■ 齊春雨 蘇林

京沈客專成段落BIM試點多專業(yè)協(xié)同設(shè)計研究與應(yīng)用

■ 齊春雨 蘇林

京沈客專為首個鐵路項目成段落BIM試點應(yīng)用，針對當(dāng)前BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境，確定總體指導(dǎo)思想為：系統(tǒng)性規(guī)劃、高起點起步、全產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的試點應(yīng)用，并將2～3年的試點工作分成4期，分別設(shè)定階段目標(biāo)。介紹第1期主要的階段成果：選定統(tǒng)一的設(shè)計平臺，建立試點站前工程完整的BIM模型，初步探索BIM設(shè)計模式下的設(shè)計流程和設(shè)計方法，初步試驗BIM與3D GIS融合，初步制定項目級實施標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新基于BIM技術(shù)的設(shè)計方法等。研究結(jié)論為17個BIM試點工程提供理論基礎(chǔ)，為提升鐵路建設(shè)運營能力提供實際經(jīng)驗。

京沈客專；成段落；BIM；3D GIS；多專業(yè)；協(xié)同設(shè)計

0 引言

2014年中國鐵路總公司（簡稱總公司）安排17個項目開展BIM研究應(yīng)用，其中京沈客專為首個鐵路項目成段落BIM試點應(yīng)用。該試點工程全長6.44 km（鋪設(shè)無砟軌道），包含車站1座、橋梁4座、隧道1座、路基4段，總公司要求“初步實現(xiàn)BIM協(xié)同設(shè)計和施工圖BIM模型交付”。

1 指導(dǎo)思想

1.1 BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域應(yīng)用環(huán)境

鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用研究尚處于起步階段，在政策層面［1］和技術(shù)層面均存在困難，需要在研究應(yīng)用中逐步解決，其應(yīng)用整體環(huán)境見圖1。

圖1 鐵路BIM應(yīng)用整體環(huán)境

政策層面：沒有開展BIM設(shè)計和應(yīng)用取費依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)，也沒有支持BIM應(yīng)用的招投標(biāo)政策。

技術(shù)層面：（1）缺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。試點開始的2014年底，信息語義標(biāo)準(zhǔn)鐵路IFD 1.0即將發(fā)布，信息存儲標(biāo)［2-3］?準(zhǔn)鐵路IFC 1.0剛開始編制，信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)鐵路IDM 1.0的制定工作尚未啟動。設(shè)計是BIM技術(shù)應(yīng)用的源頭，設(shè)計中如果沒有遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，BIM的信息就不能規(guī)范地添加，在項目生命周期所有相關(guān)方之間互通信息的BIM核心理念就不能實現(xiàn)。（2）缺明確的應(yīng)用價值點，影響鐵路建設(shè)各方BIM應(yīng)用的積極性和針對性。鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用探索不多，設(shè)計階段公認(rèn)的價值點主要體現(xiàn)在管線碰撞檢查等層面，施工階段主要探索了將設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸給施工機(jī)械開展路基壓實等，而運維階段實質(zhì)性應(yīng)用探索更少，缺乏示范效應(yīng)。（3）缺專業(yè)軟件工具。市場上的主流BIM軟件均未滿足鐵路工程多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計的需求，需要去試驗、挖掘、開發(fā)。

1.2 總體指導(dǎo)思想

鑒于以上環(huán)境，鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司（簡稱鐵三院）積極響應(yīng)總公司的指示，成立BIM研發(fā)項目部集中多專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，確定京沈客?！跋到y(tǒng)性規(guī)劃、高起點起步、全產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”的總體指導(dǎo)思想。

一是系統(tǒng)規(guī)劃，分步實施。

二是精選平臺，高點起步。選擇的平臺和軟件要基因優(yōu)質(zhì)，成熟開放，支持統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，支持鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)的實施。

三是需求牽引，價值導(dǎo)向。深入挖掘設(shè)計、施工、運維階段的不同應(yīng)用價值點，逐步實現(xiàn)BIM價值。

四是自頂向下，邏輯分明。BIM設(shè)計項目組織要先整體再局部，即自頂向下的設(shè)計理念，模型之間關(guān)聯(lián)約束要結(jié)構(gòu)清晰，邏輯分明。

五是標(biāo)準(zhǔn)驗證，試點完善。依托BIM試點項目，積極應(yīng)用驗證鐵路BIM聯(lián)盟編制的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)制定與研究應(yīng)用同步開展，相互促進(jìn)。

