中國鐵路BIM技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用框架

■ 中國鐵路總公司工程管理中心

中國鐵路BIM技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用框架

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綜述國內(nèi)外BIM技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定、隧道、橋梁、路基、測繪、地質(zhì)、站房、四電集成BIM應(yīng)用研究等8個(gè)方面詳細(xì)分析我國鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應(yīng)用情況，提出鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

中國鐵路；BIM技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外越來越多的工程實(shí)踐證明，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的研究和應(yīng)用可有效提升建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營的科學(xué)技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期管理（Building Life Cycle Management，BLM）信息化，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。BIM的發(fā)展和應(yīng)用并不是一個(gè)單純的技術(shù)問題，而是一種全新的理念，它涉及到從項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營維護(hù)階段的一系列創(chuàng)新和變革，只有制定行之有效的行業(yè)應(yīng)用研究和發(fā)展戰(zhàn)略，BIM的發(fā)展和應(yīng)用才能達(dá)到預(yù)期水平。

中國鐵路總公司（簡稱總公司）高度重視BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的研發(fā)和推廣應(yīng)用工作。2013年4月20日和5月24日，盧春房副總經(jīng)理2次主持召開會(huì)議，研究加快鐵路工程建設(shè)信息化推進(jìn)工作，制定了“以鐵路工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營全生命周期管理為目標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)化管理為抓手，以BIM技術(shù)為核心，建立統(tǒng)一開放的工程信息化平臺(tái)和應(yīng)用”的總體規(guī)劃，明確了由盧春房副總經(jīng)理、何華武總工程師負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)鐵路工程建設(shè)信息化推進(jìn)工作，王同軍副總工程師全面負(fù)責(zé)日常工作，總公司工程管理中心承擔(dān)具體組織推進(jìn)工作。雖然鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段，但在總公司的統(tǒng)一部署下， BIM研究和應(yīng)用工作正在快速向前推進(jìn)。

1 BIM技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

BIM是從美國建筑業(yè)發(fā)展起來的，逐漸擴(kuò)展到歐洲、日韓等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。從應(yīng)用領(lǐng)域上看，國外已經(jīng)將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程的設(shè)計(jì)、施工，以及建成后的維護(hù)和管理階段，相應(yīng)的應(yīng)用軟件已經(jīng)日趨成熟，其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用潛力都得到了驗(yàn)證。

目前，美國BIM研究與應(yīng)用都走在世界前列。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，美國2012年工程建設(shè)行業(yè)采用BIM的比例從2007年的28%增長至2009年的49%，直至2012年的71%。

2011年5月，英國內(nèi)閣辦公室發(fā)布了“政府建設(shè)戰(zhàn)略”文件，明確要求到2016年，政府要全面實(shí)現(xiàn)協(xié)同的3D-BIM，并將實(shí)現(xiàn)全部文件的信息化管理。同時(shí)制定了明確的階段性目標(biāo)，到2012年7月，在多個(gè)部門確立試點(diǎn)項(xiàng)目，運(yùn)用3D-BIM技術(shù)來協(xié)同交付項(xiàng)目。

新加坡2011年由建筑管理署發(fā)布了新加坡BIM發(fā)展路線規(guī)劃，規(guī)劃明確推動(dòng)整個(gè)建筑業(yè)在2015年前廣泛使用BIM技術(shù)。為了鼓勵(lì)早期的BIM應(yīng)用者，建筑管理署成立了一個(gè)600萬新幣的BIM基金項(xiàng)目，任何企業(yè)都可以申請。同時(shí)從2013年起，強(qiáng)制要求提交建筑BIM模型，從2014年起要求提交結(jié)構(gòu)與機(jī)電BIM模型，并且最終要求在2015年前實(shí)現(xiàn)所有建筑面積大于5 000 m2的項(xiàng)目都必須提交BIM模型。同時(shí)鼓勵(lì)新加坡的大學(xué)開設(shè)BIM課程，為畢業(yè)學(xué)生組織密集的BIM培訓(xùn)課程，為行業(yè)專業(yè)人士建立了BIM專業(yè)學(xué)位。

在我國，2007年BIM進(jìn)入中國建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從上海世博會(huì)國家電網(wǎng)館工程、天津中鋼大廈工程到深圳機(jī)場擴(kuò)建等大型工程，均采用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)。目前，中國建筑設(shè)計(jì)研究院、北京市建筑設(shè)計(jì)研究院、上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)、中國電子工程設(shè)計(jì)院、中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司等為代表的一些大型設(shè)計(jì)單位正在紛紛成立BIM團(tuán)隊(duì)開展BIM應(yīng)用研究，編制企業(yè)級BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和指南。2011年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部（簡稱住建部）發(fā)布的《2011～2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中，明確指出：在施工階段開展BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用，推進(jìn)BIM技術(shù)從設(shè)計(jì)階段向施工階段的應(yīng)用延伸，降低信息傳遞過程中的衰減；研究基于BIM技術(shù)的4D項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)在大型復(fù)雜工程施工過程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對建筑工程有效的可視化管理等。

