王萬齊，李達(dá)塽，李 飛

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 集團(tuán)有限公司 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081)

0 引言

在高速鐵路工程建設(shè)中，大規(guī)模跨專業(yè)設(shè)計(jì)、多樣化建筑信息建模(BIM)軟件應(yīng)用、多工序交叉施工等都成為項(xiàng)目協(xié)同建設(shè)的不利因素?；趏penBIM的工程協(xié)同解決方案通過開放的標(biāo)準(zhǔn)和工作流程及中立的協(xié)同工作平臺，可以提高軟件互操作性，保證項(xiàng)目各參與方的高效協(xié)同。

目前，國內(nèi)外對openBIM有諸多研究。王照華等[1]對openBIM發(fā)展的技術(shù)路線進(jìn)行詳細(xì)探析，建立符合我國相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理流程的P-BIM體系，提出新的成熟度等級和BIM發(fā)展策略；Moretti等[2]利用openBIM解決方案中的工業(yè)基礎(chǔ) 類(Industry Foundation Classes，IFC)標(biāo)準(zhǔn)來改善在運(yùn)維期因竣工數(shù)據(jù)不全而導(dǎo)致的資產(chǎn)管理局限，展示openBIM在動態(tài)建筑資產(chǎn)管理應(yīng)用中的潛力；Rahimian等[3]基于openBIM理念研發(fā)可將IFC 數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)絍R或AR的可視化設(shè)計(jì)協(xié)作決策系統(tǒng)，為openBIM與VR/AR的集成以及提高建筑、工程和施工(Architecture，Engineering，Construction，AEC)行業(yè)的互操作性做出積極貢獻(xiàn)；隗靜宇等[4]針對大型建筑項(xiàng)目提出采用施工運(yùn)營建筑信息交換標(biāo)準(zhǔn)(Construction Operations Building information exchange，COBie)中的SpreadsheetML 格式構(gòu)建基于 BIM的建筑信息管理系統(tǒng)，有效地對各階段信息進(jìn)行整合；何其飛[5]對ISO 19650系列標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)解析，為建筑企業(yè)應(yīng)用此類標(biāo)準(zhǔn)提供理論基礎(chǔ)；呂錦牧等[6]詳細(xì)介紹英國BIM通用數(shù)據(jù)環(huán)境(Common Data Environment，CDE)的內(nèi)容、實(shí)施流程和相關(guān)要求，為定制行業(yè)CDE提供參考與借鑒；朱昌鋒等[7]構(gòu)建基于BIM的水鐵聯(lián)運(yùn)樞紐設(shè)計(jì)采購施工總承包項(xiàng)目(Engineering Procurement Construction，EPC)全生命周期管理平臺，將項(xiàng)目的模型和信息在各階段和各參與方之間共享和傳遞，已初步展現(xiàn)BIM協(xié)同工作的優(yōu)勢。

以上研究為openBIM的發(fā)展與應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)思路與成果，但其中部分研究僅停留在理論研究階段，并未形成成套的openBIM解決方案。針對國內(nèi)高速鐵路工程建設(shè)中的協(xié)同難點(diǎn)，提出基于openBIM的鐵路工程建設(shè)協(xié)同工作模式，通過采用IFC、信息交付手冊(Information Delivery Manual，IDM)、模 型 視 圖 定 義(Model View Definition，MVD)、COBie等openBIM標(biāo)準(zhǔn)，基于ISO 19650的協(xié)同工作流程，建立以CDE為核心的多方協(xié)作生態(tài)系統(tǒng)，并在京張高速鐵路(北京北—張家口)上進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，為國內(nèi)AEC行業(yè)應(yīng)用openBIM提供指導(dǎo)作用。

