鐵路BIM技術(shù)頂層設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用

馮光東，許永宏，操鋒

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

自2013年起，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱鐵四院）以鐵四院總部設(shè)計(jì)大樓［1-2］和新鼓山隧道［3］為基礎(chǔ)，進(jìn)行了單點(diǎn)工程的BIM技術(shù)應(yīng)用；后逐漸在武襄十鐵路［4］、魯南高鐵等項(xiàng)目進(jìn)行了鐵路全線、全專業(yè)、成系統(tǒng)應(yīng)用。近年來，鐵四院逐步開展了佛山西站［5］、谷城北站、安江站、襄陽東站、天目山隧道、譚江特大橋［6］、富春江特大橋、杭州西站等單點(diǎn)工程BIM應(yīng)用，以及常益長(zhǎng)高鐵、福廈高鐵等鐵路全線BIM應(yīng)用。隨著項(xiàng)目的增加，各專業(yè)BIM應(yīng)用出現(xiàn)“多、亂、雜”等問題，具體表現(xiàn)如下：

（1）設(shè)計(jì)不成體系。建模標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不同人員、不同專業(yè)的文件命名不統(tǒng)一，建模深度也存在差異；由于無相關(guān)軟、硬件支撐等原因，模型建立后，出現(xiàn)業(yè)主不看、施工單位不用，甚至施工單位重新建模等情況。

（2）收益小、效率低。未產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益，卻額外增加了工作量，成為一些專業(yè)的負(fù)擔(dān)，影響設(shè)計(jì)積極性。

（3）BIM設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)。設(shè)計(jì)單位建立的BIM模型在施工單位無法應(yīng)用，從而限制了BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)單位的應(yīng)用發(fā)展。

（4）BIM設(shè)計(jì)費(fèi)用不統(tǒng)一，某些地方和行業(yè)有BIM設(shè)計(jì)計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，某些地方和行業(yè)無標(biāo)準(zhǔn)，影響B(tài)IM技術(shù)應(yīng)用積極性。

（5）因生產(chǎn)任務(wù)重，很多設(shè)計(jì)人員既要參與二維設(shè)計(jì)，也要參加BIM設(shè)計(jì)，導(dǎo)致BIM設(shè)計(jì)人員工作量巨大，影響B(tài)IM設(shè)計(jì)效率。

鐵四院相關(guān)課題組認(rèn)為，采取“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的辦法，無法解決上述問題，最終決定開展基于鐵路BIM技術(shù)的頂層設(shè)計(jì)研究，運(yùn)用系統(tǒng)論方法，從全局角度出發(fā)，集中有效資源，高效快捷地實(shí)現(xiàn)鐵路BIM設(shè)計(jì)目標(biāo)，從根本上解決鐵四院在鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用中的瓶頸。

1 解決方案調(diào)研

要開展鐵路BIM技術(shù)頂層設(shè)計(jì)研究，首要前提是進(jìn)行解決方案調(diào)研，深入了解企業(yè)內(nèi)部專業(yè)情況，對(duì)標(biāo)我國(guó)BIM技術(shù)應(yīng)用開展較好的先進(jìn)企業(yè)。根據(jù)“擺出問題、對(duì)標(biāo)先進(jìn)、尋找差距”的原則，制定出具體的解決方案調(diào)研實(shí)現(xiàn)流程（見圖1）。

圖1 解決方案調(diào)研實(shí)現(xiàn)流程

根據(jù)圖1所示流程，制定解決方案調(diào)研提綱。提綱主要包括且不限于以下內(nèi)容：

（1）調(diào)研鐵四院內(nèi)各專業(yè)BIM應(yīng)用能力，BIM在各專業(yè)中的現(xiàn)階段及將來的定位，存在的問題，BIM發(fā)展的目標(biāo)（包括培育期、發(fā)展期和成熟期），軟硬件需求等；

（2）走訪行業(yè)內(nèi)外BIM應(yīng)用較好的企業(yè)，主要進(jìn)行BIM應(yīng)用對(duì)標(biāo)，尋找差距；

（3）邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行專業(yè)交流，請(qǐng)專家把脈，針對(duì)存在的問題尋求解決之道。

2 頂層設(shè)計(jì)內(nèi)容

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家BIM技術(shù)應(yīng)用較早，除了在BIM標(biāo)準(zhǔn)、指導(dǎo)意見等方面處于領(lǐng)先地位，其設(shè)計(jì)與施工也具備豐富的案例經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)國(guó)家及地方政府、鐵路行業(yè)等也對(duì)BIM設(shè)計(jì)及施工越來越重視，魯南高鐵、杭州西站、襄陽東站、谷城北站等項(xiàng)目均有不同程度的BIM技術(shù)應(yīng)用要求。業(yè)主的廣泛關(guān)注、市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，以及鐵路BIM聯(lián)盟開展的大量前瞻性工作，全力推進(jìn)了BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的發(fā)展，BIM技術(shù)已是鐵路設(shè)計(jì)企業(yè)必備的專項(xiàng)技術(shù)。

