BIM技術在生產(chǎn)性實驗實訓基地建設中的應用研究＊
——以湖南鐵路科技職業(yè)技術學院高鐵信號實驗實訓室為例

任建新，于訓全，劉伍洲，顏 彬

（1.湖南鐵路科技職業(yè)技術學院，湖南株洲 412006；2.中國鐵路廣州局集團有限公司長沙電務段，湖南長沙 410000；3.中國鐵路廣州局集團有限公司長沙高鐵工務段，湖南長沙 410000）

軌道交通是一個“車與車、動與靜、弓與網(wǎng)、輪與軌、機與電”等多級耦合的復雜系統(tǒng)，具有沖擊性負荷極高、運行工況十分復雜、作業(yè)工作環(huán)境難以仿真的技術特性。軌道交通行業(yè)職業(yè)技能訓練難以在實際運營環(huán)境中進行，涉及行車設備養(yǎng)護專業(yè)的技能訓練都是在一些高標準的實驗實訓基地完成。

建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）是先進的信息化技術之一[1]，為整個建設工程提供了可行的全生命周期信息管理，軌道交通行業(yè)中采用BIM技術進行項目管理、運營維護的成功案例逐漸增多，川藏鐵路、雄安高鐵均可見到BIM元素[2]。作為人才培養(yǎng)單位，依托BIM技術進行相關實驗實訓教學基地建設的研究極少，信息化技術融合人才培養(yǎng)過程不強對建設新時代智慧型軌道交通不利。

1 職業(yè)技能培訓基地建設現(xiàn)狀研究及存在問題

1.1 職業(yè)技能培訓基地建設現(xiàn)狀研究

伴隨著軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國在職業(yè)技能培訓基地建設方面亦碩果累累，如被譽為“高鐵人才搖籃”的武漢高鐵職業(yè)技能訓練段為我國高鐵高素質技能型人才培養(yǎng)事業(yè)做出了重大貢獻，職業(yè)技能培訓基地也歷經(jīng)了從“練功房”到“實訓基地”，再到如今的“實驗實訓基地”三個階段的提升發(fā)展?，F(xiàn)如今，職業(yè)技能培訓基地建設要突出兩個關鍵的技術特點，一是預留實驗平臺（接口），二是重視生產(chǎn)性實訓。廣鐵集團在職業(yè)技能培訓基地的建設成效走在了全路的前列，最近兩年相繼開通衡陽東綜合維修工區(qū)、長沙電務段長沙實驗實訓基地。

1.2 存在的主要問題

（1）實驗實訓基地服務能力低下。實驗實訓基地不同于真實的運營現(xiàn)場，安全風險相對較小，但實驗實訓基地承載著諸多培訓項目，年均培訓人次多，若不采用先進的信息化技術、大數(shù)據(jù)管理技術，實驗實訓基地服務的能力難以提升，實驗實訓基地難以成為服務行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)學研合作平臺。

（2）信息化技術在軌道交通行業(yè)建設應用不明確。先進的信息化技術難以在軌道交通領域推進和落地的原因，主要是因為業(yè)主需求不明確、建設部門參與度不足、新技術管理難度大、專用設備與先進的信息化技術適應性不強，使得當前的BIM 應用研究停留在理論層面[3]，縱使理論成果豐碩，但實際上卻停留在“建模型、放動畫”的理論境地，新技術并未發(fā)揮全程指導軌道交通建設項目的作用[4]。

2 BIM在軌道交通信號實驗實訓基地建設中的應用

BIM軌道交通信號實驗實訓基地建設項目的實施應用包含4個階段，分別是項目計劃階段、初步設計階段、施工建設階段、實驗實訓管理階段，每階段包含的主要內(nèi)容如圖1所示。

圖1 BIM實施應用過程

2.1 場地與人員需求

2.1.1 BIM實施軟硬件設施配置

BIM中心一般用地面積不小于15 m2，條件充足的可將BIM中心分隔為機房區(qū)域和辦公區(qū)域，并配置獨立空調，確保室內(nèi)溫度適宜，適合BIM服務器工作的環(huán)境和溫度需求。

2.1.2 BIM實施人員配置

BIM中心需配備1名BIM負責人，負責本工程BIM模型的建模及日常維護工作（模型信息更新、錄入、統(tǒng)計、導出報表、系統(tǒng)維護）；負責人需熟練運用Autodesk、Bentley、Dassault等BIM相關軟件，全面負責基于BIM技術的實驗實訓室建設項目管理。

