京沈客专成段落BIM试点多专业协同设计研究与应用

■ 齐春雨 苏林

京沈客专成段落BIM试点多专业协同设计研究与应用

■ 齐春雨 苏林

京沈客专为首个铁路项目成段落BIM试点应用，针对当前BIM技术在铁路领域的应用环境，确定总体指导思想为：系统性规划、高起点起步、全产业应用的试点应用，并将2～3年的试点工作分成4期，分别设定阶段目标。介绍第1期主要的阶段成果：选定统一的设计平台，建立试点站前工程完整的BIM模型，初步探索BIM设计模式下的设计流程和设计方法，初步试验BIM与3D GIS融合，初步制定项目级实施标准，创新基于BIM技术的设计方法等。研究结论为17个BIM试点工程提供理论基础，为提升铁路建设运营能力提供实际经验。

京沈客专；成段落；BIM；3D GIS；多专业；协同设计

0 引言

2014年中国铁路总公司（简称总公司）安排17个项目开展BIM研究应用，其中京沈客专为首个铁路项目成段落BIM试点应用。该试点工程全长6.44 km（铺设无砟轨道），包含车站1座、桥梁4座、隧道1座、路基4段，总公司要求“初步实现BIM协同设计和施工图BIM模型交付”。

1 指导思想

1.1 BIM技术在铁路领域应用环境

铁路BIM技术应用研究尚处于起步阶段，在政策层面［1］和技术层面均存在困难，需要在研究应用中逐步解决，其应用整体环境见图1。

图1 铁路BIM应用整体环境

政策层面：没有开展BIM设计和应用取费依据与标准，也没有支持BIM应用的招投标政策。

技术层面：（1）缺技术标准。试点开始的2014年底，信息语义标准铁路IFD 1.0即将发布，信息存储标［2-3］?准铁路IFC 1.0刚开始编制，信息传递标准铁路IDM 1.0的制定工作尚未启动。设计是BIM技术应用的源头，设计中如果没有遵循统一的标准，BIM的信息就不能规范地添加，在项目生命周期所有相关方之间互通信息的BIM核心理念就不能实现。（2）缺明确的应用价值点，影响铁路建设各方BIM应用的积极性和针对性。铁路行业BIM技术应用探索不多，设计阶段公认的价值点主要体现在管线碰撞检查等层面，施工阶段主要探索了将设计数据传输给施工机械开展路基压实等，而运维阶段实质性应用探索更少，缺乏示范效应。（3）缺专业软件工具。市场上的主流BIM软件均未满足铁路工程多专业BIM协同设计的需求，需要去试验、挖掘、开发。

1.2 总体指导思想

鉴于以上环境，铁道第三勘察设计院集团有限公司（简称铁三院）积极响应总公司的指示，成立BIM研发项目部集中多专业联合攻关，确定京沈客专“系统性规划、高起点起步、全产业应用”的总体指导思想。

一是系统规划，分步实施。

二是精选平台，高点起步。选择的平台和软件要基因优质，成熟开放，支持统一的网络数据库，支持铁路BIM标准的实施。

三是需求牵引，价值导向。深入挖掘设计、施工、运维阶段的不同应用价值点，逐步实现BIM价值。

四是自顶向下，逻辑分明。BIM设计项目组织要先整体再局部，即自顶向下的设计理念，模型之间关联约束要结构清晰，逻辑分明。

五是标准验证，试点完善。依托BIM试点项目，积极应用验证铁路BIM联盟编制的BIM技术标准，标准制定与研究应用同步开展，相互促进。

1.3 2～3年BIM研究应用路线图

以半年为周期分4个阶段，提出近2～3年的BIM研究应用阶段目标、措施和考核指标。

第1阶段：选择适合于多专业协同设计的主平台，建立站前专业BIM几何模型，初步探索设计阶段的BIM应用。

第2阶段：试验验证BIM技术标准，实现BIM模型非几何信息的添加，站后专业建立BIM几何模型，深化设计阶段的应用，配合施工单位开展施工阶段的应用探索。

第3阶段：着手专业BIM工作的二次开发，形成一定的BIM设计能力，配合施工单位深化施工阶段的应用。

第4阶段：深化二次开发，逐步实现设计图表的输出，在设计、施工中应用BIM技术。

2 主要阶段成果

目前已经完成第1阶段工作，第2阶段正在进行中，研究成果如下。

2.1 确定BIM主平台

经测绘、地质、线路、路基、桥梁、隧道、路基、轨道、工经9个专业联合调研、试用、试验，达索平台可以作为主平台开展铁路BIM设计，以同一数据库承载，有利于多专业设计的实时协同。