2012年1月，住建部“關(guān)于印發(fā)2012年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂修訂計(jì)劃的通知”宣告了中國BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作的正式啟動(dòng)，其中包含五項(xiàng)BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程信息模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》、《制造工業(yè)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》。

2 我國鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀

2013年12月，中國鐵路BIM聯(lián)盟（簡稱鐵路BIM聯(lián)盟）在北京正式成立。鐵路BIM聯(lián)盟由總公司工程管理中心、中國鐵道科學(xué)研究院、中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司、鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、中國中鐵四局集團(tuán)有限公司、中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司8家單位共同發(fā)起成立，目前共有24家會(huì)員單位參加。鐵路BIM聯(lián)盟的成立為鐵路BIM技術(shù)研究和應(yīng)用提供了組織支撐。各單位正以鐵路BIM聯(lián)盟為依托，共同推進(jìn)中國鐵路BIM事業(yè)向前發(fā)展。

為了推進(jìn)BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的研發(fā)和應(yīng)用，總公司研究立項(xiàng)鐵路工程信息化總體課題，分9部分20個(gè)子課題，全面涵蓋鐵路工程建設(shè)信息化全生命周期主要技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研究。其中，2013年立項(xiàng)的科研課題包括“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道施工圖交付標(biāo)準(zhǔn)”、“鐵路工程建設(shè)信息化統(tǒng)一平臺(tái)數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究”和“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道建設(shè)管理信息化技術(shù)研究”。目前依托這三項(xiàng)總公司立項(xiàng)的科研項(xiàng)目，各單位相繼開展了隧道、橋梁、路基、站房、四電集成等多個(gè)專業(yè)的BIM應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究工作。

（1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。鐵三院對國內(nèi)外BIM應(yīng)用、BIM標(biāo)準(zhǔn)研究制定情況進(jìn)行了深入調(diào)研，開展了中國鐵路BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，主要內(nèi)容包括：鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)理論及方法論，鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系的總體框架及主要內(nèi)容，中國鐵路BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。中鐵二院依托“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道施工圖交付標(biāo)準(zhǔn)”科研項(xiàng)目，完成了《鐵路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《基于 BIM 技術(shù)的鐵路隧道施工圖交付標(biāo)準(zhǔn)》和《基于施工圖的隧道地質(zhì)交付標(biāo)準(zhǔn)》初稿的編制，已經(jīng)進(jìn)入審查階段。

（2）隧道BIM應(yīng)用研究。中鐵二院依托寶蘭客專石鼓山隧道，利用達(dá)索平臺(tái)開展隧道三維設(shè)計(jì)，完成了施工細(xì)度的全隧模型建立，包括洞門模型、明洞模型、暗洞模型、附屬洞室模型、輔助坑道模型和防排水模型。中建交通根據(jù)中鐵二院建立的隧道BIM模型，開展了施工階段的BIM應(yīng)用研究，主要工作包括：設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)施工模型、建立臨建工程模型、開挖模型、各類輔助設(shè)備族、三維地質(zhì)模型等。中鐵一院開展了清涼山隧道的BIM應(yīng)用研究工作，主要包括：建立隧道內(nèi)部模型、專用洞室模型、洞口模型、橋隧相連模型等。

（3）橋梁BIM應(yīng)用研究。中鐵二院以北盤江特大橋和新白沙沱長江大橋?yàn)榛A(chǔ)，開展了橋梁專業(yè)的BIM應(yīng)用研究工作。在北盤江特大橋項(xiàng)目中，主要開展了參數(shù)化建模、二維工程圖、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、三維協(xié)同設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)庫管理、施工仿真和運(yùn)維管理研究工作。在新白沙沱長江大橋項(xiàng)目中，開展了參數(shù)化建模、鋼梁制作一體化技術(shù)和結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝等研究工作。中鐵二院完成了全橋的BIM建模工作，并與中鐵山橋廠開展了基于BIM技術(shù)的鋼梁制造一體化技術(shù)研究，摸索了BIM模型數(shù)據(jù)直接進(jìn)數(shù)控機(jī)床，指導(dǎo)鋼梁制作的技術(shù)路線。施工單位大橋局與清華大學(xué)合作，在本項(xiàng)目基礎(chǔ)上開展基于BIM的4D施工動(dòng)態(tài)管理研究。

