BIM技術(shù)在鐵路四電領(lǐng)域的綜合運(yùn)用探討

■ 王朝存 于鳳

BIM技術(shù)在鐵路四電領(lǐng)域的綜合運(yùn)用探討

■ 王朝存 于鳳

以目前鐵路四電工程全生命周期建設(shè)階段現(xiàn)狀為背景，結(jié)合BIM技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況，對(duì)BIM技術(shù)在四電工程領(lǐng)域設(shè)備分類編碼、信息共享、模型交付、標(biāo)準(zhǔn)化管理應(yīng)用等進(jìn)行深入研究，提出基于BIM的四電應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，及其在不同階段的應(yīng)用方向。能夠?yàn)殍F路建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)單位、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、運(yùn)維在通信、信號(hào)、信息系統(tǒng)領(lǐng)域推行BIM技術(shù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，加強(qiáng)教育培訓(xùn)提供幫助和借鑒。

BIM；鐵路；四電領(lǐng)域；綜合運(yùn)用

1 概述

BIM技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)設(shè)計(jì)行業(yè)是一場革命，它涵蓋了整個(gè)規(guī)劃研究、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)營維護(hù)的全過程。掌握好BIM技術(shù)可以提升工作效率與質(zhì)量，規(guī)避系統(tǒng)工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，提高項(xiàng)目整體效益。

隨著BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域體現(xiàn)出的巨大應(yīng)用價(jià)值，BIM技術(shù)在鐵路建設(shè)領(lǐng)域的研究及應(yīng)用已成為一項(xiàng)迫在眉睫的重要任務(wù)。鐵路相關(guān)單位均加大BIM技術(shù)在鐵路領(lǐng)域應(yīng)用的研發(fā)力度，積極開展相關(guān)工作。符合鐵路四電領(lǐng)域行業(yè)特點(diǎn)的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，仍然是貫穿設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維幾大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。中國鐵路BIM聯(lián)盟已經(jīng)啟動(dòng)的分類編碼工作，是一個(gè)良好的開端，這項(xiàng)工作的持續(xù)推進(jìn)，將對(duì)整個(gè)行業(yè)的BIM應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

BIM技術(shù)在站后四電方面的綜合應(yīng)用，一方面能夠在站前多專業(yè)設(shè)計(jì)的工程、場地的基礎(chǔ)上，完成三維空間的適應(yīng)性分析，從而消除可能出現(xiàn)的碰撞；另一方面通過四電工程的可視化設(shè)計(jì)與施工，為鐵路工程提供準(zhǔn)確的電氣及控制配套設(shè)施，避免施工過程中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，為開通運(yùn)營打好基礎(chǔ)，同時(shí)為運(yùn)維做好必要的信息準(zhǔn)備。

2 鐵路四電專業(yè)在工程全生命周期的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的四電專業(yè)項(xiàng)目管理模式，管理方法成熟，業(yè)主可控制設(shè)計(jì)要求，施工階段比較容易提出設(shè)計(jì)變更，有利于合同管理和風(fēng)險(xiǎn)管理。但存在一些不足：（1）業(yè)主方在工程不同的階段可自行或委托進(jìn)行項(xiàng)目前期的開發(fā)管理、項(xiàng)目管理和設(shè)施管理，但是缺少必要的相互溝通。（2）設(shè)計(jì)單位和供貨方的項(xiàng)目管理薄弱，工程項(xiàng)目管理只局限于施工領(lǐng)域。（3）監(jiān)理工程師對(duì)項(xiàng)目的工期不易控制，管理和協(xié)調(diào)工作較復(fù)雜，對(duì)工程總投資不易控制，容易互相推諉責(zé)任。（4）項(xiàng)目管理還停留在較粗放的水平，與國際水平相當(dāng)?shù)墓こ添?xiàng)目管理咨詢公司還有差距。（5）前期的開發(fā)管理、項(xiàng)目管理和設(shè)施管理的分離，僅從各自的工作目標(biāo)出發(fā)，忽視了項(xiàng)目全生命的整體利益。（6）由多個(gè)不同組織實(shí)施，會(huì)影響相互間的信息交流，也就影響項(xiàng)目全生命的信息管理等。（7）二維CAD設(shè)計(jì)圖紙不方便各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通，傳統(tǒng)方法不利于規(guī)范化和精細(xì)化管理。（8）造價(jià)分析數(shù)據(jù)細(xì)度不夠，功能弱，企業(yè)級(jí)管理能力不強(qiáng)，精細(xì)化成本管理需要細(xì)化到不同時(shí)間、構(gòu)件、工序等，難以實(shí)現(xiàn)過程管理。（9）施工人員專業(yè)技能不足、材料的使用不規(guī)范、不按設(shè)計(jì)或規(guī)范進(jìn)行施工、不能準(zhǔn)確預(yù)知完工后的質(zhì)量效果、各個(gè)專業(yè)工種相互影響。（10）施工方對(duì)效益過分的追求，質(zhì)量管理方法很難充分發(fā)揮其作用對(duì)環(huán)境因素的估計(jì)不足，重檢查、輕積累。

