閆立忠

(青連鐵路有限責(zé)任公司，山東青島266499)

0 引言

鐵路四電的項(xiàng)目管理需要信息化技術(shù)彌補(bǔ)現(xiàn)有項(xiàng)目管理的不足，基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)技術(shù)的四電信息管理應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)正符合目前的應(yīng)用潮流[1]。鐵路建設(shè)技術(shù)人員通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)，可以改變以往工程建設(shè)方案設(shè)計(jì)的思維方式，提高鐵路行業(yè)建設(shè)水平[2]。BIM技術(shù)可為建筑業(yè)的發(fā)展提供有力的支持，而B(niǎo)IM標(biāo)準(zhǔn)則是其實(shí)施的基本依據(jù)[3]。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)標(biāo)準(zhǔn)提出修改建議，可以為鐵路四電工程BIM標(biāo)準(zhǔn)的推廣奠定基礎(chǔ)[4]。

鐵路總公司共選取17個(gè)鐵路建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行BIM技術(shù)試點(diǎn)研究應(yīng)用，青連鐵路四電工程作為其中2個(gè)四電BIM試點(diǎn)項(xiàng)目之一。文章基于達(dá)索平臺(tái)，開(kāi)展了鐵路四電工程BIM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)IFC屬性和實(shí)體進(jìn)行擴(kuò)展并部署，按照編碼體系賦予鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)IFD屬性，建立了符合幾何精度、信息完善的BIM模型并進(jìn)行交付，就青連鐵路四電BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用及現(xiàn)存BIM標(biāo)準(zhǔn)的不足展開(kāi)研究，為中國(guó)鐵路四電BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化提供了必要的支持，進(jìn)一步促進(jìn)了中國(guó)鐵路BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完善。自愿性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可為鐵路工程建設(shè)和管理提供可操作的建議[5]。

1 中國(guó)鐵路BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概述

1.1 鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

2016年7月，鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布了鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)為鐵路行業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，是規(guī)范鐵路信息描述與存儲(chǔ)的語(yǔ)言，以結(jié)構(gòu)化的方式定義鐵路實(shí)體及其屬性，是面向互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)則類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用IFC標(biāo)準(zhǔn)的意義在于，使成果遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，保證設(shè)計(jì)成果能在不同設(shè)計(jì)階段、不同設(shè)計(jì)軟件中都能正確識(shí)別，信息的交換變得更加容易和高效[6]。

1.2 鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)

2015年1月，鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布了鐵路工程信息模型的分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)。鐵路IFD標(biāo)準(zhǔn)為鐵路行業(yè)的信息語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)信息內(nèi)容的屬性或特性，將信息按一定的原則和方法進(jìn)行區(qū)分和歸類(lèi)，并建立起一定的分類(lèi)體系或排列順序的方法。應(yīng)用IFD標(biāo)準(zhǔn)的目的是以科學(xué)的方法對(duì)工程概念進(jìn)行歸納、定義、標(biāo)識(shí)與關(guān)系梳理。

1.3 鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)

2017年9月，鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布了鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)。為確保鐵路工程建設(shè)過(guò)程中，工程設(shè)計(jì)參與各方所交付的鐵路工程信息模型幾何精度和信息深度科學(xué)合理、滿足實(shí)際工程需求，制定了信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)，適用于鐵路工程設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，基于鐵路工程信息模型在具體工作階段下的數(shù)據(jù)建立、傳遞和解析，特別是各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同，工程建設(shè)參與各方的協(xié)作，以及質(zhì)量管理體系中的管控、交付等過(guò)程[7]。

模型精度基本等級(jí)的劃分應(yīng)參照TB 10504—2007《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計(jì)文件編制辦法》所定義的各個(gè)階段執(zhí)行，如施工圖設(shè)計(jì)階段鐵路工程信息模型需滿足LOD3.5，竣工、運(yùn)維階段需滿足LOD5.0等。

2 青連鐵路四電工程BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

2.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

由于IFC4.0中原有實(shí)體和屬性集未包含在鐵路四電IFC標(biāo)準(zhǔn)中，因此鐵路四電工程信息模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)需要在IFC4.0和《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵路四電工程的特點(diǎn)及需求進(jìn)行擴(kuò)展[8]?；谶_(dá)索系統(tǒng)，對(duì)鐵路四電IFC相關(guān)實(shí)體和屬性集進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)將原IFC4.0中與四電有關(guān)的內(nèi)容部署至達(dá)索系統(tǒng)。

電纜槽、過(guò)軌管、橋架、走線架采用原IFC4標(biāo)準(zhǔn)中的IfcCableCarrierSegment類(lèi)型，此類(lèi)型既有枚舉項(xiàng)見(jiàn)表1，該類(lèi)型下對(duì)應(yīng)的屬性集見(jiàn)表2。