1.3 2～3年BIM研究應(yīng)用路線圖

以半年為周期分4個階段，提出近2～3年的BIM研究應(yīng)用階段目標(biāo)、措施和考核指標(biāo)。

第1階段：選擇適合于多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的主平臺，建立站前專業(yè)BIM幾何模型，初步探索設(shè)計階段的BIM應(yīng)用。

第2階段：試驗驗證BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)BIM模型非幾何信息的添加，站后專業(yè)建立BIM幾何模型，深化設(shè)計階段的應(yīng)用，配合施工單位開展施工階段的應(yīng)用探索。

第3階段：著手專業(yè)BIM工作的二次開發(fā)，形成一定的BIM設(shè)計能力，配合施工單位深化施工階段的應(yīng)用。

第4階段：深化二次開發(fā)，逐步實現(xiàn)設(shè)計圖表的輸出，在設(shè)計、施工中應(yīng)用BIM技術(shù)。

2 主要階段成果

目前已經(jīng)完成第1階段工作，第2階段正在進(jìn)行中，研究成果如下。

2.1 確定BIM主平臺

經(jīng)測繪、地質(zhì)、線路、路基、橋梁、隧道、路基、軌道、工經(jīng)9個專業(yè)聯(lián)合調(diào)研、試用、試驗，達(dá)索平臺可以作為主平臺開展鐵路BIM設(shè)計，以同一數(shù)據(jù)庫承載，有利于多專業(yè)設(shè)計的實時協(xié)同。

重點從如下5方面對平臺的適應(yīng)能力進(jìn)行了試驗、檢驗：

（1）三維建模能力。較好支持地形、地質(zhì)、線路、路基等鐵路專業(yè)模型的建立。

（2）平臺的協(xié)同能力。較好實現(xiàn)管理的協(xié)同、建模的協(xié)同、模型應(yīng)用的協(xié)同等。

（3）對BIM標(biāo)準(zhǔn)支持。承諾支持中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)。

（4）設(shè)計重用機(jī)制。全參數(shù)化設(shè)計，設(shè)計重用機(jī)制較好。

（5）二次開發(fā)能力。二次開發(fā)能力較強(qiáng)大、開放。

2.2 試點工程模型

2.2.1 BIM試點整體模型

在統(tǒng)一軟件環(huán)境下建立了測繪、地質(zhì)、線路、軌道、路基、橋梁、隧道、站場等8個專業(yè)成段落BIM模型，建立了6.44 km試點站前工程的整體模型（見圖2），驗證了設(shè)計的系統(tǒng)性，為施工階段BIM應(yīng)用創(chuàng)造條件。

2.2.2 建立各專業(yè)模型、創(chuàng)立專業(yè)模板庫

建立8個專業(yè)、85類、5 600個構(gòu)件模型，創(chuàng)立了專業(yè)模板庫（見圖3）。

2.3 試驗BIM與3D GIS的融合

完成BIM模型整體導(dǎo)入TSDI_RIM系統(tǒng)進(jìn)行管理應(yīng)用，確定達(dá)索系統(tǒng)單體構(gòu)件的導(dǎo)出接口需要進(jìn)一步完善。

2.4 探索BIM設(shè)計模式下設(shè)計流程和設(shè)計方法

探索并實現(xiàn)了BIM模式下多專業(yè)協(xié)同設(shè)計。

2.4.1 工程分解（EBS）

以樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程分解［4］，首先將鐵路工程按路基、橋梁、隧道等工點進(jìn)行分段，再將工點按照工程結(jié)構(gòu)關(guān)系及管理需要逐級細(xì)分，各專業(yè)在該結(jié)構(gòu)樹統(tǒng)領(lǐng)下開展設(shè)計，試點工程分解見圖4。

2.4.2 任務(wù)分解與管理（WBS）

依據(jù)工程結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行工作任務(wù)分解，在協(xié)同管理平臺上分級派發(fā)任務(wù)，并進(jìn)行設(shè)計全過程管理，分任務(wù)列表和任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)2個維度，其分解管理截圖見圖5。