因此，鐵路四電項(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BIM技術(shù)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。

3 BIM技術(shù)在四電專業(yè)中應(yīng)用的需求分析及技術(shù)體系

3.1 需求分析

“十二五”規(guī)劃中提出“全面提高行業(yè)信息化水平，重點(diǎn)推進(jìn)建筑企業(yè)管理與核心業(yè)務(wù)信息化建設(shè)和專項(xiàng)信息技術(shù)的應(yīng)用”，可見BIM技術(shù)與項(xiàng)目管理的結(jié)合不僅符合政策的導(dǎo)向，也是發(fā)展的必然趨勢。

基于BIM的四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)的管理模式是創(chuàng)建信息、管理信息、共享信息的數(shù)字化方式，具有很多的優(yōu)勢：（1）基于BIM的項(xiàng)目管理，工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如量、價(jià)等，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)透明、數(shù)據(jù)共享，能完全實(shí)現(xiàn)短周期、全過程對(duì)資金風(fēng)險(xiǎn)以及盈利目標(biāo)的控制；（2）基于BIM技術(shù)，可對(duì)投標(biāo)書、進(jìn)度審核預(yù)算書、結(jié)算書進(jìn)行統(tǒng)一管理，并形成數(shù)據(jù)對(duì)比；（3）可以提供施工合同、支付憑證、施工變更等工程附件管理，并為成本測算、招投標(biāo)、簽證管理、支付等全過程造價(jià)進(jìn)行管理；（4）BIM數(shù)據(jù)模型保證了各項(xiàng)目的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以方便統(tǒng)計(jì)，追溯各個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)金流和資金狀況；（5）根據(jù)各項(xiàng)目的形象進(jìn)度進(jìn)行篩選匯總，可為領(lǐng)導(dǎo)層更充分的調(diào)配資源、進(jìn)行決策創(chuàng)造條件；（6）基于BIM的可視化系統(tǒng)能提前發(fā)現(xiàn)在施工階段可能出現(xiàn)的問題，并逐一修改，提前制定應(yīng)對(duì)措施；（7）使進(jìn)度計(jì)劃和施工方案最優(yōu)，在短時(shí)間內(nèi)說明問題并提出相應(yīng)的方案， 再用來指導(dǎo)實(shí)際項(xiàng)目施工；（8）BIM 技術(shù)的引入可以充分發(fā)掘傳統(tǒng)技術(shù)的潛在能量，使其更充分、更有效地為工程項(xiàng)目質(zhì)量管理工作服務(wù)。

總體上講，采用基于BIM技術(shù)的四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)可使整個(gè)四電工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)等階段都能夠有效地實(shí)現(xiàn)建立資源計(jì)劃、控制資金風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省能源、節(jié)約成本和提高效率，同時(shí)能改變傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理理念。

結(jié)合四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)的BIM多維度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的能力，通過數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支撐為電務(wù)項(xiàng)目精細(xì)化管理起到?jīng)Q定性作用，從而多方位創(chuàng)造項(xiàng)目效益。數(shù)據(jù)支撐對(duì)項(xiàng)目管理甚至企業(yè)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)問題產(chǎn)生了革命性的能力提升，將工程量的數(shù)據(jù)徹底透明化。數(shù)據(jù)支撐將在項(xiàng)目管理革命和整體行業(yè)進(jìn)步中將起到更大的作用。四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)BIM的數(shù)據(jù)能力不同部門間的信息對(duì)稱能力和管理水平大為提升。