（4）路基BIM應(yīng)用研究。中鐵二院以西成客專江油北站路基為基礎(chǔ)，基于Civil3D軟件平臺(tái)完成了路基三維模型的建立工作；同時(shí)以O(shè)pen Inventor開發(fā)包為基礎(chǔ)，完成了路基樁、鎖口護(hù)壁、托梁、擋土板等結(jié)構(gòu)的建模軟件。中鐵二院與中鐵二局、中鐵天寶合作，以西成客專江油北站路基三維模型為基礎(chǔ)，開展了連續(xù)壓實(shí)等數(shù)字化施工試驗(yàn)，完成了三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與施工設(shè)備接口、數(shù)字化施工反饋數(shù)據(jù)與BIM模型的關(guān)聯(lián)、現(xiàn)場連續(xù)壓實(shí)試驗(yàn)、數(shù)字化施工工藝研究等工作，解決了BIM設(shè)計(jì)與施工銜接中的關(guān)鍵技術(shù)，取得了階段成果。

（5）測繪BIM應(yīng)用研究。啟動(dòng)BIM與GIS技術(shù)相融合研究，在三維GIS平臺(tái)上，提供精細(xì)的三維工程場景，供BIM三維設(shè)計(jì)成果的集成和展示。同時(shí)基于三維GIS技術(shù)，開發(fā)了集三維場景的發(fā)布與展示、施工現(xiàn)場視頻接入和演示、壓實(shí)施工步驟模擬、視頻循環(huán)播放等功能的路基BIM應(yīng)用三維GIS平臺(tái)，該平臺(tái)已在西成客專江油北站得以成功應(yīng)用。

（6）地質(zhì)BIM應(yīng)用研究?；谶_(dá)索平臺(tái)開展三維地質(zhì)模型的建立工作。建模過程主要根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪資料及已有的縱橫斷面來構(gòu)建地層面，用建立好的地層面經(jīng)過布爾運(yùn)算剖切體得到地質(zhì)體。先后完成了成貴線千斤磅隧道、寶蘭線石鼓山隧道的三維地質(zhì)建模工作。

（7）站房BIM應(yīng)用研究。選擇蘭州西新客站開展了BIM施工應(yīng)用研究，主要內(nèi)容包括：完成車站站房、站臺(tái)、屋頂鋼結(jié)構(gòu)BIM模型的建立，可直接用于出深化藍(lán)圖、工程量統(tǒng)計(jì)和施工模擬等，利用BIM模型開展綜合布線碰撞檢測，避免了錯(cuò)漏碰缺。同時(shí)與蘭州鐵路局共同開展了如何在運(yùn)營維護(hù)方面充分利用BIM模型的研究工作。中鐵二院選擇海西線東方站開展BIM設(shè)計(jì)研究，探索了基于BIM 技術(shù)的鐵路站房三維建模標(biāo)準(zhǔn)和施工圖交付標(biāo)準(zhǔn)，并配合編寫鐵路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和基于施工圖的站房工程交付標(biāo)準(zhǔn)。

（8）四電集成BIM應(yīng)用研究。中鐵一院四電集成各專業(yè)經(jīng)過前期構(gòu)件開發(fā)、工程模型創(chuàng)建等過程的研究及應(yīng)用，已將方向轉(zhuǎn)向分析、仿真等方面，在BIM應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行隧道四電設(shè)備協(xié)同布設(shè)、區(qū)間信號機(jī)布設(shè)仿真、信號設(shè)備導(dǎo)通模擬等工作。

綜上所述，鐵路行業(yè)的各大設(shè)計(jì)院、施工單位已在各個(gè)方面開展了形式多樣的BIM應(yīng)用研究工作，并在多個(gè)專業(yè)取得了重大突破。

3 鐵路行業(yè)BIM研發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)和難點(diǎn)

鐵路行業(yè)的BIM應(yīng)用尚處于起步階段。與建筑業(yè)相比，鐵路行業(yè)具有專業(yè)眾多、施工工序繁雜等特點(diǎn)，BIM應(yīng)用和推廣的難度更大。國際上也缺乏鐵路行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，鐵路BIM輔助設(shè)計(jì)軟件支撐不到位，雖然國內(nèi)外出現(xiàn)了多個(gè)BIM設(shè)計(jì)軟件，如國外的歐特克、達(dá)索、奔特力，國內(nèi)的廣聯(lián)達(dá)、理正、魯班等，但這些軟件的模型底層編碼及數(shù)據(jù)存貯格式都是按照建筑物的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行編寫的，均不完全符合中國鐵路行業(yè)的規(guī)范要求，需要投入更多的力量開展研發(fā)和試點(diǎn)應(yīng)用工作。