1 高速鐵路工程建設(shè)協(xié)同工作需求分析

1.1 鐵路工程通用數(shù)據(jù)環(huán)境需求

鐵路工程屬于大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，一般包含設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維3個階段。在設(shè)計(jì)方面，需要開展路基、橋梁、隧道、軌道等眾多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，各專業(yè)在文件管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、時間管理、質(zhì)量保證等方面進(jìn)行協(xié)同管理是一個非常復(fù)雜的問題。在施工方面，主要針對各專業(yè)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、物資、投資等管理維度開展施工建設(shè)，面向“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等多維度多層級建設(shè)要素，施工控制難點(diǎn)眾多，建設(shè)工期緊張，施工質(zhì)量要求高，參建單位眾多，對于信息化的建設(shè)要求更為嚴(yán)格。面向運(yùn)維管理，如何打破階段間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工數(shù)據(jù)的有效傳遞，是當(dāng)下亟待解決的問題。因此，需要構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換中心，滿足階段及專業(yè)間不同參與方的數(shù)據(jù)共享及交換需求，實(shí)現(xiàn)鐵路工程全生命周期管理。

1.2 面向ISO 19650的鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)化流程應(yīng)用需求

ISO 19650標(biāo)準(zhǔn)為AEC行業(yè)提供了一整套完整的信息管理流程，主要通過共同協(xié)作的方法實(shí)現(xiàn)信息管理[8]。在鐵路工程建設(shè)中，涉及建設(shè)、施工、監(jiān)理等多家參與單位，為了實(shí)現(xiàn)各組織間生產(chǎn)信息的協(xié)同管理，亟需基于ISO 19650標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一套符合國內(nèi)鐵路工程建設(shè)BIM應(yīng)用需求的協(xié)同信息流轉(zhuǎn)體系，來解決鐵路工程建設(shè)中協(xié)同組織難題。

1.3 鐵路工程Open BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用需求

鐵路工程在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期階段，會產(chǎn)生海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)基于BIM的組織協(xié)同、生產(chǎn)協(xié)同及內(nèi)業(yè)管理的協(xié)同，亟需一整套完整的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)來保證專業(yè)及階段間的數(shù)據(jù)可以有效組織與流轉(zhuǎn)，openBIM標(biāo)準(zhǔn)為工程建設(shè)行業(yè)提供了一整套完整的BIM規(guī)范化應(yīng)用方案，對我國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)的完善與引領(lǐng)起到重要推動作用。

2 基于openBIM的鐵路工程建設(shè)協(xié)同工作模式

openBIM是基于開放的標(biāo)準(zhǔn)和工作流程從而協(xié)同完成建筑的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的一種通用解決方案，旨在提供透明而開放的工作流程以及可在不同軟件之間通用的交互語言，從而使項(xiàng)目的各參與方能便捷地參與到項(xiàng)目的協(xié)同工作中[9]。通過進(jìn)一步將openBIM核心內(nèi)容與高速鐵路工程建設(shè)協(xié)同工作需求結(jié)合，提出了基于openBIM的成套鐵路工程建設(shè)協(xié)同解決方案，從開放中立標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同工作流程及通用數(shù)據(jù)環(huán)境3個方面改善鐵路工程建設(shè)的協(xié)同工作難題。

2.1 openBIM標(biāo)準(zhǔn)的使用

2.1.1 openBIM系列標(biāo)準(zhǔn)介紹

openBIM標(biāo)準(zhǔn)涵蓋內(nèi)容廣泛，包括IFC，IDM，IFD，MVD，COBie等開放標(biāo)準(zhǔn)，可用于設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維等多個階段的工程協(xié)同工作中。IFC標(biāo)準(zhǔn)是國際公認(rèn)的BIM數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，有助于實(shí)現(xiàn)AEC行業(yè)從業(yè)者所用軟件應(yīng)用間的交流和共享；IDM是記錄了業(yè)務(wù)流程并詳細(xì)規(guī)定用戶信息規(guī)范的文檔，其定義在項(xiàng)目的特定階段為支持特定業(yè)務(wù)流程而需要交換的信息[10]；MVD用于定義某一數(shù)據(jù)模型或現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的子集，從而滿足一個或多個特定數(shù)據(jù)的交換需求[11]；COBie是一項(xiàng)為運(yùn)維人員提供標(biāo)準(zhǔn)化工程建設(shè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，旨在解決工程資產(chǎn)交付期間的數(shù)據(jù)傳輸問題。