通過總結(jié)調(diào)研，形成鐵四院《BIM技術(shù)調(diào)研報(bào)告》。根據(jù)報(bào)告，結(jié)合鐵路設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)外部BIM應(yīng)用環(huán)境，完成了鐵四院鐵路BIM技術(shù)頂層設(shè)計(jì)（見圖2）。

由圖2可知，鐵四院鐵路BIM技術(shù)頂層設(shè)計(jì)主要從軟件平臺(tái)技術(shù)路線、BIM標(biāo)準(zhǔn)、中長(zhǎng)期目標(biāo)及相關(guān)保障措施等方面進(jìn)行，著力解決軟硬件、人力資源、建模（含協(xié)同設(shè)計(jì)）、交付等阻礙企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用的各種問題，并從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度制定了企業(yè)BIM實(shí)施目標(biāo)。

2.1 技術(shù)路線

鐵四院鐵路BIM設(shè)計(jì)包括以下2條技術(shù)路線：

（1）單軟件平臺(tái)技術(shù)路線。以當(dāng)前主流BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)中的1款為主要平臺(tái)，進(jìn)行全專業(yè)BIM設(shè)計(jì)。常見的設(shè)計(jì)平臺(tái)有Revit、Bentley、Catia等。

（2）多軟件平臺(tái)技術(shù)路線。以多個(gè)設(shè)計(jì)軟件開展BIM設(shè)計(jì)，最終在1款集成軟件中進(jìn)行各專業(yè)模型的集成。當(dāng)前，鐵四院BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)較多，且各專業(yè)均在各自平臺(tái)上開展相關(guān)開發(fā)，且取得了很好的成效，因此在前期容許多平臺(tái)進(jìn)行過渡，后期逐漸統(tǒng)一為單平臺(tái)設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)規(guī)劃

2.2.1 BIM資源標(biāo)準(zhǔn)

主要包括硬件資源、人力資源和BIM模型資源庫(kù)。

（1）硬件資源。以超融合技術(shù)，在鐵四院內(nèi)部搭建能有效聚合、分配IT資源的高性能鐵四院BIM云平臺(tái)（見圖3），從而實(shí)現(xiàn)資源實(shí)時(shí)調(diào)整與優(yōu)化，滿足BIM設(shè)計(jì)硬件需求。

在鐵四院BIM云平臺(tái)中，管理員可根據(jù)用戶申請(qǐng)，調(diào)配對(duì)應(yīng)桌面的資源，如增加內(nèi)存、顯存、核數(shù)及硬盤存儲(chǔ)等。當(dāng)用戶不使用云平臺(tái)時(shí)，可將用戶資源收回。同時(shí)，平臺(tái)可備份用戶每天的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)誤刪時(shí)，可從備份數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)。

圖2 鐵路BIM技術(shù)頂層設(shè)計(jì)內(nèi)容

圖3 鐵四院BIM云平臺(tái)

（2）人力資源。以院領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)管鐵四院BIM應(yīng)用，完善BIM組織架構(gòu)及崗位職責(zé)，形成如BIM總體、BIM專冊(cè)、BIM工程師等以項(xiàng)目為主體的崗位職責(zé)權(quán)屬。

（3）BIM模型資源庫(kù)。主要為輔助BIM設(shè)計(jì)的資源庫(kù)等，如自主開發(fā)的鐵四院族庫(kù)管理系統(tǒng)［7-8］（見圖4）及為提高BIM設(shè)計(jì)效率而購(gòu)買、下載或開發(fā)的小插件、小程序等。

2.2.2 BIM行為標(biāo)準(zhǔn)

主要包括業(yè)務(wù)流程規(guī)范的梳理、設(shè)計(jì)流程的再造、協(xié)同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定［9］。