根據(jù)目前開展的BIM應(yīng)用研究來看，鐵路行業(yè)BIM下一步工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要有以下五個(gè)方面：

第一，鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定。中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)框架及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究及制定工作應(yīng)與國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)（指導(dǎo)意見）接軌，根據(jù)Ominiclass、IFC規(guī)范，參考建筑行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合鐵路行業(yè)的特點(diǎn)，借助中國鐵路BIM聯(lián)盟，組織設(shè)計(jì)、施工單位開展中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)框架及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究及制定工作，實(shí)現(xiàn)各階段協(xié)同工作，信息有效傳遞。

第二，鐵路BIM設(shè)計(jì)軟件研發(fā)或二次開發(fā)。目前BIM設(shè)計(jì)軟件廠家眾多，各單位應(yīng)用不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)交互困難，需要根據(jù)各廠家設(shè)計(jì)軟件在鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域的適用情況進(jìn)行比選，也要組織廠家針對行業(yè)特點(diǎn)對設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行研發(fā)優(yōu)化，逐步適應(yīng)鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域的實(shí)際需求?？梢月?lián)合軟件廠商與設(shè)計(jì)單位，針對鐵路BIM應(yīng)用特點(diǎn)，共同成立研發(fā)中心，研究專業(yè)編碼、存儲(chǔ)方式、傳輸、識(shí)別、讀取、展示等功能的實(shí)現(xiàn)方式，通過針對鐵路行業(yè)特點(diǎn)的二次開發(fā)，滿足設(shè)計(jì)需要的同時(shí)，為建設(shè)施工和運(yùn)營維護(hù)時(shí)數(shù)據(jù)有效傳遞打下基礎(chǔ)，真正實(shí)現(xiàn)全壽命周期的數(shù)字化管理。

第三，建立基于IFC的數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)。建立面向建設(shè)項(xiàng)目全生命周期工程信息管理的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，可基于BIM 工程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息存儲(chǔ)、管理和高效的訪問，并基于信息模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)建設(shè)過程中BIM數(shù)據(jù)積累、管理和共享，提供BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、維護(hù)、管理以及三維幾何模型和材料、進(jìn)度等工程信息的瀏覽與查詢。

第四，深入開展BIM應(yīng)用試點(diǎn)。由于BIM是一種新的理念，所帶來的影響不只是集中于技術(shù)層面，利用試點(diǎn)項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)并起到示范作用，通過試點(diǎn)培訓(xùn)建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營單位BIM研發(fā)和管理技術(shù)人才，系統(tǒng)總結(jié)試點(diǎn)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為在更大的范圍內(nèi)應(yīng)用BIM技術(shù)提供技術(shù)、管理和人才支撐。

第五，完善制度保障和政策引導(dǎo)。為了促進(jìn)鐵路行業(yè)BIM技術(shù)的順利發(fā)展，需要結(jié)合國外的經(jīng)驗(yàn)和鐵路行業(yè)的特點(diǎn)，盡快制定BIM技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)規(guī)范及合同范本，并對現(xiàn)行的鐵路建設(shè)法規(guī)、規(guī)范及合同范本等進(jìn)行補(bǔ)充和完善，以有效地引導(dǎo)建筑信息模型的開發(fā)和應(yīng)用工作。同時(shí)應(yīng)根據(jù)BIM推進(jìn)工作的需要，制定相關(guān)支持政策和獎(jiǎng)勵(lì)措施，盡可能地為各單位提供支持和幫助。

4 結(jié)束語

在總公司的統(tǒng)籌部署下，通過不斷完善工作機(jī)制，創(chuàng)新工作方法，切實(shí)加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮中國鐵路BIM聯(lián)盟的力量，最大限度整合產(chǎn)、學(xué)、研、用各方優(yōu)質(zhì)資源，形成工作合力，抓住鐵路加快發(fā)展的難得歷史機(jī)遇，一定能迅速形成中國鐵路BIM技術(shù)體系并應(yīng)用于工程實(shí)踐，促進(jìn)鐵路建設(shè)水平再上新臺(tái)階。

責(zé)任編輯 王小紅

2014年6月22日，目前在建世界上公鐵兩用最大跨度斜拉橋——主跨1092m的滬通鐵路長江大橋28#主墩鋼沉井順利浮運(yùn)到橋位。該沉井總高度105m，長86.9m，寬58.7m，是滬通鐵路長江大橋控制性工程。

U44；U45

A

1672-061X（2014）02-0008-04