表1 IFC4.0中IfcCableCarrierSegment既有枚舉類(lèi)型表

表2 IFC4.0中IfcCableCarrierSegment屬性集表

表2中的15個(gè)屬性集，分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的預(yù)定義枚舉項(xiàng)，若無(wú)對(duì)應(yīng)預(yù)定義枚舉，則此屬性屬于此類(lèi)實(shí)體。

鐵路四電IFC在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，新增枚舉項(xiàng)定義CANTILEVER腕臂、SUPPORTOR肩架，新增屬性集 Pset＿CableCarrierSegmentTypeCantilever、Pset＿CableCarrierSegmentTypeSupportor。 屬性 集包含屬性見(jiàn)表3、4。

表 3 Pset＿CableCarrierSegmentTypeSupportor屬性列表

表 4 Pset＿CableCarrierSegmentTypeCantilever屬性列表

在青連鐵路四電BIM試點(diǎn)項(xiàng)目中，通過(guò)核查四電專(zhuān)業(yè)原有的IFC類(lèi)型，對(duì)需要的類(lèi)型及屬性集進(jìn)行補(bǔ)充，并和鐵路四電IFC統(tǒng)一部署至系統(tǒng)。各專(zhuān)業(yè)首先形成了本專(zhuān)業(yè)的IFC分類(lèi)和屬性表，然后在Enovia平臺(tái)上通過(guò)定義擴(kuò)展類(lèi)型的方式，完成了IFC分類(lèi)和屬性集在達(dá)索系統(tǒng)的部署[9]，并進(jìn)行了將BIM模型導(dǎo)出成IFC格式文件的測(cè)試驗(yàn)證，保證創(chuàng)建的BIM模型符合IFC標(biāo)準(zhǔn)，能被其他支持IFC的軟件正確識(shí)別。

以電力變電專(zhuān)業(yè)為例，部分IFC分類(lèi)示例如圖1所示。

圖1 電力變電專(zhuān)業(yè)IFC分類(lèi)示例圖(部分)

各專(zhuān)業(yè)應(yīng)用IFC分類(lèi)和屬性，創(chuàng)建帶有幾何和非幾何信息的BIM模型，以電力專(zhuān)業(yè)的配電箱為例，其模型IFC屬性如圖2所示。

圖2 電力專(zhuān)業(yè)配電箱BIM模型IFC屬性圖

將配電箱模型以 IFC格式導(dǎo)出，并導(dǎo)入Navisworks軟件中，檢驗(yàn)IFC類(lèi)型和屬性集是否正確和完整，導(dǎo)出結(jié)果如圖3所示。

圖3 導(dǎo)出至其他軟件的設(shè)備屬性集圖

2.2 IFD標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

IFD標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)多，覆蓋面廣，若應(yīng)用場(chǎng)景不明確，將難以選用IFD編碼。因此根據(jù)四電專(zhuān)業(yè)工程實(shí)際情況與設(shè)計(jì)習(xí)慣，制定IFD編碼原則，使項(xiàng)目設(shè)備和構(gòu)建編碼規(guī)則一致，方便后期查詢(xún)和搜索。

依據(jù)《鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》，青連鐵路四電BIM試點(diǎn)工程基于以下原則對(duì)四電專(zhuān)業(yè)BIM模型添加IFD編碼信息:

(1)根據(jù)《鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》中的表22(專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域)、表51(按功能分鐵路單項(xiàng)工程)、表53(鐵路工程構(gòu)件)、表55(鐵路工程項(xiàng)目階段)、表 58(鐵路工程產(chǎn)品)5個(gè)分類(lèi)面[10]，為四電工程BIM模型匹配并賦予對(duì)應(yīng)的符合工程實(shí)際、項(xiàng)目階段的信息模型編碼，與專(zhuān)業(yè)無(wú)關(guān)聯(lián)的分類(lèi)面暫不考慮，如表56和表57所代表的分類(lèi)面。

(2)長(zhǎng)串編碼中各個(gè)分類(lèi)面對(duì)應(yīng)編碼的先后順序參照分類(lèi)面列表的先后順序排列，同一分類(lèi)面中多個(gè)編碼的先后順序參照列表中的順序排列。

(3)基于四電專(zhuān)業(yè)的工程結(jié)構(gòu)分解，分類(lèi)編碼按照項(xiàng)目級(jí)、構(gòu)件級(jí)或產(chǎn)品級(jí)進(jìn)行劃分，并賦予不同的對(duì)象。項(xiàng)目級(jí)的信息模型分類(lèi)僅賦予能夠承載工程總體信息的節(jié)點(diǎn)，如電力專(zhuān)業(yè)的電力節(jié)點(diǎn)，并默認(rèn)電力節(jié)點(diǎn)下的構(gòu)件節(jié)點(diǎn)或產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)繼承其編碼，構(gòu)件不再重復(fù)錄入項(xiàng)目級(jí)信息模型分類(lèi)，而只錄入構(gòu)件相關(guān)的信息模型分類(lèi)。

