鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)研究

張 毅

中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031

隨著BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)行業(yè)的穩(wěn)步推進(jìn)，參建方在設(shè)計(jì)施工階段的BIM應(yīng)用越來(lái)越多。但不同階段、不同專業(yè)需向項(xiàng)目干系方提交何種精度的BIM模型，尚未有統(tǒng)一的規(guī)定。由于項(xiàng)目不同參與方對(duì)所交付的BIM模型認(rèn)識(shí)不一致，導(dǎo)致BIM模型在模型單元?jiǎng)澐?、幾何精度表達(dá)、信息附加等方面存在差異，不利于BIM模型從設(shè)計(jì)向施工，乃至運(yùn)維管理進(jìn)行信息傳遞和解析，制約了BIM技術(shù)在我國(guó)鐵路行業(yè)的應(yīng)用和推廣。因此，為規(guī)范 BIM 模型在不同專業(yè)和不同階段的共享與提交，必須建立一套可行的交付標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鐵路工程建設(shè)各階段、各專業(yè)BIM模型的交付精度進(jìn)行有效約定。這對(duì)于完善和健全我國(guó)鐵路工程 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系具有重要意義。

1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

BIM是從美國(guó)的建筑業(yè)發(fā)展起來(lái)，逐漸擴(kuò)展到歐洲、日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家[1]。從配套標(biāo)準(zhǔn)編制上看，英、美等國(guó)已經(jīng)逐步建立了各自的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系，從命名規(guī)定、數(shù)據(jù)格式要求、交付規(guī)則等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的約定。建立了較為全面的標(biāo)準(zhǔn)體系。特別是buildingSMART組織從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（The Industry Foundation Classes，簡(jiǎn)稱IFC）、信息分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)（International Framework for Dictionaries，簡(jiǎn)稱IFD）和信息交付標(biāo)準(zhǔn)（Information Delivery Manual，簡(jiǎn)稱IDM）三方面，構(gòu)建了其BIM應(yīng)用的三大支柱[2]，為相關(guān)行業(yè)的BIM應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)制定，提供了重要借鑒。

圖1 IFC/IDM/IFD關(guān)系

2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，BIM技術(shù)在中國(guó)的建筑、水電、城市軌道交通等行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，有諸多大型勘探設(shè)計(jì)企業(yè)和施工企業(yè)開(kāi)展了一系列BIM的研究工作，并啟動(dòng)了企業(yè)級(jí)BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和指南的編制工作。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(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作的正式啟動(dòng)[3]，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)》。上海、廣州等城市軌道交通建設(shè)單位也開(kāi)展了城市軌道交通BIM系列標(biāo)準(zhǔn)的編制。

目前，鐵路工程建設(shè)行業(yè)已經(jīng)制定出了中國(guó)鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架，相關(guān)設(shè)計(jì)院、施工單位、科研院所等參與了具體的標(biāo)準(zhǔn)研究及編制工作。本文結(jié)合鐵路工程建設(shè)實(shí)際需求，提出鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)的整體架構(gòu)和基本約定，重點(diǎn)對(duì)模型精度、幾何精度和信息深度進(jìn)行詳細(xì)定義，并結(jié)合隧道專業(yè)進(jìn)行說(shuō)明。

3 標(biāo)準(zhǔn)總體架構(gòu)

鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)的制定，主要是為確保鐵路工程建設(shè)過(guò)程中，工程設(shè)計(jì)參與各方所交付的鐵路工程信息模型幾何精度和信息深度科學(xué)合理、滿足實(shí)際工程需求。涉及到鐵路工程設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中的站前站后主要專業(yè)。其總體結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示。

圖2 交付精度總體結(jié)構(gòu)關(guān)系

（1）根據(jù)鐵路（TB 10504—2007）《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計(jì)文件編制辦法》所定義的各個(gè)階段，劃分鐵路工程信息模型精度等級(jí)從LOD1.0到LOD5.0。

（2）在不同的模型精度下，各個(gè)專業(yè)對(duì)應(yīng)劃分出不同的模型單元，它是承載模型信息的實(shí)體及其相關(guān)屬性的集合，是信息輸入、交付和管理的基本對(duì)象。