2.2 實驗實訓室建設應用研究

2.2.1 基于BIM模型的三維可視化展示

BIM技術具有強大的三維可視化功能，在三維環(huán)境中可以更好地進行實驗實訓室建設項目效果展示，可以將軌道交通綜合實訓基地各實驗實訓模塊的模型整合到一起，掌握實驗實訓室建設項目的整體情況，從而提高與教學（建設）單位溝通效率，加快問題解決速度，圖2為實驗實訓基地室外BIM模型。

圖2 實驗實訓基地室外BIM模型

2.2.2 基于BIM模型的優(yōu)化性檢測碰撞

在實驗實訓基地建設過程中，通信和信號專業(yè)的實踐教學模塊通常由教學單位的多位專業(yè)教師研討設計而成，從技術層面來看，通信提供的是通道，信號的作用在于安全控制，實驗實訓室建設的工程中必須要突出“高鐵”特色，突出基于通信的列車運行控制[5]，因此，專業(yè)之間的碰撞、接口技術的協(xié)商難免少不了，同時往往受制于諸多客觀因素的限制，如施工圖紙的設計周期、現(xiàn)場協(xié)調等，初步設計只是進行大體的空間分配，來不及對復雜區(qū)域進行詳細劃分，用軟件檢查和人工排查并行的方法，對綜合模型進行碰撞檢查并出具報告，可以提前避免大部分的錯誤產(chǎn)生。

檢測碰撞的具體做法是：將Revit文件導入Navisworks，通過軟件進行碰撞檢測，對每層每個區(qū)域的板上下綜合模型分別進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題，保存視點并批注，由實驗實訓室BIM中心負責人及時進行調整，并導出碰撞報告，直觀地查看出碰撞點的對象和碰撞詳情。

2.2.3 基于BIM模型的協(xié)調性圖紙會審

當基于BIM的三維模型建成之后，檢測碰撞完成之后，利用BIM模型的直觀性，可以清楚地看到每個碰撞點的詳細情況，對碰撞節(jié)點進行問題記錄，再把記錄反饋到教學單位的通信和信號專業(yè)團隊。這樣在圖紙會審時可以更有針對性地對重點部位進行討論，最終經(jīng)過實驗實訓基地建設單位同意，得出最優(yōu)方案。

2.2.4 基于BIM模型完成4D虛擬建造

當把實驗實訓室建設進度計劃Project文件與三維模型中的教學實踐設備、實驗實訓室主體結構關聯(lián)起來，以時間軸為推移，將會形成模擬施工的過程的展示文件，圖3為實驗實訓基地室內(nèi)BIM模型。

圖3 實驗實訓基地室內(nèi)BIM模型

2.2.5 基于BIM模型的大數(shù)據(jù)技術應用

二維碼是能存更多的信息，是大數(shù)據(jù)量化傳輸?shù)囊环N方法，它能表示更多的數(shù)據(jù)類型[6]，也可以為后期的實驗實訓基地信息化升級提供便利的接口，同時，采用二維碼來解決傳統(tǒng)工程管理方式中存在的設備、材料到貨進度、質量管理難題、隱蔽工程影像資料不全等諸多問題，并將其作為BIM技術在實驗實訓基地建設中的重要組成模塊。

（1）包含的信息。制作二維碼時，應以“文本”形式錄入至少以下六項內(nèi)容：標識信息、位置信息、設備名稱、設備編號、規(guī)格型號、生產(chǎn)廠商，每項信息單獨一行，如圖4所示：

圖4 二維碼信息

（2）二維碼安裝要求。室內(nèi)實踐教學設備進場時，需及時建立相應的二維碼信息資料。室內(nèi)實踐教學設備二維碼張貼于設備銘牌旁；室外實踐教學設備進場時，也需及時建立相應二維碼信息資料。室外實踐教學設備的二維碼貼附于設備箱盒側面。

2.2.6 基于BIM模型的實驗實訓項目管理

（1）施工模型拆分與編碼錄入。教學單位的資產(chǎn)信息管理平臺對BIM提出了要求，實驗實訓基地施工進度、質量、安全、檔案資料等各項管理進程都要在信息管理平臺中及時體現(xiàn)。因此，需要對模型按施工要求進行拆分，使模型與總體進度計劃、設備材料信息、施工信息、合同信息、檔案資料等各項信息進行關聯(lián)。每個模型構件進行唯一編碼，將該編碼作為模型構件的唯一識別碼。