(4)涉及鐵路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段時(shí)(表55)，默認(rèn)當(dāng)前階段為項(xiàng)目實(shí)施階段中的施工圖階段，并將分類(lèi)編碼賦予項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)，專(zhuān)業(yè)節(jié)點(diǎn)不再錄入此編碼。

(5)四電專(zhuān)業(yè)BIM模型編碼主要格式為專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域+功能+構(gòu)件+產(chǎn)品，其他特殊構(gòu)件另行編制。

青連四電BIM試點(diǎn)工程中四電專(zhuān)業(yè)構(gòu)件編碼情況見(jiàn)表5，應(yīng)用IFD查詢(xún)與部署工具，將BIM模型賦予IFD編碼，并可自動(dòng)更新，IFD查詢(xún)與部署工具如圖4所示。

表5 四電專(zhuān)業(yè)構(gòu)件編碼表

圖4 IFD查詢(xún)與部署工具圖

2.3 交付精度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

根據(jù)《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》，青連鐵路四電BIM試點(diǎn)項(xiàng)目將標(biāo)準(zhǔn)中所要求的幾何精度和信息深度以三維模型和IFC、IFD的形式添加至BIM模型中。

(1)幾何精度

按照工程圖紙，建立四電各專(zhuān)業(yè)設(shè)備、構(gòu)件及線纜的模型，模型幾何精度均可達(dá)到1 mm。接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)包括基礎(chǔ)及拉線、支柱支持及定位裝置等構(gòu)件模型。電力專(zhuān)業(yè)包括照明、變配電等構(gòu)件模型。通信專(zhuān)業(yè)包括通信線路、傳輸及接入、數(shù)據(jù)通信等構(gòu)件模型。信號(hào)專(zhuān)業(yè)包括行車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng)、閉塞系統(tǒng)、列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)等構(gòu)件模型。

(2)幾何信息

根據(jù)工程實(shí)際需求，建立工程三維模型，包含設(shè)備模型的長(zhǎng)度、寬度、高度以及定位、里程信息等。

(3)非幾何信息

通過(guò)部署IFC屬性集、IFD分類(lèi)編碼以及達(dá)索系統(tǒng)自帶的模型信息，為模型添加基本信息、身份描述、項(xiàng)目信息、材質(zhì)、性能、生產(chǎn)廠家及安裝方式等信息，使模型的非幾何信息滿足交付標(biāo)準(zhǔn)。

3 BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修改對(duì)策

3.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)修改對(duì)策

(1)通信工程

IfcCommunicationsAppliance類(lèi)中包含現(xiàn)有枚舉項(xiàng)ANTENNA和新增枚舉項(xiàng)WIRELESSCOMMUNICATIONEQUIPMENT，ANTENNA包含于 WIRELESSCOMMUNICATIONEQUIPMENT，建議修改 IFC標(biāo)準(zhǔn)。

(2)信息工程

部分防災(zāi)設(shè)備、纜線、設(shè)備柜等采用IFC4的既有類(lèi)型的枚舉項(xiàng)表達(dá)，對(duì)應(yīng)的屬性集不能合理完善地對(duì)其進(jìn)行描述，建議針對(duì)鐵路行業(yè)特點(diǎn)增加屬性集。IFC缺乏對(duì)于施工、運(yùn)維等應(yīng)用階段的全部描述，其各類(lèi)設(shè)備、纜線等的屬性集不完全適用于模型全生命周期的應(yīng)用，建議考慮工程全生命周期的應(yīng)用。

(3)牽引供電工程

四電IFC牽引變電部分僅從系統(tǒng)層面進(jìn)行表述，建議增加空間分解結(jié)構(gòu)表述。四電IFC缺少部分鐵路特殊設(shè)備的類(lèi)型枚舉和屬性集，建議增加。

(4)電力工程

四電IFC部分直接使用IFC4既有屬性集，不能全部體現(xiàn)設(shè)備的必要參數(shù)，或不適用鐵路行業(yè)特點(diǎn)，建議增加屬性集。四電IFC屬性集應(yīng)與交付精度標(biāo)準(zhǔn)中信息深度要求中的非幾何信息一致。

