解亞龍,馬西章,孟 飛
(1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計算技術(shù)研究所,北京 100081;2. 雄安高速鐵路有限公司,雄安 071000)
BIM 技術(shù)能夠有效提升工作協(xié)同水平,縮短工期,提高工程質(zhì)量,降低工程成本,實現(xiàn)工程項目的全生命周期管理。為解決傳統(tǒng)鐵路建設(shè)管理手段存在的不足,提高管理水平,2013 年初,中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(簡稱:國鐵集團(tuán))召開專題會議[1],制定了以BIM 為核心的鐵路工程建設(shè)信息化總體規(guī)劃,為鐵路工程領(lǐng)域的BIM 技術(shù)應(yīng)用研究提供了理論指導(dǎo)與政策支撐[2]。同時,國鐵集團(tuán)選定了17 個鐵路BIM 應(yīng)用試點(diǎn)項目,如寶蘭客運(yùn)專線石鼓山隧道[3]、泰和贛江特大橋[4]、烏魯木齊新客站[5]、青蓮鐵路四電工程[6]和京沈客運(yùn)專線成段落應(yīng)用[7]等。隨著國內(nèi)鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟,2017 年7 月,國鐵集團(tuán)提出了鐵路BIM 工程化應(yīng)用目標(biāo),并編制了京雄城際鐵路BIM 工程化應(yīng)用方案。
鐵路BIM 工程化實施是指通過BIM 技術(shù)與鐵路工程的深度融合,從技術(shù)、方法、流程、標(biāo)準(zhǔn)、組織、規(guī)章、制度等方面改變傳統(tǒng)鐵路建設(shè)管理模式,提高管理水平,實現(xiàn)鐵路工程的全生命周期管理。此概念的提出標(biāo)志著我國鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用研究已經(jīng)從初期探索階段[8]進(jìn)入了系統(tǒng)化應(yīng)用的新階段。
當(dāng)前,鐵路BIM 工程化實施存在一些問題[9],如:實施的目標(biāo)不明確、效果不明顯、應(yīng)用不深入、規(guī)章制度不健全等[10],阻礙了BIM 技術(shù)在鐵路工程領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣。針對上述問題,本文深入分析原因,有針對性地提出BIM 工程化實施策略,從而確保BIM 技術(shù)的價值得到充分體現(xiàn)。
為推動鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用實施,本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織和制度4 個方面,深入剖析現(xiàn)階段鐵路BIM 工程化實施過程中存在的問題,如表1 所示。
表1 鐵路BIM 工程化實施存在的問題
技術(shù)類問題對鐵路BIM 工程化實施具有直接的影響,是現(xiàn)階段需要解決的首要問題。當(dāng)前,鐵路BIM 技術(shù)發(fā)展仍相對薄弱,其標(biāo)準(zhǔn)體系雖已初步建立,但適用性尚未得到充分驗證,基于BIM 的鐵路工程設(shè)計和施工還有待深入研究,基于BIM 的鐵路工程運(yùn)維管理相關(guān)研究尚處于起步階段,以及鐵路BIM 軟件平臺較為缺乏等,均不同程度的制約著鐵路BIM 技術(shù)的深入應(yīng)用。
經(jīng)濟(jì)類問題制約著鐵路BIM 技術(shù)的應(yīng)用和推廣。實施BIM 技術(shù)無論對設(shè)計方還是施工方均需要購買軟硬件和進(jìn)行人員培訓(xùn)等,其成本投入動輒上百萬。然而,在短期內(nèi)BIM 應(yīng)用所帶來的效益卻十分有限,投入產(chǎn)出比失調(diào),影響了設(shè)計方和施工方應(yīng)用BIM技術(shù)的積極性。
鐵路BIM 技術(shù)的真正實施需要對傳統(tǒng)的項目組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,如使組織扁平化、設(shè)置相應(yīng)崗位、明確具體職責(zé)等。然而,在既有組織模式下,往往由傳統(tǒng)崗位人員兼職BIM 崗位,導(dǎo)致BIM應(yīng)用浮于表面,難以落實。
現(xiàn)階段,我國鐵路BIM 規(guī)章制度體系的建設(shè)還較薄弱,BIM 相關(guān)規(guī)章制度不夠健全也是制約鐵路BIM 工程化實施的重要因素之一。
針對上節(jié)中提出的主要問題,本文主要從深化BIM 技術(shù)應(yīng)用、流程再造、標(biāo)準(zhǔn)合同研制、效益量化研究、平臺研發(fā)、實施指南編制和培訓(xùn)7 個方面提出相應(yīng)對策。
BIM 技術(shù)與鐵路建設(shè)管理業(yè)務(wù)尚未形成深度結(jié)合,仍然是阻礙BIM 實施的核心問題。主要原因是項目參與方對BIM 技術(shù)仍然持觀望態(tài)度,以及對BIM 技術(shù)的掌握程度有限。