（3）每個(gè)模型單元由幾何精度和信息深度共同定義。

（4）通過(guò)不同項(xiàng)目實(shí)際要求，對(duì)具體專業(yè)進(jìn)行模型單元?jiǎng)澐?，并附加?duì)應(yīng)的幾何精度和信息深度，從而完成對(duì)BIM模型交付精度的完整定義。

常規(guī)情況下，隨著模型精度的遞增，模型單元幾何精度和信息深度應(yīng)按照項(xiàng)目應(yīng)用需求從低幾何精度、低信息深度向高幾何精度、高信息深度遞進(jìn)。

而對(duì)特別關(guān)注信息附加的應(yīng)用場(chǎng)景中，如模型以輕量化方式進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)管理，允許模型單元以低幾何精度和高信息深度存在；對(duì)特別關(guān)注幾何造型的應(yīng)用場(chǎng)景中，如項(xiàng)目精細(xì)模型展示、施工進(jìn)度模擬等場(chǎng)景，允許模型單元以高幾何精度和低信息深度存在。

4 模型精度規(guī)定

模型精度基本等級(jí)的劃分結(jié)合（TB 10504—2007）《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計(jì)文件編制辦法》所定義的各個(gè)階段執(zhí)行，具體劃分如下：

（1）1.0級(jí)精度對(duì)應(yīng)規(guī)劃階段、預(yù)可階段，英文簡(jiǎn)稱LOD1.0；

（2）2.0級(jí)精度對(duì)應(yīng)可研階段，英文簡(jiǎn)稱LOD2.0；

（3）3.0級(jí)精度對(duì)應(yīng)初步設(shè)計(jì)階段，英文簡(jiǎn)稱LOD3.0；

（4）3.5級(jí)精度對(duì)應(yīng)施工圖設(shè)計(jì)階段，英文簡(jiǎn)稱LOD3.5；

（5）4.0級(jí)精度對(duì)應(yīng)施工深化設(shè)計(jì)階段，英文簡(jiǎn)稱LOD4.0；

（6）5.0級(jí)精度對(duì)應(yīng)竣工、運(yùn)維階段，英文簡(jiǎn)稱LOD5.0。

每個(gè)模型精度等級(jí)，規(guī)定了具體專業(yè)的模型單元?jiǎng)澐郑缢淼缹I(yè)，其LOD1.0至LOD3.5不同模型精度下的模型單元?jiǎng)澐謪⒄毡?的規(guī)定。

表1 隧道模型單元?jiǎng)澐?/p>

在滿足鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目需求的前提下，鐵路工程信息模型宜采用較低的模型精度，并應(yīng)滿足工程量的計(jì)算要求和現(xiàn)行有關(guān)工程文件編制深度的規(guī)定，且符合施工工法和措施，為施工深化預(yù)留條件。對(duì)于典型工點(diǎn)項(xiàng)目，其鐵路工程信息模型可采用更高等級(jí)的模型精度。

5 幾何精度規(guī)定

幾何精度是模型單元實(shí)體幾何表達(dá)真實(shí)性和精確性的衡量指標(biāo)。幾何精度與模型精度規(guī)定的相應(yīng)等級(jí)對(duì)應(yīng)，劃分為G1.0到G4.0。并從建模內(nèi)容和對(duì)應(yīng)幾何精度要求兩方面分專業(yè)進(jìn)行了定義。模型單元實(shí)體的幾何精度等級(jí)的劃分應(yīng)符合如下規(guī)定：

（1）1級(jí)精度能夠滿足符號(hào)化識(shí)別需求的幾何精度，英文簡(jiǎn)稱G1.0；

（2）2級(jí)精度能夠滿足空間占位等粗略識(shí)別需求的幾何精度，英文簡(jiǎn)稱G2.0；

（3）3級(jí)精度能夠滿足真實(shí)外觀等精細(xì)識(shí)別需求的幾何精度，英文簡(jiǎn)稱G3.0；

（4）4級(jí)精度能夠滿足結(jié)構(gòu)施工、產(chǎn)品制造等高精度識(shí)別需求的幾何精度，英文簡(jiǎn)稱G4.0。

每個(gè)模型精度等級(jí)，對(duì)應(yīng)了具體專業(yè)的幾何精度要求，如隧道專業(yè)。LOD3.0模型精度下的幾何精度要求：

（1）洞口：根據(jù)地質(zhì)、地形情況，建立滿足要求的洞門混凝土結(jié)構(gòu)模型，不需要對(duì)鋼筋進(jìn)行建模，建模幾何精度宜為1mm，定位精度以線路、地質(zhì)等其他專業(yè)提供的模型精度為準(zhǔn)。