3.2 IFD標(biāo)準(zhǔn)修改對(duì)策

IFD標(biāo)準(zhǔn)編碼方式不唯一，需要在清楚具體使用目標(biāo)的情況下進(jìn)行選用。目前四電專(zhuān)業(yè)BIM模型是基于具體的四電工程建立的，對(duì)于IFD標(biāo)準(zhǔn)中的鐵路人員角色等分類(lèi)編碼不知如何選填應(yīng)用。建議根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，明確賦碼規(guī)則。根據(jù)鐵路人員角色級(jí)別進(jìn)行編碼，如執(zhí)行級(jí)、管理級(jí)、決策級(jí)等；或根據(jù)鐵路人員角色應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行編碼，如通信工程、信息工程、信號(hào)工程、電力工程等。

3.3 交付精度標(biāo)準(zhǔn)修改對(duì)策

(1)通信工程

交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的非幾何信息，需要與IFC的屬性相對(duì)應(yīng)。交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的非幾何信息，如廠家信息，無(wú)法在設(shè)計(jì)階段提供，需要修改交付精度標(biāo)準(zhǔn)。

(2)信息工程

交付精度中關(guān)于信息深度中非幾何信息的內(nèi)容，應(yīng)與IFC屬性集中的相對(duì)應(yīng)，并符合鐵路四電設(shè)計(jì)習(xí)慣。在自然災(zāi)害及異物侵限專(zhuān)業(yè)中，當(dāng)模型幾何精度為L(zhǎng)OD3.5時(shí)規(guī)定“如有生產(chǎn)廠家提供的模型時(shí)可直接采用”等內(nèi)容不符合設(shè)計(jì)階段的要求，建議做相應(yīng)修改。“模型信息精確到10 mm”這項(xiàng)要求，沒(méi)有具體參照標(biāo)準(zhǔn)，不易于理解和實(shí)際應(yīng)用，建議做相應(yīng)修改。

(3)信號(hào)工程

交付標(biāo)準(zhǔn)中的信息交付內(nèi)容，建議將與設(shè)計(jì)階段無(wú)關(guān)內(nèi)容刪除，按照設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維3個(gè)階段劃分信息交付內(nèi)容和深度。交付標(biāo)準(zhǔn)中的幾何交付內(nèi)容，建議優(yōu)化部分模型的設(shè)計(jì)交付精度等級(jí)，降低設(shè)備內(nèi)部部分細(xì)小零件或細(xì)節(jié)部分的建模要求，最大程度利用模型的主要作用，避免耗費(fèi)過(guò)多時(shí)間在眾多細(xì)小之處。

(4)牽引供電工程

交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的幾何信息、非幾何信息，需要與IFC的屬性相對(duì)應(yīng)并進(jìn)行補(bǔ)充完善。

(5)電力工程

交付精度標(biāo)準(zhǔn)中，室內(nèi)設(shè)備較多，室外設(shè)備較少。交付精度中，關(guān)于信息深度中非幾何信息的內(nèi)容，應(yīng)與IFC屬性集中的相對(duì)應(yīng)，并符合鐵路四電設(shè)計(jì)習(xí)慣。幾何精度并沒(méi)有對(duì)電力模型進(jìn)行描述。交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的非幾何信息，如廠家信息等，無(wú)法在設(shè)計(jì)階段提供。交付標(biāo)準(zhǔn)中的幾何精度要求，建議優(yōu)化部分模型的設(shè)計(jì)交付精度等級(jí)，尤其是產(chǎn)品類(lèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)精度要降低。交付精度標(biāo)準(zhǔn)中幾何信息均以長(zhǎng)、寬、高界定是不適宜的，沒(méi)有表達(dá)出設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。部分設(shè)備或構(gòu)件的安裝細(xì)節(jié)與產(chǎn)品有關(guān)，設(shè)計(jì)階段無(wú)法提供較為細(xì)致的安裝細(xì)節(jié)要求。設(shè)備安裝要求、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求已在技術(shù)規(guī)格書(shū)中體現(xiàn)，若賦予模型則會(huì)造成模型信息冗余。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)鐵路總公司將BIM技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)鐵路工程建設(shè)信息化的主要技術(shù)發(fā)展方向，依托我國(guó)鐵路工程項(xiàng)目對(duì)鐵路工程BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證并不斷完善。同時(shí)，我國(guó)鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)一步提升和優(yōu)化中，從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)甚至納入到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系中，為鐵路工程項(xiàng)目全生命周期的實(shí)施和應(yīng)用提供基礎(chǔ)和依據(jù)。通過(guò)對(duì)《鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)》以及《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)》3個(gè)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究，結(jié)合青連鐵路四電工程的實(shí)際情況，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)提出相應(yīng)的修改對(duì)策，為鐵路四電BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化提供強(qiáng)有力的支持，促進(jìn)中國(guó)鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善。