2.1.2 openBIM標(biāo)準(zhǔn)在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用研究

針對鐵路工程建設(shè)中多軟件交互協(xié)同、多專業(yè)模型施工協(xié)同應(yīng)用以及基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維信息傳遞等問題，通過對IFC，IDM，MVD，COBie等openBIM標(biāo)準(zhǔn)在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用研究來提升協(xié)同工作及信息傳遞流暢性，openBIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 openBIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用技術(shù)路線圖Fig.1 Technology roadmap for openBIM standard application

在設(shè)計(jì)階段，通過不同的設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建不同鐵路專業(yè)的模型，采用IFC標(biāo)準(zhǔn)下的.ifc格式作為模型文件傳輸格式，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)openBIM模型的統(tǒng)一管理和集成展示，提升基于BIM模型的設(shè)計(jì)協(xié)同效率；各專業(yè)模型在經(jīng)過基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的模型審核檢查后，為鐵路工程管理平臺提供模型服務(wù)。

在施工階段，采用不同軟件進(jìn)行基于IFC模型的分析應(yīng)用，為鐵路施工提供可視化輔助決策。例如，利用Solidworks+Ansys進(jìn)行的鋼結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用，利用Navisworks進(jìn)行的模擬仿真應(yīng)用，利用UE4和Unity制作的全景VR和AR應(yīng)用；借助IDM與MVD標(biāo)準(zhǔn)，可以從各種BIM軟件的IFC信息模型中快速找到特定需要的部分模型與信息，建立適用于各專業(yè)特定場景的獨(dú)特性施工BIM應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對某一特定應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)分析或施工應(yīng)用，提升施工質(zhì)量并推進(jìn)施工的高效協(xié)同。在竣工交付階段可將包含施工信息的BIM模型傳遞至綜合維修系統(tǒng)中，為鐵路運(yùn)維BIM應(yīng)用提供設(shè)計(jì)期及施工期的鐵路工程信息?；贑OBie標(biāo)準(zhǔn)編制符合鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維需求的信息交換模板，建立便于建設(shè)期與運(yùn)維期組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換和對應(yīng)的表示方法，實(shí)現(xiàn)滿足運(yùn)維需求的建設(shè)期資產(chǎn)信息模型交付。

2.2 基于ISO 19650的鐵路BIM協(xié)同工作流程

ISO 19650是一整套關(guān)于在建筑資產(chǎn)的全生命周期中，使用BIM進(jìn)行信息管理的國際標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)族，其對各行業(yè)建立BIM管理體系以及BIM實(shí)施管理流程具有重要作用。ISO 19650可從組織協(xié)同、信息需求以及信息管理流程等方面為鐵路BIM協(xié)同工作流程提供指導(dǎo)與借鑒。

2.2.1 組織協(xié)同

在ISO 19650系列標(biāo)準(zhǔn)中，項(xiàng)目參與方之間的關(guān)系可分為委任方、主要被委任方和被委任方。委任方一般可看作業(yè)主方，主要被委任方和被委任方即為傳統(tǒng)意義上的乙方，主要被委任方類似于工程的總包方，被委任方類似于工程的分包方。在實(shí)際鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目中，委任方為鐵路建設(shè)單位，如各類客運(yùn)專線公司等；主要被委任方可與各設(shè)計(jì)單位、各標(biāo)段施工單位、各監(jiān)理單位進(jìn)行對應(yīng)；被委任方可與各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、各工區(qū)施工團(tuán)隊(duì)、各監(jiān)理團(tuán)隊(duì)進(jìn)行對應(yīng)。通過這一3層級架構(gòu)可將鐵路項(xiàng)目中的各項(xiàng)BIM任務(wù)層層分解，并劃清各方職責(zé)，形成一套既清晰又可追溯的組織協(xié)同管理辦法。