根據(jù)地質(zhì)、地形情況，建立滿足要求的洞口防護(hù)工程，不需要針對(duì)防護(hù)類型建立防護(hù)詳細(xì)模型，建模幾何精度宜為1mm，定位精度以線路、地質(zhì)等其他專業(yè)提供的模型精度為準(zhǔn)。建立洞口防排水簡(jiǎn)化模型。

（2）明洞：根據(jù)地質(zhì)、地形情況，建立滿足要求的明洞洞門及明洞襯砌混凝土結(jié)構(gòu)模型，不需要對(duì)鋼筋進(jìn)行建模，建模幾何精度宜為1mm，定位精度以線路、地質(zhì)等其他專業(yè)提供的模型精度為準(zhǔn)。

根據(jù)地質(zhì)、地形情況，建立滿足要求的洞口防護(hù)工程模型，不需要針對(duì)防護(hù)類型建立防護(hù)詳細(xì)模型，建模幾何精度宜為1mm，定位精度以線路、地質(zhì)等其他專業(yè)提供的模型精度為準(zhǔn)。建立明洞回填及防排水簡(jiǎn)要模型。

（3）暗洞：根據(jù)地質(zhì)、地形情況，分段建立滿足要求的初期支護(hù)、二次襯砌、溝槽混凝土結(jié)構(gòu)模型，不需要對(duì)鋼筋進(jìn)行建模，建模幾何精度宜為1mm，定位精度以線路、地質(zhì)等其他專業(yè)提供的模型精度為準(zhǔn)。

表2 隧道模型基本信息

建立初期支護(hù)錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架簡(jiǎn)化模型，但應(yīng)包含錨桿長(zhǎng)度、鋼筋間距、鋼架間距、鋼筋類型、鋼架類型、錨桿類型等信息。建立超前支護(hù)簡(jiǎn)化建模，但應(yīng)包含按超前支護(hù)長(zhǎng)度、超前支護(hù)間距、超前支護(hù)類型等信息。

6 信息深度規(guī)定

信息深度是模型單元幾何、非幾何信息詳細(xì)程度的衡量指標(biāo)。信息深度與模型精度規(guī)定的相應(yīng)等級(jí)對(duì)應(yīng)，劃分為N1.0到N4.0。并從模型單元對(duì)應(yīng)的幾何信息、非幾何信息、IFD編碼等方面，分專業(yè)進(jìn)行了定義。模型單元屬性的信息深度等級(jí)的劃分應(yīng)符合如下規(guī)定：

（1）1級(jí)信息深度宜包含信息模型的基本信息、身份描述、項(xiàng)目信息、組織角色等信息，英文簡(jiǎn)稱N1.0；

（2）2級(jí)信息深度宜包含和補(bǔ)充N1.0等級(jí)信息，增加實(shí)體系統(tǒng)關(guān)系、組成及材質(zhì)、性能或?qū)傩缘刃畔?，英文?jiǎn)稱N2.0；

（3）3級(jí)信息深度宜包含和補(bǔ)充N2.0等級(jí)信息，增加生產(chǎn)信息和安裝信息，英文簡(jiǎn)稱N3.0；

（4）4級(jí)信息深度宜包含和補(bǔ)充N3.0等級(jí)信息，增加資產(chǎn)信息和維護(hù)信息，英文簡(jiǎn)稱N4.0。

每個(gè)模型精度等級(jí)，對(duì)應(yīng)了具體專業(yè)的信息深度要求，如隧道專業(yè)，表2列出了其部分模型單元對(duì)應(yīng)的幾何、非幾何信息要求。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外BIM 交付標(biāo)準(zhǔn)成果，我們結(jié)合鐵路工程建設(shè)行業(yè)特點(diǎn)和 BIM應(yīng)用實(shí)際需求，提出了由模型精度、信息深度、幾何精度三個(gè)要素組成的鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)框架，并分別定義了各部分在框架中承擔(dān)的角色及任務(wù)。后續(xù)將結(jié)合鐵路BIM試點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化和完善。