3.2 技術(shù)體系

（1）設(shè)備分類編碼體系。信息分類包括線分類體系及面分類體系。線分類法也稱層級(jí)分類法，是指將分類對(duì)象按所選定的若干分類標(biāo)志，逐次地分成相應(yīng)的若干個(gè)層級(jí)類目，并排列成一個(gè)有層次、逐級(jí)展開的分類體系。線分類法的一般表現(xiàn)形式是大類、中類、小類和細(xì)目等，將分類對(duì)象一層一層地進(jìn)行具體劃分，同位類的類目之間存在并列關(guān)系，上位類與下位類之間存在隸屬關(guān)系。面分類法又稱平行分類法，是指將所選定的分類對(duì)象的若干標(biāo)志視為若干個(gè)面，每個(gè)面劃分為彼此獨(dú)立的若干個(gè)類目，排列成一個(gè)由若干個(gè)面構(gòu)成的平行分類體系。面分類法分類時(shí)所選用的標(biāo)志之間沒有隸屬關(guān)系，每個(gè)標(biāo)志層面都包含一組類目。

通過學(xué)習(xí)I S O 12006-2建筑關(guān)聯(lián)對(duì)象分類、SinoClass（14個(gè)分類表）、OmniClass（15個(gè)分類表），中國鐵道科學(xué)研究院提出基于BIM平臺(tái)編碼等分類編碼體系，結(jié)合Autodesk Revit軟件采用OmniClass體系進(jìn)行族編碼，初步提出了四電專業(yè)的面分法設(shè)備編碼（基于OmniClass體系）。

（2）數(shù)據(jù)信息。在建立設(shè)備信息模型及工程信息模型時(shí)，應(yīng)在各個(gè)階段建立所需的數(shù)據(jù)信息。

（3）設(shè)備通用信息。四電設(shè)備通用信息包括專業(yè)、編碼、名稱等。

（4）模型精度要求。提出BIM模型在工程各階段的精度要求。

（5）建模及開發(fā)平臺(tái)。制定模型交付標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定模型建立依據(jù)、模型拆分的標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)平臺(tái)，如AutoDesk Revit、Inventor、Navisworks。

4 BIM技術(shù)在四電專業(yè)的應(yīng)用目標(biāo)

根據(jù)BIM在國內(nèi)的使用現(xiàn)狀，提出鐵路四電應(yīng)用BIM的思路。應(yīng)用BIM技術(shù)創(chuàng)建信息模型，實(shí)現(xiàn)從二維圖紙到三維圖紙的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型，建立相對(duì)完善的圖紙交付標(biāo)準(zhǔn)和管理制度。隨著基于BIM技術(shù)的四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)引入，傳統(tǒng)的鐵路四電工程項(xiàng)目管理模式將會(huì)革新，可以使眾多參與單位在同一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

在鐵路項(xiàng)目的建設(shè)管理、工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、工程監(jiān)理、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維等階段的各參與單位配備四電信息管理應(yīng)用系統(tǒng)，使四電工程項(xiàng)目管理更為便捷、有效。系統(tǒng)依據(jù)并采用BIM技術(shù)體系，將四電工程的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造及提供、系統(tǒng)集成及施工、維護(hù)管理等過程漸進(jìn)式地集成在一個(gè)技術(shù)平臺(tái)下。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)階段等全生命周期工程數(shù)據(jù)信息可視應(yīng)用，工程項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量、投資、資料方面精細(xì)化管理，便捷化的施工協(xié)調(diào)管理，隱蔽工程可視化管理，運(yùn)維智能化管理。為有效實(shí)現(xiàn)建立資源計(jì)劃、控制資金風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省能源、節(jié)約成本和提高效率做好技術(shù)儲(chǔ)備。

適合鐵路工程四電應(yīng)用的軟件平臺(tái)，依然是BIM技術(shù)得以體現(xiàn)的基礎(chǔ)。目前，BIM技術(shù)在四電方面的應(yīng)用還處在前期階段，主要工作集中在如下幾個(gè)方面：