重点从如下5方面对平台的适应能力进行了试验、检验：

（1）三维建模能力。较好支持地形、地质、线路、路基等铁路专业模型的建立。

（2）平台的协同能力。较好实现管理的协同、建模的协同、模型应用的协同等。

（3）对BIM标准支持。承诺支持中国铁路BIM标准。

（4）设计重用机制。全参数化设计，设计重用机制较好。

（5）二次开发能力。二次开发能力较强大、开放。

2.2 试点工程模型

2.2.1 BIM试点整体模型

在统一软件环境下建立了测绘、地质、线路、轨道、路基、桥梁、隧道、站场等8个专业成段落BIM模型，建立了6.44 km试点站前工程的整体模型（见图2），验证了设计的系统性，为施工阶段BIM应用创造条件。

2.2.2 建立各专业模型、创立专业模板库

建立8个专业、85类、5 600个构件模型，创立了专业模板库（见图3）。

2.3 试验BIM与3D GIS的融合

完成BIM模型整体导入TSDI_RIM系统进行管理应用，确定达索系统单体构件的导出接口需要进一步完善。

2.4 探索BIM设计模式下设计流程和设计方法

探索并实现了BIM模式下多专业协同设计。

2.4.1 工程分解（EBS）

以树状结构进行工程分解［4］，首先将铁路工程按路基、桥梁、隧道等工点进行分段，再将工点按照工程结构关系及管理需要逐级细分，各专业在该结构树统领下开展设计，试点工程分解见图4。

2.4.2 任务分解与管理（WBS）

依据工程结构树进行工作任务分解，在协同管理平台上分级派发任务，并进行设计全过程管理，分任务列表和任务执行状态2个维度，其分解管理截图见图5。

图2 京沈客专BIM试点整体模型（段落）

图3 京沈客专BIM试点模型汇总

2.4.3 骨架驱动模板智能

实施骨架驱动设计策略，以线路空间线位等定位元素为骨架，模型在骨架上搭建，设计案例见图6。

各项工作以同一数据库承载，保证了多专业设计的实时协同。

2.5 初步制定项目级实施标准

制定了实施标准，从设计资源、行为、交付3个方面进行规范化、标准化。明确了院总、总体、专业负责人及设计者的职责和权限，制定了协同设计工作流程，确定了BIM模型的精细度（标准架构见图7）。

2.6 创新基于BIM技术的设计方法

传统模式下，路基、排水设计、隧道洞口比选均采用断面法，设计信息描述不够精确，BIM技术克服这些缺点，提供了更好的设计手段。图8为李家梁隧道洞口位置选择及边仰坡排水三维设计图，设计基于高精度地形曲面，实现路基连续三维设计，路基模型与地形曲面紧密结合，保证工程设计的准确性；实现排水平、纵协同三维设计，保证排水设计系统性；实现三维场景中隧道洞口的快速比选，洞口覆土、边仰坡、落石危险区等一目了然，保证洞口设计安全、经济。

2.7 探索BIM模型在设计阶段中的应用

（1）根据铁路BIM IFD 1.0标准，完成部分工程数量计算。

（2）利用BIM模型进行有限元分析。

（3）基于BIM模型输出二维图纸（图9为应用BIM模型直接输出桥墩图纸）。

（4）关键工艺的施工仿真（图10为隧道三台阶临时横撑法的施工仿真）。

图4 试点工程分解图

图5 试点工程WBS分解管理截图

图6 骨架驱动设计案例

图7 试点实施标准构架

图8 李家梁隧道洞口位置选择及边仰坡排水三维设计图

图9 应用BIM模型直接输出桥墩图纸

图10 隧道三台阶临时横撑法的施工仿真

3 研究结论

（1）应用统一的BIM软件平台作为铁路BIM设计的主平台是可行的，有利于实现协同设计。

（2）应用BIM技术有利于提高设计系统性和精细度，从而提高设计质量。

（3）BIM技术在铁路领域的研究应用需要再接再厉，BIM的应用价值有待不断的深入挖掘。

4 结束语

BIM技术在铁路领域的应用尚处于起步阶段，仍面临很多困难，但是铁路BIM联盟正牵头领导各方团结协作逐个克服。BIM技术标准会陆续发布，为BIM应用奠定标准基础；BIM软件厂商陆续支持中国铁路BIM标准，BIM软件平台会逐渐成熟；随着17个BIM试点工程中BIM价值点的不断挖掘和普遍认可，政策环境将逐步改善。铁路BIM技术将快速发展，必将为提升铁路建设运营发挥重大的作用。

［1］ 建质函［2015］159号 中华人民共和国住房和城乡建设部关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知［S］.

［2］ 李华良，杨绪坤，王长进，等. 中国铁路BIM标准体系框架研究［J］. 铁路技术创新，2014（2）：12-17.

［3］ 清华大学BIM课题组. 中国建筑信息模型标准框架研究［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2011.

［4］ 刘延宏. EBS在铁路工程建设管理中的应用探讨［J］. 中国铁路，2015（7）：62-65.

齐春雨：铁道第三勘察设计院集团有限公司轨道交通勘察设计国家地方联合工程实验室，教授级高级工程师，天津，300142
苏 林： 铁道第三勘察设计院集团有限公司线站处，高级工程师，天津，300142

责任编辑 李葳

TP319

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1672-061X（2016）03-0013-05

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2014X007-A）。