鐵路工程站前設(shè)計(jì)信息交付標(biāo)準(zhǔn)（IDM）研究

張吉松 白園園 趙麗華

（大連交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，大連 116028）

引言

鐵路工程設(shè)計(jì)一般包括站前專業(yè)設(shè)計(jì)和站后專業(yè)設(shè)計(jì)。站前專業(yè)一般包括測(cè)繪、地質(zhì)、路基、線路、站場(chǎng)、軌道、橋梁和隧道等；站后專業(yè)一般包括四電、建筑、給排水、工經(jīng)、機(jī)輛等[1]。國(guó)家鐵路BIM 聯(lián)盟發(fā)布了一系列BIM 標(biāo)準(zhǔn)，例如《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》等[2]，現(xiàn)有BIM 標(biāo)準(zhǔn)尚未定義設(shè)計(jì)階段各專業(yè)間信息交付流程和內(nèi)容，尤其是IFC 標(biāo)準(zhǔn)未定義不同的項(xiàng)目階段中不同項(xiàng)目角色所需的交換的特定信息，導(dǎo)致鐵路工程設(shè)計(jì)階段專業(yè)間信息交付的標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。

IDM（Information Delivery Manual，信息交付手冊(cè)）正是針對(duì)IFC 不能實(shí)現(xiàn)特定階段特定目的的信息交換定義而提出的解決方案。Building SMART 組織是IDM 標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)者Wix[3]撰寫了IDM 指南第一版，其中闡述了IDM 任務(wù)目標(biāo)、組成部件和開發(fā)方法。Wix和Karlshoej[4]在此基礎(chǔ)上編寫了IDM 指南1.2 版本，后來此版本被ISO 組織認(rèn)證為ISO 29481-1:2010[5]，即建筑信息模型—信息交付手冊(cè)—第一部分：方法與格式，為IDM 的研究提供了標(biāo)準(zhǔn)化范本?；贗DM 標(biāo)準(zhǔn)化范本，美國(guó)和北歐將IDM 拓展到勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、能量分析、設(shè)備運(yùn)維、基建工程等多個(gè)方面[6-13]。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究主要集中在IDM標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)、描述方法、建筑設(shè)計(jì)流程、能耗分析、信號(hào)與通信[14-27]等方面。

綜合國(guó)內(nèi)外IDM 研究可以看出：IDM 更多用于建筑領(lǐng)域BIM 的數(shù)據(jù)交互研究中，而鐵路IDM 研究尚處于探索階段。本文采用IDM 方法從流程定義方面研究鐵路工程站前設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)流程，并以鐵路工程中的站前專業(yè)為研究對(duì)象，運(yùn)用BPMN 方法繪制出鐵路工程設(shè)計(jì)階段站前專業(yè)的設(shè)計(jì)流程圖，對(duì)交換場(chǎng)景與交換需求進(jìn)行描述并以表格形式呈現(xiàn)，對(duì)提高鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)水平和加強(qiáng)設(shè)計(jì)專業(yè)間信息交付的標(biāo)準(zhǔn)化提供幫助。

1 研究方法

完整的IDM 技術(shù)架構(gòu)有五個(gè)組成部件，分別為流程圖、交換需求、功能部件、商業(yè)規(guī)則和有效性測(cè)試[28]，如圖1 所示。其中，流程圖與交換需求是兩大核心部件。

圖1 IDM 技術(shù)架構(gòu)圖

IDM 的開發(fā)主要由兩大部分構(gòu)成，第一部分是與行業(yè)從業(yè)者相關(guān)的流程定義，具體包括：

（1）繪制并描述流程圖；

（2）說明交換場(chǎng)景，描述活動(dòng)內(nèi)容；

（3）描述交換需求。

在流程定義完成基礎(chǔ)上，進(jìn)行第二部分軟件解決方案的開發(fā)，包括：開發(fā)MVD 和開發(fā)軟件。對(duì)第一部分流程定義中的流程圖繪制與描述進(jìn)行介紹如下：

IDM 標(biāo)準(zhǔn)中的流程圖基于業(yè)務(wù)流程建模標(biāo)注方法（Business Process Modeling Notation，以下簡(jiǎn)稱BPMN）進(jìn)行繪制。BPMN[3]是對(duì)象管理組織開發(fā)的一種用于流程圖繪制的流程建模通用的、標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記方法，主要由流對(duì)象（Flow Objects）、連接對(duì)象（Connecting Objects）、 泳池（Swimming Pool） 與泳道（Swim Lane）和人工附加/模塊（Artifacts）等四類建模元素及符號(hào)組成，具體包括泳池（由多條泳道組成）、泳道、開始事件、中間事件、結(jié)束事件、任務(wù)、順序流、消息流、網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和組等流程圖元素。BPMN流程圖簡(jiǎn)單示例如圖2 所示，該圖中表示“設(shè)計(jì)流程”的“泳池”是由“角色1”所在的“泳道”、“信息模型”所在的“泳道”和“角色2”所在的“泳道”共同組成的。

