BIM技術在鐵路勘察設計中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展展望

（軌道交通工程信息化國家重點實驗室 中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安710043）

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和“一帶一路” 戰(zhàn)略的大力實施，BIM技術在我國鐵路行業(yè)的應用逐步興起，技術理論研究持續(xù)深入。同時，BIM 在部分重點鐵路工程項目中得到試點應用，截至目前已有十多個鐵路BIM 試點項目通過初步驗收，部分重點項目正在按照基于BIM 三維協(xié)同設計和四維可視化項目管理的方式進行建造[1]。聚焦于鐵路工程項目全生命期內(nèi)的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，在鐵路工程項目全生命周期內(nèi)普及和深化BIM應用，提高各參與方的工作質(zhì)量和效率，推進BIM的全過程應用，已成為政府、行業(yè)主管部門和企業(yè)三方的共識[2-3]。BIM技術在中國應用最廣泛的就是建筑服務系統(tǒng)的碰撞檢測與集成優(yōu)化，而在其它項目上的應用相對滯后[3-4]。因此，本文針對BIM技術在鐵路勘察設計階段的應用進行探討，可為相關的設計企業(yè)和部門提供參考和借鑒，對于推動BIM技術在鐵路勘察設計階段的應用具有很好的引導和探討價值。

1 BIM 理念

BIM（building information modeling）概念源自美國，譯為建筑信息模型。針對美國BIM 國家標準對BIM 的含義的解釋，可以理解為BIM是工程建設項目全生命周期所有信息的數(shù)字化表達，集成工程建設項目全生命期數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)模型，可以通過共享手段為工程建設所有參與方提供高效、可靠的決策依據(jù)，促使各參與方高效、協(xié)同、一體化地完成建設作業(yè)[5-6]。主要具有可視化性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性、一體化性、參數(shù)化性以及信息完備性8個特點。

2 BIM技術在鐵路勘察設計中的應用現(xiàn)狀

鐵路勘察設計BIM技術的應用主要體現(xiàn)在3個階段：①工程可行性研究階段；②初步設計階段；③施工圖設計階段。鐵路工程BIM 應用主要體現(xiàn)在路基、橋梁、隧道、站房與四電集成等專業(yè)設計中。在橋梁方面，開展橋梁BIM 應用工作，主要包括參數(shù)化建模、三維協(xié)同設計、工程量統(tǒng)計、設計庫管理、碰撞檢查、二維工程圖、施工仿真和運維管理等工作；在隧道方面，建立基于施工細度全隧道模型，包括洞門模型、明暗洞模型、輔助坑道模型、附屬洞室模型與防排水模型；在站房方面，開展以BIM技術為平臺的站房三維建模與施工圖交付標準。同時，在四電、路基等方面，也開展了諸多有益探索研究和BIM技術可視化模型設計[7-8]。

2.1 BIM技術在可行性研究階段應用

鐵路工程可行性研究階段可應用BIM 對設計運營功能、工程規(guī)模、工程投資等進行分析，驗證工程項目可行性、優(yōu)化設計方案，保證設計方案的合理性、適用性和經(jīng)濟性。具體體現(xiàn)在：①利用BIM 數(shù)據(jù)集成與管理平臺集成鐵路工程項目中路基、橋梁、隧道、站房與四電集成等專業(yè)方案設計模型，分析鐵路工程與周邊環(huán)境建（構）筑物的位置關系，實現(xiàn)鐵路工程設計與鐵路網(wǎng)、城市發(fā)展建設協(xié)同；②可進行景觀效果分析、噪音影響分析、征地拆遷分析、地質(zhì)適宜性分析、規(guī)劃控制管理、投資估算分析、施工安全風險分析、設計方案可視化以及控制因素分析等其他應用。

2.2 BIM技術在初步設計階段應用

鐵路工程初步設計階段可應用BIM技術對設計方案或重大技術問題的解決方案進行綜合分析，論證技術上的適用性、可靠性和經(jīng)濟上的合理性。具體體現(xiàn)在：①建立比選設計方案模型，從方案的可行性、功能性、美觀性等方面進行分析，選擇最優(yōu)設計方案；②利用初步設計模型可視化展現(xiàn)設計方案并進行方案分析以及與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性檢查和環(huán)境影響分析，直觀、可視化展示模擬視頻和控制要素，以利于進行方案溝通交流；③可進行施工工法模擬、工程量統(tǒng)計、管線碰撞檢查、限界優(yōu)化設計、工程管理等其他應用。