（1）BIM應(yīng)用前期構(gòu)件開發(fā)，工程模型創(chuàng)建；

（2）設(shè)備分類編碼；

（3）專業(yè)圖紙數(shù)字化、參數(shù)化的解析；

（4）設(shè)備編碼與圖紙數(shù)字化后的數(shù)據(jù)庫模型間的融合。

通過軟件平臺(tái)的支撐，BIM技術(shù)在四電方面的應(yīng)用，側(cè)重于強(qiáng)化BIM技術(shù)中的“I”信息共享、“M”模型創(chuàng)建應(yīng)用，主要體現(xiàn)在設(shè)備模擬調(diào)試，設(shè)備協(xié)同布設(shè)，設(shè)備快速查詢定位，模型分離控制，設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)階段等全生命周期工程數(shù)據(jù)信息可視應(yīng)用等多個(gè)方面。同時(shí)通過BIM這個(gè)載體，還可以對(duì)工程項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、投資等方面進(jìn)行精細(xì)化管理。

5 鐵路四電工程BIM應(yīng)用平臺(tái)

5.1 應(yīng)用平臺(tái)功能

BIM技術(shù)在鐵路四電工程的應(yīng)用平臺(tái)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、工程模型、應(yīng)用模塊、應(yīng)用流程、硬件網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等部分組成。

（1）橋梁、隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備布設(shè)。隧道內(nèi)四電設(shè)備布設(shè)密集（主要包含接觸網(wǎng)、通信漏纜、光纖直放站、綜合接地系統(tǒng)、區(qū)間信號(hào)設(shè)備、通信信號(hào)及電力電纜等），容易產(chǎn)生空間沖突。BIM應(yīng)用平臺(tái)可以解決傳統(tǒng)方式下難以實(shí)現(xiàn)的活動(dòng)，或用更小的成本使結(jié)果趨于更優(yōu)。如對(duì)工程局部關(guān)系的分析，多個(gè)角色通過設(shè)備選擇器選擇對(duì)象，能突出需要確認(rèn)的設(shè)施設(shè)備 ，以確認(rèn)設(shè)計(jì)深度、施工結(jié)果等。根據(jù)設(shè)備構(gòu)成及對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)用的意圖，動(dòng)態(tài)配置或加載模型。獲取設(shè)備的布設(shè)位置、連接關(guān)系、裝配工藝等信息。信息模型對(duì)隱蔽工程提供了新的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維手段。在特殊工程環(huán)境等情況下，顯現(xiàn)設(shè)備安裝過程或結(jié)果。

（2）模型創(chuàng)建及發(fā)布。依據(jù)設(shè)計(jì)文件和規(guī)范建立模型，按工程建設(shè)過程承擔(dān)角色，利用應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)平面布設(shè)、通信信號(hào)室內(nèi)設(shè)備布置、信息機(jī)房綜合布線。

（3）設(shè)備快速查詢定位。對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速查詢和定位。

（4）模型分離控制。平臺(tái)能夠?qū)δＰ头蛛x控制，按角色發(fā)布需要的數(shù)據(jù)（模型）。

（5）工程數(shù)據(jù)信息可視應(yīng)用。將模型按工程流水進(jìn)行劃分，獲?。P(guān)鍵環(huán)節(jié)）最小檢驗(yàn)批次的信息模型，增加質(zhì)量管理的內(nèi)涵（追溯、對(duì)比）。將施工組織信息與工程模型進(jìn)行一定的融合，輔助進(jìn)度管理。細(xì)分工程模型最小單元，關(guān)聯(lián)多種格式的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)基于模型的施工過程工程數(shù)據(jù)信息（多元化的資料）的創(chuàng)建。集中管理，快速調(diào)用。

5.2 平臺(tái)在設(shè)計(jì)、建管、施工、運(yùn)維的應(yīng)用管理

試點(diǎn)工程范圍：蘭渝線LYS5標(biāo)隴南站—桔柑站（不含）的信號(hào)、通信、電力、電氣化工程（涉及線路、站場、橋梁、隧道、房建等工程），包括楊家壩隧道四電工程。