2.2.2 信息需求

信息需求在不同的項(xiàng)目階段有所不同，主要分為組織信息需求、項(xiàng)目信息需求、信息交換需求和資產(chǎn)信息需求，其中資產(chǎn)信息需求指定資產(chǎn)信息模型，而信息交換需求指定項(xiàng)目信息模型。

基于此，進(jìn)一步研究并劃分鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目的信息需求。例如，鐵路工程組織信息需求即為國內(nèi)鐵路的戰(zhàn)略規(guī)劃、投資計(jì)劃及管理團(tuán)隊(duì)的組織架構(gòu)等；鐵路工程項(xiàng)目信息需求即為執(zhí)行工作計(jì)劃、物資采購計(jì)劃等；鐵路工程資產(chǎn)信息需求包括鐵路各專業(yè)業(yè)務(wù)、技術(shù)及管理信息等；鐵路工程信息交換需求即基于BIM模型的技術(shù)、管理和業(yè)務(wù)信息；鐵路工程項(xiàng)目信息模型指在鐵路工程建設(shè)中的過程信息模型，鐵路工程資產(chǎn)信息模型指在資產(chǎn)交付后可用于運(yùn)維的竣工信息模型。

2.2.3 信息管理流程

ISO 19650標(biāo)準(zhǔn)還針對資產(chǎn)交付階段定義了標(biāo)準(zhǔn)化的BIM信息管理流程，包括信息管理要求以及關(guān)于資產(chǎn)交付和信息交換的內(nèi)容。

鐵路工程項(xiàng)目的協(xié)同工作離不開信息的有效管理，項(xiàng)目各方均應(yīng)參與到信息管理流程中。一般由鐵路建設(shè)單位履行信息管理職能，負(fù)責(zé)梳理信息需求，確定信息交付時間和信息相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并制定招標(biāo)計(jì)劃；設(shè)計(jì)單位、施工單位等總包方主體負(fù)責(zé)制定投標(biāo)計(jì)劃、BIM執(zhí)行計(jì)劃和委任文件，并匯總信息交付內(nèi)容；各專業(yè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)制定BIM信息交付計(jì)劃與信息交付能力評估報(bào)告，并最終負(fù)責(zé)生產(chǎn)及交付信息。在實(shí)際鐵路項(xiàng)目的信息管理過程中，建設(shè)單位也可指派第三方BIM咨詢公司代為履行信息管理的職責(zé)。

2.3 鐵路工程BIM通用數(shù)據(jù)環(huán)境

鐵路工程BIM通用數(shù)據(jù)環(huán)境(CDE)這一概念來源于國際BIM標(biāo)準(zhǔn)ISO 19650，被看作是實(shí)現(xiàn)BIM落地必不可少的環(huán)境條件之一，也是收集、管理和共享整個項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的數(shù)字資產(chǎn)的唯一信息來源。通過建立信息在不同狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換及校審流程而形成的信息流轉(zhuǎn)機(jī)制是CDE的核心內(nèi)容。CDE中包含的信息狀態(tài)有“工作中”“共享”“已發(fā)布”和“歸檔”4種，CDE中的信息流轉(zhuǎn)機(jī)制如圖2所示。