（2）基于BIM模型的實驗實訓派工應用。建立起B(yǎng)IM模型與教學管理系統(tǒng)（下文稱“系統(tǒng)”）之間的有效接口，系統(tǒng)依據(jù)上一周下達的實踐教學進程表，自動生成以實踐教學指導老師為標題的派工單，提供全方位的實踐教學控制功能。首先，將實踐教學指導老師信息和實踐教學學員信息按身份證號實名制錄入信息模型管理平臺中，與平臺關聯(lián)，系統(tǒng)自動完成實踐教學指導老師信息教學資格審查，自動完成參與實踐教學學員篩選；其次，實驗實訓派工應用還可以進行實踐教學管理，派工應用中體現(xiàn)了實踐教學所需工具、設備位置、設備標識等，體現(xiàn)參與實踐教學成員的實訓任務。當派工任務完成后，需要在平臺內(nèi)提交相應的工具，并可在模型中顯示實踐教學的完成情況，從派工單中提取實際進度數(shù)據(jù)，并與計劃進度比較，分析實踐教學的情況。

（3）實踐教學安全圖釘應用。為了輔助實踐教學管理老師的日常管理工作，系統(tǒng)需要提供任務單領取和填報記錄，對實踐教學中可能存在的不合格、設備恢復不到位等問題，進行“按圖釘”標識，通過在模型上直接標識設備恢復不徹底問題，系統(tǒng)自動激活設備恢復不徹底問題整改通知單，推送給實踐教學指導老師、實踐團隊成員進行整改，最后當系統(tǒng)獲取整改反饋信息，實現(xiàn)設備恢復問題閉環(huán)流程監(jiān)測功能。

3 建設效果

3.1 BIM技術助推人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新

依托教學單位人才培養(yǎng)優(yōu)勢，緊跟先進技術在行業(yè)中的應用步伐，將最新穎、較先進的信息化技術應用在人才培養(yǎng)單位，是從實驗實訓基地建設模式角度去優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化人才供給側實踐教學環(huán)境，為復合型的高級技能型人才培養(yǎng)做了鋪墊。

3.2 提升實驗實訓基地的服務能力

有效合理地使用以BIM技術[7]為代表的先進信息化技術，建設功能集約、資源共享、開放充分、運作高效的高水平實驗實訓基地，如本研究依托單位已建成的實驗實訓基地長期開展鐵路內(nèi)部專業(yè)培訓、技能比武等各類業(yè)務，先后多次被國鐵集團（原鐵道部）、湖南省教育廳選為全國信號工技能比武主賽場和國家級職業(yè)技能大賽集訓點。

3.3 解決長期存在的資源同質性問題

鐵道通信信號實驗實訓基地建設以專用實踐設備為主，以先進的信息化技術為輔[8]。以BIM技術為代表的先進信息化技術是可以解決專用設備購買昂貴、建設同質性嚴重的問題，如本研究依托單位已經(jīng)建有先進的高鐵信號實驗實訓基地，同時依托單位采用BIM技術，全方位地開展了基于BIM技術的建設、實踐教學管理等實踐，為校企合作其他單位和本市同類院校實踐教學提供了諸多便利。

4 結語

隨著2020年《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》和《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》發(fā)布和實施，以BIM技術為代表的一系列先進的信息化技術在軌道交通行業(yè)中的研究與應用已逐步展開，研究依托單位第一次嘗試建立高鐵信號實驗實訓室BIM大數(shù)據(jù)庫[9]，推動建設管理的精細化和信息化，并取得了一定的成效，總結如下：

從專業(yè)角度來看，BIM技術優(yōu)化了信號專業(yè)施工設計，對每一道工序進行可視化推演，模擬施工全過程，論證及優(yōu)化施工方案；BIM技術推動了信號施工工廠化、智能化建造，自動統(tǒng)計物料，實現(xiàn)物資材料數(shù)量精確提報；BIM技術推動了建設、運營、維護、管理一體化發(fā)展，實現(xiàn)了設計、建設、運營、維護的全生命周期信息共享。

從職業(yè)教育改革實施層面來看，采用BIM技術有助于提前進行立標打樣；結合行業(yè)創(chuàng)新鏈條的動態(tài)發(fā)展，推動課程內(nèi)容與行業(yè)標準[10]、生產(chǎn)流程、項目開發(fā)等產(chǎn)業(yè)需求科學對接，建設一批高質量校企合作課程、教材和工程案例集，從源頭上保障復合型高級技能型人才培養(yǎng)質量，從實踐教學基地建設層面落實國務院職業(yè)教育改革實施方案。