中國鐵路BIM技術研發和應用框架

■ 中國鐵路總公司工程管理中心

中國鐵路BIM技術研發和應用框架

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綜述國內外BIM技術研究和應用現狀，從標準規范制定、隧道、橋梁、路基、測繪、地質、站房、四電集成BIM應用研究等8個方面詳細分析我國鐵路行業BIM研發和應用情況，提出鐵路行業BIM研發和應用的重點和難點。

中國鐵路；BIM技術；應用現狀

近年來，國內外越來越多的工程實踐證明，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的研究和應用可有效提升建設項目設計、施工及運營的科學技術水平，實現建設項目全生命周期管理（Building Life Cycle Management，BLM）信息化，具有巨大的應用價值和廣闊的應用前景。BIM的發展和應用并不是一個單純的技術問題，而是一種全新的理念，它涉及到從項目規劃、設計、施工到運營維護階段的一系列創新和變革，只有制定行之有效的行業應用研究和發展戰略，BIM的發展和應用才能達到預期水平。

中國鐵路總公司（簡稱總公司）高度重視BIM技術在鐵路行業的研發和推廣應用工作。2013年4月20日和5月24日，盧春房副總經理2次主持召開會議，研究加快鐵路工程建設信息化推進工作，制定了“以鐵路工程設計、建設、運營全生命周期管理為目標，以標準化管理為抓手，以BIM技術為核心，建立統一開放的工程信息化平臺和應用”的總體規劃，明確了由盧春房副總經理、何華武總工程師負責領導鐵路工程建設信息化推進工作，王同軍副總工程師全面負責日常工作，總公司工程管理中心承擔具體組織推進工作。雖然鐵路行業BIM技術應用還處于起步階段，但在總公司的統一部署下， BIM研究和應用工作正在快速向前推進。

1 BIM技術的國內外現狀

BIM是從美國建筑業發展起來的，逐漸擴展到歐洲、日韓等發達國家和地區。從應用領域上看，國外已經將BIM技術應用在建筑工程的設計、施工，以及建成后的維護和管理階段，相應的應用軟件已經日趨成熟，其應用價值和應用潛力都得到了驗證。

目前，美國BIM研究與應用都走在世界前列。根據相關調查，美國2012年工程建設行業采用BIM的比例從2007年的28%增長至2009年的49%，直至2012年的71%。

2011年5月，英國內閣辦公室發布了“政府建設戰略”文件，明確要求到2016年，政府要全面實現協同的3D-BIM，并將實現全部文件的信息化管理。同時制定了明確的階段性目標，到2012年7月，在多個部門確立試點項目，運用3D-BIM技術來協同交付項目。

新加坡2011年由建筑管理署發布了新加坡BIM發展路線規劃，規劃明確推動整個建筑業在2015年前廣泛使用BIM技術。為了鼓勵早期的BIM應用者，建筑管理署成立了一個600萬新幣的BIM基金項目，任何企業都可以申請。同時從2013年起，強制要求提交建筑BIM模型，從2014年起要求提交結構與機電BIM模型，并且最終要求在2015年前實現所有建筑面積大于5 000 m2的項目都必須提交BIM模型。同時鼓勵新加坡的大學開設BIM課程，為畢業學生組織密集的BIM培訓課程，為行業專業人士建立了BIM專業學位。

在我國，2007年BIM進入中國建筑設計領域，從上海世博會國家電網館工程、天津中鋼大廈工程到深圳機場擴建等大型工程，均采用BIM技術設計。目前，中國建筑設計研究院、北京市建筑設計研究院、上海現代建筑設計集團、中國電子工程設計院、中國航空規劃建設發展有限公司等為代表的一些大型設計單位正在紛紛成立BIM團隊開展BIM應用研究，編制企業級BIM實施標準和指南。2011年5月，住房和城鄉建設部（簡稱住建部）發布的《2011～2015建筑業信息化發展綱要》中，明確指出：在施工階段開展BIM技術的研究與應用，推進BIM技術從設計階段向施工階段的應用延伸，降低信息傳遞過程中的衰減；研究基于BIM技術的4D項目管理信息系統在大型復雜工程施工過程中的應用，實現對建筑工程有效的可視化管理等。

2012年1月，住建部“關于印發2012年工程建設標準規范制訂修訂計劃的通知”宣告了中國BIM標準制定工作的正式啟動，其中包含五項BIM相關標準：《建筑工程信息模型應用統一標準》、《建筑工程信息模型存儲標準》、《建筑工程設計信息模型交付標準》、《建筑工程設計信息模型分類和編碼標準》、《制造工業工程設計信息模型應用標準》。

2 我國鐵路行業BIM研發和應用現狀

2013年12月，中國鐵路BIM聯盟（簡稱鐵路BIM聯盟）在北京正式成立。鐵路BIM聯盟由總公司工程管理中心、中國鐵道科學研究院、中國中鐵二院工程集團有限責任公司、鐵道第三勘察設計院集團有限公司、中鐵第一勘察設計院集團有限公司、中鐵第四勘察設計院集團有限公司、中國中鐵四局集團有限公司、中建交通建設集團有限公司8家單位共同發起成立，目前共有24家會員單位參加。鐵路BIM聯盟的成立為鐵路BIM技術研究和應用提供了組織支撐。各單位正以鐵路BIM聯盟為依托，共同推進中國鐵路BIM事業向前發展。