圖2 CDE中的信息流轉(zhuǎn)機(jī)制Fig.2 Information flow mechanism in CDE

在鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域， CDE的應(yīng)用可通過建立一個帶有標(biāo)準(zhǔn)化信息流轉(zhuǎn)機(jī)制的云端協(xié)同環(huán)境來實(shí)現(xiàn)。該環(huán)境中各個團(tuán)隊(duì)的信息模型將獨(dú)立保存，生成的信息可用于設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維等多個階段。該環(huán)境還可供項(xiàng)目各參與方在線協(xié)作，按照對鐵路項(xiàng)目各參與方的角色劃分以及信息流轉(zhuǎn)機(jī)制的要求，“工作中”狀態(tài)的信息均應(yīng)為各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)或工區(qū)施工團(tuán)隊(duì)所獨(dú)有的建設(shè)過程信息，可以是橋梁專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙或隧道三維掃描數(shù)據(jù)等，這些信息未經(jīng)過團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的批準(zhǔn)不能與其他專業(yè)進(jìn)行共享使用；“共享”狀態(tài)的信息應(yīng)是已由團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人審核過的可共享信息，可用于進(jìn)行通信工程、信號工程、電力工程和電氣化工程(鐵路“四電”工程，以下簡稱“四電”)接口檢查或管線碰撞檢測等多專業(yè)相互驗(yàn)證和問題檢查；“已發(fā)布”狀態(tài)的信息則是經(jīng)建設(shè)單位批準(zhǔn)可以用于后續(xù)工程或運(yùn)維的不可變更信息，將組成鐵路資產(chǎn)信息模型的一部分。在鐵路工程建設(shè)及交付過程中，基于云端協(xié)同的CDE既便于在設(shè)計(jì)交付與竣工交付階段進(jìn)行信息模型傳遞，又便于各階段內(nèi)基于信息模型的協(xié)同工作，為鐵路設(shè)計(jì)變更環(huán)節(jié)提供新的技術(shù)思路。

3 京張高速鐵路實(shí)踐應(yīng)用

京張高速鐵路作為承載2022年北京冬奧會的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，工期緊任務(wù)重，在建設(shè)過程中對組織、階段及專業(yè)間的協(xié)同工作要求極高。通過在京張高速鐵路項(xiàng)目上開展基于openBIM的應(yīng)用實(shí)踐，可以打通設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期不同階段的數(shù)據(jù)傳輸通道，建立建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工等多方單位用戶協(xié)同工作的BIM平臺，將openBIM的理念擴(kuò)展到項(xiàng)目管理的全生命周期中，從而提升BIM應(yīng)用價值。

3.1 基于ISO 19650的協(xié)同工作流程實(shí)踐

3.1.1 京張高速鐵路組織管理架構(gòu)

京張高速鐵路項(xiàng)目由眾多單位共同參與建設(shè)，項(xiàng)目參與方有10余家，項(xiàng)目的組織管理與協(xié)同難度極大。為此京張高速鐵路的建設(shè)單位在第三方BIM咨詢公司的建議下，依據(jù)ISO 19650標(biāo)準(zhǔn)建立了3層級的組織管理架構(gòu)，京張高速鐵路組織管理架構(gòu)如圖3所示。在京張高速鐵路的組織管理架構(gòu)中，由京張城際鐵路公司擔(dān)任委任方，設(shè)計(jì)單位及各施工單位作為主要被委任方，各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及施工團(tuán)隊(duì)作為被委任方，同時清楚劃分各級職責(zé)，為更好地執(zhí)行項(xiàng)目協(xié)同工作奠定基礎(chǔ)。

圖3 京張高速鐵路組織管理架構(gòu)Fig.3 Organization and management structure of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway

3.1.2 京張高速鐵路項(xiàng)目信息需求

在京張高速鐵路項(xiàng)目開展初期，為更好地執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的信息管理流程，BIM咨詢方依據(jù)ISO 19650標(biāo)準(zhǔn)確定了京張高速鐵路項(xiàng)目的信息需求列表，包括鐵路組織信息需求、京張高速鐵路項(xiàng)目信息需求、建設(shè)信息交換需求和運(yùn)維信息需求等，京張高速鐵路項(xiàng)目信息需求如表1所示。

表1 京張高速鐵路項(xiàng)目信息需求Tab.1 Information requirements of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway project