圖2 京沈客專BIM試點整體模型（段落）

圖3 京沈客專BIM試點模型匯總

2.4.3 骨架驅(qū)動模板智能

實施骨架驅(qū)動設(shè)計策略，以線路空間線位等定位元素為骨架，模型在骨架上搭建，設(shè)計案例見圖6。

各項工作以同一數(shù)據(jù)庫承載，保證了多專業(yè)設(shè)計的實時協(xié)同。

2.5 初步制定項目級實施標(biāo)準(zhǔn)

制定了實施標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)計資源、行為、交付3個方面進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。明確了院總、總體、專業(yè)負(fù)責(zé)人及設(shè)計者的職責(zé)和權(quán)限，制定了協(xié)同設(shè)計工作流程，確定了BIM模型的精細(xì)度（標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)見圖7）。

2.6 創(chuàng)新基于BIM技術(shù)的設(shè)計方法

傳統(tǒng)模式下，路基、排水設(shè)計、隧道洞口比選均采用斷面法，設(shè)計信息描述不夠精確，BIM技術(shù)克服這些缺點，提供了更好的設(shè)計手段。圖8為李家梁隧道洞口位置選擇及邊仰坡排水三維設(shè)計圖，設(shè)計基于高精度地形曲面，實現(xiàn)路基連續(xù)三維設(shè)計，路基模型與地形曲面緊密結(jié)合，保證工程設(shè)計的準(zhǔn)確性；實現(xiàn)排水平、縱協(xié)同三維設(shè)計，保證排水設(shè)計系統(tǒng)性；實現(xiàn)三維場景中隧道洞口的快速比選，洞口覆土、邊仰坡、落石危險區(qū)等一目了然，保證洞口設(shè)計安全、經(jīng)濟(jì)。

2.7 探索BIM模型在設(shè)計階段中的應(yīng)用

（1）根據(jù)鐵路BIM IFD 1.0標(biāo)準(zhǔn)，完成部分工程數(shù)量計算。

（2）利用BIM模型進(jìn)行有限元分析。

（3）基于BIM模型輸出二維圖紙（圖9為應(yīng)用BIM模型直接輸出橋墩圖紙）。

（4）關(guān)鍵工藝的施工仿真（圖10為隧道三臺階臨時橫撐法的施工仿真）。

圖4 試點工程分解圖

圖5 試點工程WBS分解管理截圖

圖6 骨架驅(qū)動設(shè)計案例

圖7 試點實施標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架

圖8 李家梁隧道洞口位置選擇及邊仰坡排水三維設(shè)計圖

圖9 應(yīng)用BIM模型直接輸出橋墩圖紙

圖10 隧道三臺階臨時橫撐法的施工仿真

3 研究結(jié)論

（1）應(yīng)用統(tǒng)一的BIM軟件平臺作為鐵路BIM設(shè)計的主平臺是可行的，有利于實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計。

（2）應(yīng)用BIM技術(shù)有利于提高設(shè)計系統(tǒng)性和精細(xì)度，從而提高設(shè)計質(zhì)量。

（3）BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的研究應(yīng)用需要再接再厲，BIM的應(yīng)用價值有待不斷的深入挖掘。

4 結(jié)束語

BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，仍面臨很多困難，但是鐵路BIM聯(lián)盟正牽頭領(lǐng)導(dǎo)各方團(tuán)結(jié)協(xié)作逐個克服。BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)會陸續(xù)發(fā)布，為BIM應(yīng)用奠定標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)；BIM軟件廠商陸續(xù)支持中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)，BIM軟件平臺會逐漸成熟；隨著17個BIM試點工程中BIM價值點的不斷挖掘和普遍認(rèn)可，政策環(huán)境將逐步改善。鐵路BIM技術(shù)將快速發(fā)展，必將為提升鐵路建設(shè)運營發(fā)揮重大的作用。

［1］ 建質(zhì)函［2015］159號 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見的通知［S］.

［2］ 李華良，楊緒坤，王長進(jìn)，等. 中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究［J］. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（2）：12-17.

［3］ 清華大學(xué)BIM課題組. 中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究［M］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［4］ 劉延宏. EBS在鐵路工程建設(shè)管理中的應(yīng)用探討［J］. 中國鐵路，2015（7）：62-65.

齊春雨：鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司軌道交通勘察設(shè)計國家地方聯(lián)合工程實驗室，教授級高級工程師，天津，300142
蘇 林： 鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司線站處，高級工程師，天津，300142

責(zé)任編輯 李葳

TP319

A

1672-061X（2016）03-0013-05

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目（2014X007-A）。