圖2 BPMN 流程圖示例

在多任務(wù)組成、多角色參與的BPMN 流程圖中，為了使項(xiàng)目各參與方的需求得到充分表達(dá)，需要利用特定格式的標(biāo)準(zhǔn)表格對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的文字描述。標(biāo)準(zhǔn)描述表格有流程圖概述表格和流程描述表格兩類。為了規(guī)范化表達(dá)所制定的IDM 標(biāo)準(zhǔn)，需要提前定義出一套標(biāo)準(zhǔn)表格的描述模板并羅列出該標(biāo)準(zhǔn)定義所需包含的全部信息，使用者使用時(shí)只需進(jìn)行規(guī)范化填寫即可。

2 鐵路工程站前設(shè)計(jì)IDM

2.1 流程圖繪制與簡(jiǎn)要描述

本研究以鐵路工程站前設(shè)計(jì)各專業(yè)交互信息為研究對(duì)象，定義出鐵路工程站前設(shè)計(jì)階段的IDM 如圖3所示。其中不同的角色活動(dòng)位于不同的泳道，信息模型作為單獨(dú)的角色類型擁有其專屬的泳道。參與人員包括業(yè)主、線路設(shè)計(jì)工程師、橋梁設(shè)計(jì)工程師、路基設(shè)計(jì)工程師、隧道設(shè)計(jì)工程師、軌道設(shè)計(jì)工程師、站場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師和審查者。不同泳道內(nèi)的任務(wù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置：業(yè)主包括提出用于指導(dǎo)各專業(yè)設(shè)計(jì)的業(yè)主需求、對(duì)各專業(yè)的初步設(shè)計(jì)進(jìn)行管理、對(duì)各專業(yè)的施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行管理三個(gè)任務(wù)；各專業(yè)的設(shè)計(jì)工程師主要進(jìn)行可研設(shè)計(jì)、可研設(shè)計(jì)審核、初步設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)審核、施工圖設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)審核等六項(xiàng)活動(dòng)，過程中產(chǎn)生的信息、工程節(jié)點(diǎn)信息的交互在流程圖中展示。

圖3 鐵路工程站前設(shè)計(jì)階段的IDM

本研究的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中各專業(yè)進(jìn)行廣泛的交流與協(xié)作：測(cè)繪與地質(zhì)專業(yè)為鐵路工程站前設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與資料；作為鐵路牽頭與骨架專業(yè)，線路作為流程圖的上游專業(yè)，橋梁、路基、隧道、軌道和站場(chǎng)等其余專業(yè)為下游專業(yè)；在可研設(shè)計(jì)階段，線路專業(yè)依據(jù)業(yè)主提出的需求創(chuàng)建體量模型并與其余專業(yè)的可研方案進(jìn)行協(xié)調(diào)以滿足各專業(yè)設(shè)計(jì)需求；在初步設(shè)計(jì)階段，線路專業(yè)率先形成其初步設(shè)計(jì)BIM 模型，其中包含一定的線路實(shí)體并傳遞給下游各專業(yè)用于指導(dǎo)各專業(yè)的初步設(shè)計(jì)，下游各專業(yè)依據(jù)線路初步設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行分析、計(jì)算以形成包含各自專業(yè)構(gòu)件的初步設(shè)計(jì)BIM 模型并反饋到線路專業(yè)用于協(xié)調(diào)、敲定線路初步設(shè)計(jì)方案；在施工圖設(shè)計(jì)階段，線路專業(yè)進(jìn)一步深化初步設(shè)計(jì)并形成施工圖BIM 模型，下游各專業(yè)再一次接收線路施工圖BIM 模型（信息精度比初步設(shè)計(jì)階段的高）并在各自初步設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成各專業(yè)的施工圖BIM 模型。各專業(yè)的設(shè)計(jì)工作需要審查者對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行審核以確定其設(shè)計(jì)是否合理。最后，審查者整合鐵路工程站前設(shè)計(jì)各專業(yè)的施工圖BIM 模型形成一個(gè)綜合BIM 模型，當(dāng)審核結(jié)果不理想時(shí)將其反饋到各專業(yè)進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)前的工程節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行修改，反之就形成了綜合的BIM 設(shè)計(jì)模型。