3.1.3 京張高速鐵路協(xié)同工作流程

基于ISO 19650的協(xié)同工作流程在京張高速鐵路四電工程的施工全過程中進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，京張高速鐵路四電工程協(xié)同工作流程如圖4所示。由BIM咨詢方代表建設(shè)單位建立四電各專業(yè)的施工信息需求，信息交付時間節(jié)點(diǎn)及CDE，然后結(jié)合信息交換需求制定招標(biāo)計(jì)劃。站后施工單位制定投標(biāo)計(jì)劃，其中附有BIM執(zhí)行計(jì)劃及各專業(yè)施工信息交付能力的評估報(bào)告。確認(rèn)該施工單位中標(biāo)后，施工單位建立詳細(xì)責(zé)任矩陣并確定與各施工工區(qū)的信息交換需求，各施工工區(qū)制定BIM信息交付計(jì)劃，交由施工單位匯總后制定主信息交付計(jì)劃從而形成委任文件。在生成信息的過程中，施工單位負(fù)責(zé)整合資源和信息，并測試信息的生成方法和流程；各工區(qū)負(fù)責(zé)檢查信息資源的可用性并生成信息，隨后將生成的信息提交共享，由施工單位進(jìn)行初步審核，審核通過后再交由建設(shè)單位進(jìn)行審核，建設(shè)單位批準(zhǔn)通過后信息歸檔并形成資產(chǎn)信息模型，同時從項(xiàng)目建設(shè)過程中總結(jié)問題，為后續(xù)工程施工提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

圖4 京張高速鐵路四電工程協(xié)同工作流程Fig.4 Collaborative workflow for four electric/electronic systems engineering of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway

相比于未采用ISO 19650標(biāo)準(zhǔn)的施工階段，在四電專業(yè)的施工工作流程中，增加整合資源調(diào)動的環(huán)節(jié)，并且對各種信息交換的文件進(jìn)行了更為明確的定義，從而提高了對各環(huán)節(jié)的管控能力。

3.2 基于CDE的京張高速鐵路施工期 協(xié)同共享系統(tǒng)

在京張高速鐵路的施工建設(shè)中以CDE為核心構(gòu)建項(xiàng)目施工期的協(xié)同共享系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托鐵路工程管理平臺在天津武清設(shè)立數(shù)據(jù)中心，采用集中服務(wù)器建立云端數(shù)據(jù)存儲庫。京張高速鐵路施工期協(xié)同共享系統(tǒng)示意圖如圖5所示，每個專業(yè)的施工團(tuán)隊(duì)都建立獨(dú)立通訊群組，用于團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的信息模型的傳遞與協(xié)同工作；同時建立共享通訊群組，以便各參與方進(jìn)行跨專業(yè)的信息模型驗(yàn)證和檢查。系統(tǒng)內(nèi)各種流轉(zhuǎn)的信息均以編碼的形式歸檔留存，已完善的部分信息模型經(jīng)建設(shè)單位審核通過后發(fā)布，可供項(xiàng)目各參與方在線使用。

圖5 京張高速鐵路施工期協(xié)同共享系統(tǒng)示意圖Fig.5 Collaborative sharing system for construction period of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway

京張高速鐵路項(xiàng)目從建設(shè)期伊始就采用這一系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)各類BIM信息的協(xié)同共享。通過在京張高速鐵路上對CDE的鐵路特性化應(yīng)用嘗試，提高了各專業(yè)間的協(xié)同工作效率，并對施工期數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)范化存儲，為后期運(yùn)維應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.3 OpenBIM標(biāo)準(zhǔn)在京張高速鐵路的實(shí)踐應(yīng)用

