李俊松，董鳳翔

（中鐵二院工程集團有限責任公司BIM中心，四川 成都 610031）

0 引言

近年來，我國在建筑、鐵路、公路等行業(yè)廣泛展開BIM技術(shù)應用研究，并帶來了革新性變化［1-2］。據(jù)不完全統(tǒng)計，2017年，我國建筑業(yè)32.90%的企業(yè)BIM投入經(jīng)費在10萬元/年以內(nèi)，3.30%的企業(yè)BIM投入經(jīng)費超過500萬元/年；截至2021年，各企業(yè)BIM投入經(jīng)費均有較大提高，僅5.69%的企業(yè)BIM投入經(jīng)費在10萬元/年以內(nèi)，19.77%的企業(yè)BIM投入經(jīng)費超過500萬元/年。由此可知，BIM應用已經(jīng)成為提升企業(yè)核心競爭力的必要手段［3］。

伴隨國家推進工程行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮，鐵路工程項目在設計過程中的各項管控質(zhì)效要求顯著提升［4-5］。由于鐵路工程設計涵蓋專業(yè)眾多、BIM正向設計軟件開發(fā)難度大，在接口編寫、成果交付、模型審查等方面缺乏全國統(tǒng)一標準，致使BIM技術(shù)多用于可視化方案展示、“錯漏碰缺”檢查等，未能真正發(fā)揮BIM技術(shù)的價值。同時，多數(shù)專業(yè)基于BIM技術(shù)的正向設計尚未形成系統(tǒng)的解決方案、標準流程、交付方式和內(nèi)容，極易導致BIM設計效率低下、設計成果質(zhì)量不高等問題。鐵路BIM聯(lián)盟針對鐵路行業(yè)出臺了一系列鐵路BIM團體標準，各相關(guān)設計院也在此基礎上積極開展BIM正向設計標準化工作［6-8］。依托該系列標準，中鐵二院工程集團有限責任公司（簡稱中鐵二院）基于Bentley數(shù)字化平臺的專業(yè)線性建模軟件Open Roads Designer（簡稱ORD），開發(fā)了鐵路工程站前各專業(yè)的BIM正向設計軟件。其中，隧道專業(yè)軟件的BIM正向設計功能最為系統(tǒng)、全面。

1 問題剖析

BIM正向設計是對傳統(tǒng)鐵路工程項目設計流程的徹底變革，使得鐵路工程各專業(yè)可以通過直觀的三維模式展現(xiàn)，從而有效提高鐵路工程設計的效率、準確性、協(xié)調(diào)性。但是，鐵路工程BIM正向設計的推廣進度尚未達到預期，其阻礙因素包括社會、政策、管理、技術(shù)等方面。其中，社會因素決定了BIM正向設計的生存環(huán)境，如各軟件廠商的支持、社會培訓健全度等；政策因素決定了BIM正向設計的發(fā)展環(huán)境，如政策支持、政府經(jīng)費支持、國家標準制定等；管理因素是制約BIM正向設計的內(nèi)在要素，如企事業(yè)單位內(nèi)部頂層領(lǐng)導的支持、基層技術(shù)人員的認知等；技術(shù)因素是BIM正向設計能否順利推動的核心要素，如標準統(tǒng)一、專業(yè)協(xié)同等。

作為鐵路BIM正向設計的核心要素，技術(shù)因素主要包括標準、協(xié)同、效率、共享等4個方面：

（1）標準方面。體現(xiàn)在現(xiàn)階段國家、行業(yè)缺乏統(tǒng)一的BIM標準，且未能頒布類似二維出圖的強制性規(guī)范、標準。

（2）協(xié)同方面。體現(xiàn)在鐵路工程各專業(yè)BIM設計軟件多為單機版，難以實現(xiàn)專業(yè)間、專業(yè)內(nèi)的實時協(xié)同，而跨平臺協(xié)同更加困難。

（3）效率方面。體現(xiàn)在現(xiàn)有大多數(shù)BIM正向設計軟件實際為翻模工具，缺乏符合設計習慣的流程、操作交互，導致設計效率低下。

（4）共享方面。體現(xiàn)在缺乏行業(yè)、企業(yè)內(nèi)部成熟的BIM構(gòu)件庫，不同階段、不同軟件的BIM成果不能高效流轉(zhuǎn)，導致模型、數(shù)據(jù)的復用率低。

2 整體規(guī)劃

鐵路工程專業(yè)眾多，各專業(yè)BIM正向設計技術(shù)路線及應用內(nèi)容并不完全相同，但面臨的問題卻大同小異。因此，可按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分專業(yè)突破、并行協(xié)同”原則，制定鐵路工程BIM正向設計整體規(guī)劃（見圖1）。由圖1可知，規(guī)劃內(nèi)容主要包括：

圖1 整體規(guī)劃

（1）貫徹國家、行業(yè)相關(guān)標準，結(jié)合科研項目編制項目級、線路級技術(shù)手冊和應用指南。

（2）在項目管理、設計過程、設計校審中，實現(xiàn)多專業(yè)、單專業(yè)的BIM協(xié)同，利用中心數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)級協(xié)同。