2.2 交換場(chǎng)景

交換場(chǎng)景是一種從業(yè)主、設(shè)計(jì)師等BIM 用戶角度進(jìn)行信息非技術(shù)性方式描述的方法，它可以完整描述流程圖中各個(gè)活動(dòng)及所需進(jìn)行的信息交換。針對(duì)本研究的流程圖，給出了該流程圖對(duì)應(yīng)的交換場(chǎng)景，主要描述了信息流的發(fā)送方和接收方、信息傳遞的內(nèi)容和目的等，部分交換場(chǎng)景如表1 所示。

表1 交換場(chǎng)景（部分）

從線路設(shè)計(jì)工程師的視角描述該設(shè)計(jì)過程的信息流。線路根據(jù)業(yè)主需求開展線路的設(shè)計(jì)工作，地形、地質(zhì)人員（模型發(fā)送方）將地形、地質(zhì)模型（交換內(nèi)容）交給線路設(shè)計(jì)工程師（模型接收方），其目的是將地形、地質(zhì)模型中的各種參數(shù)（語義信息）交給線路專業(yè)并為其可研設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料以進(jìn)行該階段方案的設(shè)計(jì)；接著進(jìn)行線路的初步設(shè)計(jì)得到早期的初步設(shè)計(jì)方案，線路設(shè)計(jì)工程師（模型發(fā)送方）將早期的初步設(shè)計(jì)方案交給橋梁/路基/隧道/軌道/站場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師（模型接收方）用于指導(dǎo)其余站前專業(yè)的初步設(shè)計(jì)，所需要的語義信息就是線路模型中的各種參數(shù)；此外，在最終敲定線路初步設(shè)計(jì)方案時(shí)，橋梁/路基/隧道/軌道/站場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師（模型發(fā)送方）將各自初步設(shè)計(jì)階段的BIM 模型交給線路設(shè)計(jì)工程師（模型接收方），其目的是將其余站前專業(yè)初步設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)需求及方案同線路進(jìn)行溝通、協(xié)商以指導(dǎo)線路初步設(shè)計(jì)最終方案的敲定，語義信息為各專業(yè)模型中所包含的設(shè)備信息。

2.3 交換需求

數(shù)據(jù)對(duì)象是交換需求在流程圖中的體現(xiàn)，其最重要、最核心的部分就是數(shù)據(jù)需求的屬性需求表，即交換需求表。此表格描述了某個(gè)設(shè)備類型需要交換的屬性、屬性描述以及模型接收方對(duì)本屬性是需要（R）還是可選擇（O）等內(nèi)容。線路設(shè)計(jì)工程師交換信息如表2 所示，其中展示了根據(jù)線路設(shè)計(jì)工程師交換場(chǎng)景（表1 中編號(hào)3）建立交換需求表。

表2 線路設(shè)計(jì)工程師交換場(chǎng)景的描述

表2 中橋梁、路基、隧道、軌道和站場(chǎng)等BIM模型編碼分別與圖3 的BRI_.1、SGR_.1、TUN_.1、TRA_.1、STA_.1 相對(duì)應(yīng)。線路中心線是線路同其他專業(yè)進(jìn)行信息交互的核心交換內(nèi)容，它包含了線路的走向、長(zhǎng)度、里程和位置等信息，是其他站前專業(yè)的重要參考資料。線路中心線模型定位了橋、隧、站和路等各段落，因此這些信息是橋隧站路的必需信息，在表格中標(biāo)記為“R”，對(duì)“線路名稱”這一信息的交互，各下游專業(yè)對(duì)其是可以需要也可以不需要，即該信息是可選的，標(biāo)記為“O”，由此，交換需求表格便建立起來了。

3 結(jié)論

本文在結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)上，繪制了包含線路、橋梁、路基、隧道、軌道和站場(chǎng)六個(gè)專業(yè)的BPMN 流程圖。一方面是幫助各專業(yè)明確自身職責(zé)與任務(wù)，另一方面給出了各站前專業(yè)間進(jìn)行信息交流和傳遞的工程節(jié)點(diǎn)，使得信息的流向更加地清晰，之后在所定義的設(shè)計(jì)流程圖基礎(chǔ)上從交換場(chǎng)景、交換需求詳細(xì)描述，并以線路設(shè)計(jì)工程師地視角給出了同其他專業(yè)間的信息交換需求表格。這在一定程度上為制定鐵路工程其他專業(yè)的IDM 提供了參考。另外，需要特別指出的是，IDM 是將實(shí)際工作流程與信息交互需求定義清晰并用于特定階段或特定目的。但檢驗(yàn)IDM 能否真正落實(shí)IFC 標(biāo)準(zhǔn)，還需要開發(fā)MVD（模型視圖定義）并在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)中對(duì)IDM 進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證。