2.3 BIM技術在施工圖設計階段應用

鐵路工程施工圖設計階段可應用BIM 對設計方案進行綜合模擬及檢查，進一步優(yōu)化方案中的技術措施、工藝做法等，在初步設計的基礎上輔助編制可供施工和運營維護階段使用的設計文件。具體體現(xiàn)在：①利用BIM 數(shù)據(jù)集成與管理平臺實現(xiàn)對設計圖紙和BIM 交付成果的集中存儲與管理，進行工程進度與成本管理；②利用施工圖設計模型，開碰撞檢查，輔助優(yōu)化設計；③利用施工圖設計模型輸出各清單子目工程量與項目特征信息，根據(jù)工程量清單中的分部分項優(yōu)化完善模型數(shù)據(jù)，輔助編制、校核工程量清單，提高各階段工程造價的效率與準確性；④可進行建筑能耗分析、日照分析、結(jié)構計算分析、巖土工程分析等其他應用。

3 BIM技術在鐵路勘察設計應用中存在問題

目前BIM 在鐵路勘察設計方面的應用仍處于起步階段，目前主要是通過初測獲取可行性研究設計所需的相關數(shù)據(jù)，定測獲取初步設計和施工圖設計所需的相關數(shù)據(jù)，為項目的方案比選提供依據(jù)和參考[9]。但是BIM 在鐵路工程勘察設計方面的大力推廣和應用還存在一定的難度。具體存在以下幾個方面的問題[10]：

（1）缺乏鐵路勘察設計方面的BIM技術人才。由于鐵路工程專業(yè)就業(yè)方向針對性較強，目前我國主要是原鐵道部直屬院校開設有鐵道工程專業(yè)，但是這些院校針對鐵路工程方面BIM技術人才的培訓較少。鐵路勘察設計方面BIM技術的普及，人才是核心要素，需要既懂專業(yè)又精通軟件的復合型人才。因此，開設有鐵路工程專業(yè)的高等院校要大力開展BIM 人才培養(yǎng)，積極開展和鐵路勘察設計企業(yè)之間的BIM技術交流培訓，提高BIM技術人才的創(chuàng)新性和實踐性，以免學與用脫節(jié)，要培養(yǎng)一批綜合素質(zhì)和專業(yè)技術均較高的BIM技術人才。

（2）缺乏統(tǒng)一標準和頂層設計，沒有形成針對中國鐵路工程的BIM技術標準和完全本土化的BIM技術平臺。BIM 譯為建筑信息模型，最先應用在建筑工程方面，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和鐵路行業(yè)技術革命的不斷推動，在鐵路工程勘察設計方面有了初步應用，但是目前為整理、統(tǒng)一BIM技術在鐵路工程方面的統(tǒng)一標準，BIM 平臺門類繁雜，部分模塊尚未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，和鐵路行業(yè)標準不匹配，缺乏頂層設計，導致不同鐵路勘察設計企業(yè)使用過程中溝通、交流、協(xié)作不暢，最終影響B(tài)IM技術在鐵路行業(yè)類的大力推廣使用。

（3）BIM技術在鐵路工程全生命周期應用的優(yōu)勢未體現(xiàn)。目前BIM技術在項目設計、施工、運營維護各階段的應用中各自為陣，完全割裂，無法進行有效的信息共享與溝通交流，沒有有效的融匯貫通在全生命周期。設計、施工以及運營維護都只停留在自發(fā)的層面，未形成統(tǒng)一的管理和體系。雖然，目前中國鐵路行業(yè)已形成了BIM 聯(lián)盟，但是行業(yè)政策引導和激勵還不夠明顯，迫切需要從國家層面出臺鐵路工程BIM技術應用的綱領性文件，引導和督促各勘察設計企業(yè)制定相關制度和政策，層層引導、激勵和推進BIM技術在鐵路工程方面的應用。

4 結(jié)語

我國作為建筑-工程-施工（architecture-engineering-construction，AEC）的大國，整個工程行業(yè)最終都會趨向一個高度信息化、標準化、集成化、協(xié)同化的狀態(tài)。隨著當前BIM技術的不斷發(fā)展和完善，我國“一帶一路”戰(zhàn)略大力實施，鐵路“走出去”的步伐不斷加快的同時，鐵路工程行業(yè)也不可避免的要將BIM技術應用到規(guī)劃、勘察、設計、建造和運營維護等全生命周期，應用BIM技術能建立以工程實體、時間和工序為主體的多維度的結(jié)構化數(shù)據(jù)庫，將項目數(shù)據(jù)精確細化到構件級，在鐵路勘察設計階段充分利用其可視化性、協(xié)調(diào)性、模擬性、可出圖性、信息完備性等優(yōu)點，為整個勘察設計階段提供更好的數(shù)據(jù)和模型支持，保證勘察設計結(jié)果的優(yōu)化性和科學性，并為后續(xù)的施工和運營維護工作提供支持和幫助，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)工作，從而可以提高鐵路工程建設的效率與效益。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，鐵路工程領域必將進一步掀起B(yǎng)IM技術應用的熱潮，不斷推動我國鐵路行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和健康、持續(xù)和走出去的發(fā)展。