以站房暖通設(shè)計(jì)為例，二維設(shè)計(jì)不需要指明位置，但是BIM設(shè)計(jì)則需要指明管線、設(shè)備等的明確位置，這需要更多的設(shè)計(jì)資料。因此，要梳理各專業(yè)設(shè)計(jì)流程，結(jié)合BIM設(shè)計(jì)特性，對(duì)BIM設(shè)計(jì)流程進(jìn)行再造，形成符合BIM設(shè)計(jì)的流程，并基于該流程開發(fā)基于BIM技術(shù)的協(xié)同管理平臺(tái)——BIM工程設(shè)計(jì)管理平臺(tái)（見圖5）。在設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)通過協(xié)同管理平臺(tái)進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)資源的互提（見圖6）。對(duì)于企業(yè)內(nèi)部協(xié)同，直接通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于企業(yè)外部協(xié)同，由管理員分配用戶和相關(guān)權(quán)限實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，該平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了BIM設(shè)計(jì)與企業(yè)既有生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)的對(duì)接。

2.2.3 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

主要包括建模標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)及建模精度標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合鐵路BIM聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了鐵四院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。標(biāo)準(zhǔn)制定中，主要統(tǒng)一了各專業(yè)命名規(guī)則，各設(shè)計(jì)階段的BIM應(yīng)用深度、材質(zhì)、參數(shù)設(shè)置規(guī)則，空間關(guān)系規(guī)則，建模重用規(guī)則等。在交付標(biāo)準(zhǔn)中，進(jìn)一步明確了知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的問題，在向其他企業(yè)提交模型時(shí)，開發(fā)集成平臺(tái)，對(duì)模型進(jìn)行輕量化并發(fā)布［10］，各企業(yè)可通過集成平臺(tái)在線查看BIM設(shè)計(jì)成果并進(jìn)行審閱。

2.2.4 中長(zhǎng)期目標(biāo)

主要從培育期、發(fā)展期和成熟期等不同階段，在企業(yè)層面確定鐵路BIM設(shè)計(jì)總體目標(biāo)：

（1）培育期（2017—2018年）。主要以中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司及鐵四院科研項(xiàng)目進(jìn)行試點(diǎn)，經(jīng)費(fèi)全部由鐵四院提供，目的在于培養(yǎng)BIM設(shè)計(jì)人才。

圖4 鐵四院族庫(kù)管理系統(tǒng)

圖5 BIM工程設(shè)計(jì)管理平臺(tái)

圖6 各專業(yè)設(shè)計(jì)資源互提關(guān)系示意圖

（2）發(fā)展期（2018—2022年）。主要圍繞業(yè)主有BIM需求的項(xiàng)目及鐵四院指定重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行BIM應(yīng)用。BIM設(shè)計(jì)費(fèi)用較低的，由鐵四院給予相關(guān)補(bǔ)貼，重在適應(yīng)BIM市場(chǎng)環(huán)境，進(jìn)一步培養(yǎng)BIM設(shè)計(jì)和管理人才。在一些鐵路設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，嘗試采用BIM設(shè)計(jì)取代二維設(shè)計(jì)。

（3）成熟期（2022—2025年）。成立BIM團(tuán)隊(duì)參與國(guó)內(nèi)外BIM招投標(biāo)項(xiàng)目，且參與BIM設(shè)計(jì)全過程，并有成熟的BIM設(shè)計(jì)技術(shù)；參與鐵路設(shè)計(jì)項(xiàng)目的BIM咨詢，在項(xiàng)目中以BIM設(shè)計(jì)取代二維設(shè)計(jì)。

2.3 技術(shù)保障

技術(shù)保障要貫穿整個(gè)頂層設(shè)計(jì)始終，主要從培訓(xùn)、考核、政策、資金、人力資源等方面進(jìn)行支持；在培育期及發(fā)展期，政策、資金和培訓(xùn)等向BIM傾斜；在每年對(duì)各處的考核指標(biāo)中，增加BIM設(shè)計(jì)項(xiàng)。

3 結(jié)束語

近年來，通過開展福廈高鐵、常益長(zhǎng)高鐵、贛深高鐵羊臺(tái)山隧道、富春江特大橋、杭州西站等多個(gè)鐵路BIM設(shè)計(jì)項(xiàng)目，對(duì)鐵路行業(yè)BIM頂層設(shè)計(jì)的成效進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，BIM設(shè)計(jì)效率得到進(jìn)一步提升，BIM設(shè)計(jì)質(zhì)量明顯提高，BIM應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)量和范圍進(jìn)一步增大；BIM應(yīng)用點(diǎn)由單一的建模、動(dòng)畫、碰撞分析，逐漸向VR、裝配式、物聯(lián)網(wǎng)等多應(yīng)用點(diǎn)“BIM+”方向拓展；積極開展基于EPC項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)，打通BIM設(shè)計(jì)與施工間的數(shù)據(jù)交互。下一步，將根據(jù)BIM發(fā)展情況，對(duì)BIM頂層規(guī)劃進(jìn)行細(xì)化和完善，以滿足鐵路設(shè)計(jì)全球化的需要。