需要從以下幾方面解決該問題:(1)需要具備熟練掌握BIM 技術(shù)的專業(yè)人員;(2)深入分析鐵路工程領(lǐng)域BIM 技術(shù)應(yīng)用的價值點(diǎn);(3)在實際項目中,針對價值點(diǎn)進(jìn)行實踐和總結(jié);(4)還可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),充分發(fā)揮BIM技術(shù)的價值,提高鐵路工程管理水平。
BIM 不僅是一項技術(shù),更是一種全新的工作模式。因此,鐵路BIM 工程化實施并非指單純的BIM技術(shù)應(yīng)用,而應(yīng)是技術(shù)、組織、制度等全方面的BIM 建設(shè)和實踐活動。然而,無論是鐵路設(shè)計,還是鐵路施工,都尚未建立BIM 工作流程,導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)鐵路建設(shè)業(yè)務(wù)相互割裂,易產(chǎn)生工作程序上的混亂,甚至返工。
針對此問題,應(yīng)利用BIM 技術(shù)對傳統(tǒng)鐵路設(shè)計、施工等業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化和升級,建立基于BIM 的鐵路建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)流程。在此過程中,應(yīng)明確鐵路工程各個階段的參與方及其職責(zé)、BIM 交付物及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)等內(nèi)容。
BIM 合同文本對于規(guī)范當(dāng)前鐵路BIM 技術(shù)實施過程中存在的不合理、不規(guī)范現(xiàn)象具有重要作用,也是解決BIM 實施過程中各種糾紛的重要依據(jù)。
引入BIM 技術(shù)后產(chǎn)生的工作模式上的差別,會導(dǎo)致項目參與方責(zé)任和義務(wù)的變化。隨著鐵路BIM工程化應(yīng)用的逐漸深入,這種變化會越來越大。為了保障各參與方的權(quán)益,降低風(fēng)險,推動鐵路BIM工程化實施,有必要研制鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)合同文本,并開展配套的培訓(xùn)和宣傳工作。
歐美等國家的研究顯示,BIM 技術(shù)能夠為建設(shè)項目帶來相當(dāng)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。然而,現(xiàn)階段國內(nèi)鐵路工程領(lǐng)域尚未認(rèn)識到BIM 技術(shù)應(yīng)用能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益,該方面研究相對缺乏。尤其在鐵路BIM工程化實施初期,硬(軟)件購買和員工培訓(xùn)等都需要大量資金投入,相比之下,其產(chǎn)出卻難以用定性或定量的手段衡量。
從當(dāng)前的鐵路BIM 工程化實施現(xiàn)狀來看,亟需開展鐵路BIM 工程化應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益方面的研究,以避免過度投入,利用定量手段有效地衡量鐵路工程BIM 應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)出,保障各參與方的經(jīng)濟(jì)利益。
BIM 軟件是鐵路BIM 工程化實施的重要支撐。鐵路BIM 軟件資源的相對缺乏,嚴(yán)重制約著BIM 技術(shù)在鐵路工程項目中的推廣應(yīng)用。只有實現(xiàn)以BIM技術(shù)為核心的多種信息技術(shù)的深度融合應(yīng)用,才能真正提升鐵路工程建設(shè)管理的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化水平。而鐵路BIM 管理平臺的研發(fā),是在軟件層面實現(xiàn)BIM、3D GIS、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)的深度融合。
在鐵路BIM 管理平臺研發(fā)過程中,應(yīng)充分發(fā)揮國鐵集團(tuán)的引領(lǐng)作用和鐵路BIM 聯(lián)盟的統(tǒng)籌指導(dǎo)職能,研發(fā)國產(chǎn)化的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鐵路BIM管理平臺。
BIM 實施指南能夠引導(dǎo)和規(guī)范鐵路BIM 工程化實施。然而,由于鐵路工程的專業(yè)和技術(shù)密集性都遠(yuǎn)高于一般建筑工程,使得建筑領(lǐng)域相關(guān)指南難以完全滿足鐵路BIM 工程化實施的要求。因此,應(yīng)編制滿足鐵路工程領(lǐng)域自身實際需要的BIM 實施指南。
鐵路BIM 工程化實施指南的編制應(yīng)建立在充分的工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,并借鑒相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,以保證其科學(xué)合理性。此外,該標(biāo)準(zhǔn)指南的編制還應(yīng)緊密結(jié)合BIM 技術(shù)的研究發(fā)展趨勢,以具備一定的先進(jìn)性和前瞻性。在內(nèi)容上,該指南應(yīng)規(guī)定鐵路BIM 工程化實施相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用、組織架構(gòu)、軟硬件資源、各方權(quán)責(zé)利、取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)事項。
