)用提供支撐。

在總公司的統(tǒng)一部署下，BIM技術(shù)研究和應(yīng)用工作正在快速向前推進(jìn)。設(shè)計(jì)單位已經(jīng)逐步向三維協(xié)同設(shè)計(jì)邁進(jìn)，施工單位正在探索四維應(yīng)用場景，在客站、四電方面正在進(jìn)行運(yùn)維應(yīng)用探索。

（3）組織構(gòu)件庫開發(fā)，培養(yǎng)技術(shù)人才。通過試點(diǎn)項(xiàng)目，堅(jiān)持以建設(shè)單位為主體，以建設(shè)項(xiàng)目為依托，以設(shè)計(jì)協(xié)同為主線，標(biāo)準(zhǔn)編制為基礎(chǔ)，建設(shè)過程應(yīng)用探索為延伸，人才培養(yǎng)為目的。經(jīng)過一段時(shí)間努力，建立健全鐵路全專業(yè)鐵路BIM構(gòu)件資源庫，建立基于BIM技術(shù)的鐵路工程管理平臺，通過構(gòu)件和平臺的推進(jìn)，培養(yǎng)一批管理、應(yīng)用和技術(shù)人才，為實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期管理信息化奠定基礎(chǔ)。

（4）基于鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)建立基于Web的可交互輕量化BIM模型瀏覽引擎。依托鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，搭建BIM工作平臺，解決不同軟件產(chǎn)品模型的統(tǒng)一管理、互相識別、互相轉(zhuǎn)化的圖形顯示問題。打造支持瀏覽BIM幾何模型、查看模型信息、漫游、剖切顯示、構(gòu)件分組拾取顯示、反向拾取和隱藏等多種功能，采用輕量化、流式加載、硬件加速等先進(jìn)技術(shù)，可以支持較大規(guī)模、較高精細(xì)程度構(gòu)件顯示渲染，并保證專有數(shù)據(jù)安全的網(wǎng)絡(luò)訪問BIM引擎。

（5）建立統(tǒng)一BIM應(yīng)用建設(shè)管理平臺?？偣窘M織聯(lián)盟單位，積極開展全生命周期信息平臺研究，以平臺統(tǒng)籌BIM技術(shù)與應(yīng)用，提供最佳用戶體驗(yàn)。以需求為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)BIM模型與應(yīng)用緊密相連，達(dá)到提高效率和效益的目的；以人人互聯(lián)、人物互聯(lián)為入口，實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)在全生命周期應(yīng)用中的傳遞、更新和共享；以流程優(yōu)化為起點(diǎn)，通過信息平臺優(yōu)化固化工作行為，確保數(shù)據(jù)真實(shí)、管理科學(xué)。當(dāng)前，勘察設(shè)計(jì)信息平臺已經(jīng)起步，建設(shè)管理信息平臺正在全路推廣。

（6）開展向運(yùn)維交付工作。依托編碼體系和BIM標(biāo)準(zhǔn)，由統(tǒng)一的BIM工程建設(shè)信息化平臺負(fù)責(zé)，在項(xiàng)目竣工驗(yàn)收時(shí)，按運(yùn)維單位需求，將集成了勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)管理信息的BIM信息推送到運(yùn)維單位，從而最終達(dá)到信息無損傳遞和全生命周期管理的目標(biāo)。

4 我國鐵路BIM工作推進(jìn)情況

總公司自2013年啟動BIM技術(shù)研究應(yīng)用工作以來，依托路內(nèi)外各建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、科研單位，通力合作、大膽創(chuàng)新，充分利用BIM、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，推動鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)編制和BIM技術(shù)研究應(yīng)用工作向前邁進(jìn)了一大步，有些方面取得了新的突破和階段成果。

4.1 組織推進(jìn)方式

2013年12月，總公司工程管理中心聯(lián)合7家理事單位共同發(fā)起成立了鐵路BIM聯(lián)盟。聯(lián)盟作為鐵路行業(yè)首個(gè)BIM技術(shù)研究自律性組織，以推進(jìn)我國鐵路BIM技術(shù)進(jìn)步為己任，旨在搭建一個(gè)集BIM技術(shù)總體規(guī)劃與政策建議、標(biāo)準(zhǔn)制訂、應(yīng)用技術(shù)研究、研討培訓(xùn)、技術(shù)服務(wù)與咨詢、國際交流與合作等業(yè)務(wù)的公共服務(wù)平臺，目前擁有會員單位40家。

聯(lián)盟集中了國內(nèi)鐵路行業(yè)頂尖的科研、勘察、設(shè)計(jì)、建管、施工、運(yùn)維、制造企業(yè)和相關(guān)重點(diǎn)大學(xué)，具有全方位的產(chǎn)、學(xué)、研、用能力和全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)集成創(chuàng)新優(yōu)勢。依托成員單位，聯(lián)盟擁有高速鐵路系統(tǒng)試驗(yàn)國家工程實(shí)驗(yàn)室等11個(gè)國家級實(shí)驗(yàn)室、14個(gè)博士后工作站、8個(gè)企業(yè)級BIM研究基地、2個(gè)國家級BIM資質(zhì)培訓(xùn)中心。鐵路BIM聯(lián)盟是國際BIM聯(lián)盟buildingSMART的常務(wù)理事單位。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)編制

BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，國際上也沒有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)，主流軟件也沒有成套功能，只有從底層標(biāo)準(zhǔn)抓起，才能逐步向標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)。

依托鐵路BIM聯(lián)盟各方優(yōu)質(zhì)資源，建立了中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架。中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)兩大部分，其中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)性的標(biāo)準(zhǔn)，是制定實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)行BIM深度應(yīng)用的基礎(chǔ)，用于指導(dǎo)和規(guī)范鐵路BIM軟件開發(fā)；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為信息語義標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)、信息傳遞、協(xié)同管理標(biāo)準(zhǔn)。我國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系及其與相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)體系關(guān)系見圖5。

圖5 中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系及其與相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)體系關(guān)系

2013年聯(lián)盟成立以來，陸續(xù)編制并發(fā)布了《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南》［1］和《鐵路工程信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)》［2］2個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)?！惰F路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)》［3］也已經(jīng)完成了站前專業(yè)的初步審查，形成了標(biāo)準(zhǔn)正式稿。這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的初步完成，使鐵路BIM模型在語義、數(shù)據(jù)存儲上達(dá)到了統(tǒng)一?！惰F路BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)》編制工作也已經(jīng)啟動，該標(biāo)準(zhǔn)將為全路17項(xiàng)BIM試點(diǎn)工程提供成果交付依據(jù)。

在鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，鐵路BIM聯(lián)盟與國際BIM標(biāo)準(zhǔn)組織buildingSMART、國際開放地理空間聯(lián)盟OGC組織進(jìn)行了密切的溝通和交流。2015年10月16日，新加坡組織召開的國際BIM聯(lián)盟峰會上，鐵路BIM聯(lián)盟做了題為“中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用”的報(bào)告，得到國際BIM聯(lián)盟的認(rèn)可，確定由鐵路BIM聯(lián)盟承擔(dān)國際鐵路行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，標(biāo)志著我國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)正式邁出了國際化的步伐。

4.3 平臺建設(shè)

積極開展全生命周期信息平臺研究，當(dāng)前，勘察設(shè)計(jì)信息平臺已經(jīng)起步，建設(shè)管理信息平臺正在全路推廣。

（1）平臺建設(shè)總體規(guī)劃。以鐵路工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營全生命周期管理為目標(biāo)，以BIM技術(shù)為核心、云計(jì)算為平臺架構(gòu)、感知技術(shù)為基礎(chǔ)、移動互聯(lián)為傳輸結(jié)構(gòu)、建設(shè)項(xiàng)目為載體，建立統(tǒng)一開放的工程信息化平臺和應(yīng)用。工程信息化平臺結(jié)構(gòu)見圖6。

（2）平臺內(nèi)容。按照總體規(guī)劃，針對近年來鐵路建設(shè)項(xiàng)目管理需求，研發(fā)各類信息化應(yīng)用模塊，目前已建立鐵路工程管理平臺，由1個(gè)門戶3個(gè)子平臺支撐4級管理應(yīng)用。同時(shí)，正在依托聯(lián)盟啟動軟件協(xié)調(diào)和談判，推進(jìn)BIM二次開發(fā)，進(jìn)一步探索BIM實(shí)施應(yīng)用，已經(jīng)得到了國內(nèi)外主要軟件廠商的認(rèn)同。

圖6 工程信息化平臺結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

當(dāng)前，推進(jìn)BIM在鐵路工程全過程研究應(yīng)用仍然任重道遠(yuǎn)。但鐵路行業(yè)具有集體優(yōu)勢，走以業(yè)主為主導(dǎo)的BIM推進(jìn)模式，發(fā)揮主導(dǎo)作用，進(jìn)一步加大技術(shù)研發(fā)，重視人才培養(yǎng)，不斷推動鐵路創(chuàng)新發(fā)展，我國鐵路必將迎來以BIM技術(shù)為核心的鐵路工程建設(shè)信息化新局面。

［1］ 鐵路BIM聯(lián)盟. 鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南：1.0版［J］.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（6）：5-334.

［2］ 鐵路BIM聯(lián)盟. 鐵路工程信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)：1.0版［J］. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015（1）：8-111.

［3］ 鐵路BIM聯(lián)盟. 鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)：1.0版［J］. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016（1）：18-177. ?

沈東升：中國鐵路總公司工程管理中心，副總工程師，教授級高級工程師，北京，100038
王萬齊：中國鐵路總公司工程管理中心，高級工程師，北京，100038

責(zé)任編輯 盧敏

U21；TP391

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1672-061X（2016）03-0008-05