5.2.1 設(shè)計(jì)階段

（1）設(shè)計(jì)者：通信、信號(hào)、信息、電力、電氣化等專業(yè)設(shè)計(jì)者建立設(shè)計(jì)工程信息模型，并為工程項(xiàng)目建設(shè)中施工、監(jiān)理、運(yùn)維等各個(gè)階段所有要素提供基礎(chǔ)資料，涵蓋了安裝及養(yǎng)護(hù)、維修指導(dǎo)信息的數(shù)據(jù)接口。對(duì)復(fù)核、審核、審查者提出的修改意見和建議，對(duì)工程模型進(jìn)行完善。通過BIM應(yīng)用平臺(tái)將模型交付建設(shè)單位。

（2）審核者、審定者：按專業(yè)、功能、系統(tǒng)進(jìn)行模型分解和組合，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。利用信息模型確認(rèn)設(shè)計(jì)合理性（如空間布設(shè)、走線等）。

5.2.2 建管階段（施工圖審查）

通過BIM應(yīng)用平臺(tái)遠(yuǎn)程查閱設(shè)計(jì)模型，了解并體驗(yàn)工程情況和設(shè)計(jì)意圖。檢查各專業(yè)之間設(shè)備的沖突及不滿足相關(guān)規(guī)范的情況（如楊家壩隧道內(nèi)接觸網(wǎng)及回流線、通信漏纜、綜合接地設(shè)備等布設(shè)狀況）。

5.2.3 建管階段（工程管理）

通過BIM應(yīng)用平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)提交的工程模型進(jìn)行接收；進(jìn)行工程模型的體驗(yàn)和確認(rèn)；通過平臺(tái)協(xié)助技術(shù)交底、采購、施工組織。

5.2.4 施工階段

通過應(yīng)用平臺(tái)對(duì)工程情況進(jìn)行全面的了解和體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合施工創(chuàng)建施工模型。在技術(shù)交底、采購、設(shè)計(jì)變更、工程驗(yàn)交等環(huán)節(jié)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用。

5.2.5 運(yùn)維階段

運(yùn)營維護(hù)階段中，建筑信息模型繼承了設(shè)計(jì)、施工期的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上給各運(yùn)營維護(hù)單位提供一個(gè)分層可視的操作界面，用戶能夠以一種宏觀到微觀的效果使維護(hù)工作人員能夠更清楚地了解設(shè)備信息，以三維視圖展示設(shè)備及其部件，通過數(shù)據(jù)支持可以在此視圖中指導(dǎo)維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修維護(hù)，避免和減少由于欠維修或過度維修而造成的消耗。同時(shí)可以進(jìn)行工程驗(yàn)收、培訓(xùn)。幫助運(yùn)營維護(hù)單位提高設(shè)備維護(hù)管理水平，降低運(yùn)營維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)和成本，提高管理效率，節(jié)省成本。

6 結(jié)束語

在對(duì)鐵路四電專業(yè)工程應(yīng)用中存在問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，初步提出將BIM技術(shù)應(yīng)用在四電領(lǐng)域的設(shè)想。完全實(shí)現(xiàn)鐵路四電系統(tǒng)BIM設(shè)計(jì)及應(yīng)用是一個(gè)長期的過程，需要線路、站場、房建等相關(guān)配套專業(yè)的大力配合和支持。BIM技術(shù)在鐵路四電領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)是一次設(shè)計(jì)技術(shù)的革命性創(chuàng)新，同時(shí)大力推動(dòng)鐵路四電工程建設(shè)模式、運(yùn)維管理的轉(zhuǎn)型，對(duì)整個(gè)鐵路四電行業(yè)產(chǎn)生重大的影響。

[1] 朱江．BIM在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(10)：104-108.

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[3] 逯宗田．鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM的思考[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(6)：140-143.

王朝存：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處技術(shù)開發(fā)所，副所長，高級(jí)工程師，陜西 西安，710043

于鳳：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處技術(shù)開發(fā)所，副所長，高級(jí)工程師，陜西 西安，710043

責(zé)任編輯王小紅

U28；U22

A

1672-061X（2014）02-0022-04