（3）研究正向設計過程中的關(guān)鍵技術(shù)，開展單專業(yè)BIM設計軟件的開發(fā)，通過項目試點應用，保證設計工具落地。

（4）利用知識庫實現(xiàn)方案、成果、標準、資源等的共享，利用標準化交付、成果歸檔等方式，實現(xiàn)與其他各參建方的共享。

3 具體措施

3.1 標準方面

截至2021年，鐵路BIM聯(lián)盟已在鐵路工程行業(yè)頒布了16部鐵路BIM相關(guān)標準與指南，但在BIM正向設計領(lǐng)域仍未形成國家層面的統(tǒng)一規(guī)定和強制性規(guī)范、標準。目前，很多鐵路工程項目制定了項目級BIM標準，在一定程度上促進了行業(yè)標準的可實施性和落地性，但也進一步降低了標準的統(tǒng)一性［9］。同時，由于行業(yè)標準難以統(tǒng)一，使得主流軟件對鐵路行業(yè)BIM正向設計的支持力度不夠，有針對性的功能開發(fā)不全，降低了行業(yè)軟件可用度。因此，中鐵二院在隧道專業(yè)BIM正向設計軟件開發(fā)中，以行業(yè)、項目標準為基礎，對專業(yè)間的數(shù)據(jù)接口進行了規(guī)范，并通過課題立項促進了軟件研發(fā)的可持續(xù)性。隧道BIM正向設計軟件的標準融合見圖2。

圖2 標準融合

3.2 協(xié)同方面

在鐵路工程BIM正向設計中，協(xié)同方面存在的問題主要體現(xiàn)在跨專業(yè)實時數(shù)據(jù)協(xié)同難、專業(yè)內(nèi)設計過程協(xié)同欠缺、設計階段成果與外部參與方協(xié)同較差［10］。中鐵二院開發(fā)的隧道專業(yè)BIM正向設計軟件利用Bentely Projectwise解決了對外的協(xié)同問題；利用數(shù)據(jù)庫同步的方式，解決了多專業(yè)協(xié)同問題；利用MySQL數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了專業(yè)內(nèi)設計過程數(shù)據(jù)的實時共享，解決了單專業(yè)協(xié)同問題；進一步研發(fā)了進出口處與其他專業(yè)接口的設計工具，實現(xiàn)隧道與橋梁、路基等專業(yè)交界處的快速、精確設計。該軟件的協(xié)同設計見圖3。

圖3 協(xié)同設計

3.3 效率方面

目前，隧道BIM設計軟件多為翻模軟件，前期仍采用AutoCAD開展設計工作，存在設計分離、工作負擔有增無減、投入產(chǎn)出嚴重失衡等問題［11］。中鐵二院在隧道專業(yè)BIM正向設計軟件開發(fā)中，通過讀入excel、txt、word、mdb等文件，實現(xiàn)與線路、地質(zhì)、測繪等專業(yè)的數(shù)據(jù)接入；開發(fā)了針對線路參考圖、通用參考圖、可研概略設計等的通用設計模塊；開發(fā)了可滿足單工點的襯砌分段、施組、碴場、附屬硐室、刷坡等功能要求的工點設計、輔助坑道設計、特殊設計等模塊；開發(fā)了可提供二維出圖、工程算量、BIM模型輸出等功能的設計輸出模塊。該軟件的功能展示見圖4。

圖4 功能展示

3.4 共享方面

現(xiàn)有鐵路工程BIM設計軟件多為單機版，難以實現(xiàn)跨軟件、跨階段、跨專業(yè)的數(shù)據(jù)模型共享，設計經(jīng)驗及成果也難以通過數(shù)據(jù)方式積累與共享［12］。隧道專業(yè)BIM正向設計軟件采用C/S模式開發(fā)，基于MySQL數(shù)據(jù)庫研發(fā)后臺功能，實現(xiàn)了與ANSYS、ABAQUS之間的數(shù)據(jù)動態(tài)交互，實現(xiàn)了與施工方管理系統(tǒng)之間無損數(shù)據(jù)、模型共享，還能導出國際公認的IFC格式，實現(xiàn)與其他軟件、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與模型共享，最終實現(xiàn)設計成果在協(xié)同工作平臺自動歸檔的目標。該軟件的多維度共享見圖5。

圖5 多維度共享

4 結(jié)束語

通過多年BIM應用實踐，結(jié)合多專業(yè)BIM設計軟件研發(fā)經(jīng)歷，尤其通過隧道專業(yè)BIM正向設計軟件的開發(fā)研究，對鐵路工程BIM正向設計的應用與推廣提出以下幾點思考：

（1）做好統(tǒng)籌規(guī)劃。BIM技術(shù)應用是一把手工程，需結(jié)合行業(yè)及企業(yè)特點，提前部署、頂層規(guī)劃，從更高維度制定總體發(fā)展路線、出臺統(tǒng)一標準、選擇基礎平臺，從而具備明確的發(fā)展目標，避免方向性錯誤。

（2）抓好軟件研發(fā)。通過持續(xù)開展軟件研發(fā)，提高BIM正向設計的投入產(chǎn)出比，解決其投入大、門檻高、效率低等問題，才能使BIM正向設計被決策者和設計人員所接受，實現(xiàn)鐵路工程全專業(yè)的推廣與應用。

（3）強化人才培養(yǎng)。BIM正向設計需要的是集專業(yè)經(jīng)驗、BIM技術(shù)于一體的復合型人才，各單位需要結(jié)合人才引進、自主培養(yǎng)、考核獎勵等措施，逐步壯大BIM設計人員隊伍，使企業(yè)真正具備BIM正向設計的能力。

（4）落實試點應用。全專業(yè)、全項目BIM設計是一項龐大的工程，在前期不宜全面開展，應從單點工程、優(yōu)勢專業(yè)出發(fā)探索技術(shù)路線，在技術(shù)完全實現(xiàn)之后，再帶動其他專業(yè)實現(xiàn)全面應用。