京張高速鐵路在設(shè)計(jì)階段就使用了鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布的鐵路工程信息模型分類和編碼、鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲等系列標(biāo)準(zhǔn)[12]，進(jìn)一步規(guī)范BIM設(shè)計(jì)成果。通過采用IFC標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果向施工階段的交付，為施工階段開展BIM應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。將設(shè)計(jì)單位通過MicroStation建模軟件創(chuàng)建的地下站隧模型，通過IFC數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)入研發(fā)的模型審查軟件（Model Review Software，MRS），在施工期可根據(jù)openBIM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的自動云校審，并在線生成相關(guān)報(bào)告，為施工期BIM應(yīng)用創(chuàng)造條件。針對鐵路工程建設(shè)階段，MVD標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用主要是根據(jù)鐵路工程特點(diǎn)，產(chǎn)生多樣性的可視化應(yīng)用場景，以京張高速鐵路地下站隧為例，MVD應(yīng)用場景主要為隧道三維激光掃描、爆破仿真模擬及VR應(yīng)用等， 其中八達(dá)嶺地下站隧MVD應(yīng)用場景如圖6所示，圖6分別為隧道三維激光掃描和VR應(yīng)用場景。

在隧道三維激光掃描方面，建立了點(diǎn)云與信息模型融合的隧道開挖質(zhì)量動態(tài)分析方法，將動態(tài)重構(gòu)點(diǎn)云模型與BIM模型實(shí)時關(guān)聯(lián)，通過對三維點(diǎn)云模型與BIM信息模型結(jié)合的隧道進(jìn)行平整度及超欠挖動態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)基于BIM的隧道關(guān)鍵工序施工質(zhì)量實(shí)時精準(zhǔn)管控及三維可視化質(zhì)量管理[13]。在爆破仿真方面，通過對八達(dá)嶺地下站隧爆破方案進(jìn)行虛擬仿真優(yōu)化，可進(jìn)一步為施工人員進(jìn)行事前施工模擬，同時對八達(dá)嶺長城周邊爆破震動進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和模擬，消除了工程建設(shè)對文物和環(huán)境的不利影響。在可視化VR應(yīng)用方面，基于IFC數(shù)據(jù)格式BIM模型，通過光照調(diào)整、渲染優(yōu)化和識別信息補(bǔ)充構(gòu)建VR仿真虛擬場景，為旅客出行提供虛擬體驗(yàn)服務(wù)。

同時，基于IFC，IDM，MVD等系列標(biāo)準(zhǔn)，集成設(shè)計(jì)、施工過程信息，以BIM模型為數(shù)據(jù)承載體，首次以三維數(shù)字資產(chǎn)的方式交付給基于BIM的綜合維修管理系統(tǒng)，京張高速鐵路建設(shè)三維數(shù)字資產(chǎn)如圖7所示。面向后期運(yùn)維管理，基于COBie標(biāo)準(zhǔn)制定了運(yùn)營階段工務(wù)、電務(wù)、供電、房建等專業(yè)的信息交換模板423種，形成鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維信息模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[14]，涵蓋運(yùn)維階段基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)定義，并向運(yùn)維階段移交了資產(chǎn)信息模型，涵蓋設(shè)計(jì)期和建設(shè)期屬性信息，為鐵路行業(yè)的建維一體化管理起到重要支撐作用。

圖7 京張高速鐵路建設(shè)三維數(shù)字資產(chǎn)Fig.7 3D digital assets of construction period of Beijing-Zhangjiakou High Speed Railway

4 結(jié)束語

從鐵路工程建設(shè)協(xié)調(diào)工作需求分析為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合國際BIM組織 buildingSMART提出的openBIM解 決 方 案，將ISO 19650和CDE融 入鐵路工程行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，形成成套成體系基于openBIM的鐵路工程建設(shè)協(xié)同工作模式，并在京張高速鐵路開展工程實(shí)踐，為國內(nèi)鐵路工程在國際BIM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用上作出初步探索與驗(yàn)證，可進(jìn)一步完善國內(nèi)鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用體系，結(jié)合國內(nèi)鐵路工程系列智能建造技術(shù)，為鐵路精品工程、智能工程、綠色工程等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起到重要支撐作用。同時，能夠積極響應(yīng)“智能高鐵戰(zhàn)略研究”和“一帶一路”建設(shè)發(fā)展需求，為我國高速鐵路走出去創(chuàng)造條件。