考慮到現(xiàn)在各企業(yè)和項目的相關(guān)人員均缺乏足夠的BIM 知識和開展BIM 實施所需的專業(yè)技能,因此要有序地、多層面開展鐵路BIM 培訓(xùn)工作。本文將鐵路BIM 培訓(xùn)分為3 個階段:(1)BIM 概念普及,主要內(nèi)容為BIM 概念、發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)政策等;(2)BIM 專業(yè)技能培訓(xùn),包括BIM 建模、BIM 模型應(yīng)用和BIM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)等;(3)鐵路項目BIM 實施指導(dǎo),在實際鐵路工程項目中為相關(guān)人員提供BIM 培訓(xùn)與指導(dǎo)。
京雄城際鐵路是連接北京至雄安的快速通道,正線線路全長92.8 km,其中新機(jī)場至雄安東段長58.9 km。為落實BIM 工程化實施相關(guān)要求,各參建單位開展了新機(jī)場至雄安東段路基、橋梁、隧道、站場、站房、軌道、通信、信號、接觸網(wǎng)等13 個專業(yè)從設(shè)計、施工到運(yùn)維的全過程BIM 應(yīng)用實踐。
京雄城際鐵路各參建單位結(jié)合鐵路BIM 聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及京雄項目BIM 應(yīng)用需求,系統(tǒng)地編制了京雄城際鐵路BIM 工程化應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指南,為BIM技術(shù)在京雄城際鐵路建設(shè)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用提供了有力支撐。
針對項目管理人員和技術(shù)人員BIM 技術(shù)相對薄弱的問題,組織開展BIM 技術(shù)培訓(xùn),包括BIM 知識普及和BIM 軟件平臺操作等,為京雄城際鐵路BIM工程化應(yīng)用提供了專業(yè)人員保障。
搭建了基于CATIA 的京雄城際鐵路BIM 協(xié)同設(shè)計平臺,開展了全專業(yè)BIM 協(xié)同設(shè)計研究,建立了京雄城際鐵路BIM 模板庫。研發(fā)的基于BIM+GIS 的京雄城際鐵路建設(shè)管理平臺,實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的安全管理、設(shè)計管理、投資管理、質(zhì)量管理、環(huán)保管理和進(jìn)度管理,有效提升了施工管理的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化水平,如圖1 所示。
圖1 基于BIM+GIS 的京雄城際鐵路建設(shè)管理平臺功能架構(gòu)
開展了基于BIM 的京雄城際鐵路施工圖審查,開發(fā)了基于BIM+GIS 的京雄城際鐵路電子沙盤,如圖2 所示。
圖2 基于BIM+GIS 的京雄城際鐵路電子沙盤
結(jié)合工程系統(tǒng)分解結(jié)構(gòu)(EBS,Engineering Breakdown Structure),實現(xiàn)了基于BIM 的京雄城際鐵路施工組織計劃管理,如圖3 所示,形象進(jìn)度管理,如圖4 所示,從而將BIM 技術(shù)真正用在輔助工程施工重難點(diǎn)和項目管理的過程中。
圖3 基于BIM 的京雄城際鐵路施工組織計劃管理
圖4 基于BIM 的京雄城際鐵路形象進(jìn)度管理
根據(jù)EBS 中詳細(xì)的工程數(shù)量信息和單價(清單價、勞務(wù)價和成本價),結(jié)合計劃進(jìn)度信息和實際進(jìn)度信息,實現(xiàn)基于BIM 的施工成本管理,如圖5 所示。
圖5 基于BIM 的京雄城際鐵路施工成本管理
基于上述實施策略,京雄城際鐵路的施工為基于BIM 技術(shù)的數(shù)字建造的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),為實現(xiàn)建設(shè)運(yùn)維一體化,構(gòu)建數(shù)字鐵路全生命周期管理體系,全面形成數(shù)字孿生鐵路,滿足各類應(yīng)用場景的虛實交融提供了先決條件。
本文基于鐵路BIM 工程化實施現(xiàn)狀的調(diào)研,從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織和制度4 個方面歸納總結(jié)了鐵路BIM 工程化實施過程中存在的問題。從深化BIM 技術(shù)應(yīng)用、基于BIM 的工作流程再造、標(biāo)準(zhǔn)BIM 合同文本編制、BIM 經(jīng)濟(jì)效益量化研究、鐵路BIM 管理平臺研發(fā)、BIM 實施標(biāo)準(zhǔn)指南編制和專業(yè)人員培訓(xùn)等方面提出了相應(yīng)的實施策略,并依據(jù)京雄城際鐵路的工程實施給出了鐵路BIM 工程化實施的驗證案例,為鐵路BIM 的工程化實施提供了參考。