為了推進BIM技術在鐵路行業的研發和應用，總公司研究立項鐵路工程信息化總體課題，分9部分20個子課題，全面涵蓋鐵路工程建設信息化全生命周期主要技術和標準研究。其中，2013年立項的科研課題包括“基于BIM技術的鐵路隧道施工圖交付標準”、“鐵路工程建設信息化統一平臺數據關鍵技術標準研究”和“基于BIM技術的鐵路隧道建設管理信息化技術研究”。目前依托這三項總公司立項的科研項目，各單位相繼開展了隧道、橋梁、路基、站房、四電集成等多個專業的BIM應用和標準規范的研究工作。

（1）標準規范制定。鐵三院對國內外BIM應用、BIM標準研究制定情況進行了深入調研，開展了中國鐵路BIM技術標準的研究工作，主要內容包括：鐵路BIM標準體系的基礎理論及方法論，鐵路BIM標準體系的總體框架及主要內容，中國鐵路BIM技術標準和實施標準。中鐵二院依托“基于BIM技術的鐵路隧道施工圖交付標準”科研項目，完成了《鐵路工程信息模型應用統一標準》、《基于 BIM 技術的鐵路隧道施工圖交付標準》和《基于施工圖的隧道地質交付標準》初稿的編制，已經進入審查階段。

（2）隧道BIM應用研究。中鐵二院依托寶蘭客專石鼓山隧道，利用達索平臺開展隧道三維設計，完成了施工細度的全隧模型建立，包括洞門模型、明洞模型、暗洞模型、附屬洞室模型、輔助坑道模型和防排水模型。中建交通根據中鐵二院建立的隧道BIM模型，開展了施工階段的BIM應用研究，主要工作包括：設計模型轉施工模型、建立臨建工程模型、開挖模型、各類輔助設備族、三維地質模型等。中鐵一院開展了清涼山隧道的BIM應用研究工作，主要包括：建立隧道內部模型、專用洞室模型、洞口模型、橋隧相連模型等。

（3）橋梁BIM應用研究。中鐵二院以北盤江特大橋和新白沙沱長江大橋為基礎，開展了橋梁專業的BIM應用研究工作。在北盤江特大橋項目中，主要開展了參數化建模、二維工程圖、碰撞檢查、工程量統計、三維協同設計、設計庫管理、施工仿真和運維管理研究工作。在新白沙沱長江大橋項目中，開展了參數化建模、鋼梁制作一體化技術和結構數字化預拼裝等研究工作。中鐵二院完成了全橋的BIM建模工作，并與中鐵山橋廠開展了基于BIM技術的鋼梁制造一體化技術研究，摸索了BIM模型數據直接進數控機床，指導鋼梁制作的技術路線。施工單位大橋局與清華大學合作，在本項目基礎上開展基于BIM的4D施工動態管理研究。

（4）路基BIM應用研究。中鐵二院以西成客專江油北站路基為基礎，基于Civil3D軟件平臺完成了路基三維模型的建立工作；同時以Open Inventor開發包為基礎，完成了路基樁、鎖口護壁、托梁、擋土板等結構的建模軟件。中鐵二院與中鐵二局、中鐵天寶合作，以西成客專江油北站路基三維模型為基礎，開展了連續壓實等數字化施工試驗，完成了三維設計數據與施工設備接口、數字化施工反饋數據與BIM模型的關聯、現場連續壓實試驗、數字化施工工藝研究等工作，解決了BIM設計與施工銜接中的關鍵技術，取得了階段成果。

（5）測繪BIM應用研究。啟動BIM與GIS技術相融合研究，在三維GIS平臺上，提供精細的三維工程場景，供BIM三維設計成果的集成和展示。同時基于三維GIS技術，開發了集三維場景的發布與展示、施工現場視頻接入和演示、壓實施工步驟模擬、視頻循環播放等功能的路基BIM應用三維GIS平臺，該平臺已在西成客專江油北站得以成功應用。

（6）地質BIM應用研究。基于達索平臺開展三維地質模型的建立工作。建模過程主要根據地質調繪資料及已有的縱橫斷面來構建地層面，用建立好的地層面經過布爾運算剖切體得到地質體。先后完成了成貴線千斤磅隧道、寶蘭線石鼓山隧道的三維地質建模工作。

（7）站房BIM應用研究。選擇蘭州西新客站開展了BIM施工應用研究，主要內容包括：完成車站站房、站臺、屋頂鋼結構BIM模型的建立，可直接用于出深化藍圖、工程量統計和施工模擬等，利用BIM模型開展綜合布線碰撞檢測，避免了錯漏碰缺。同時與蘭州鐵路局共同開展了如何在運營維護方面充分利用BIM模型的研究工作。中鐵二院選擇海西線東方站開展BIM設計研究，探索了基于BIM 技術的鐵路站房三維建模標準和施工圖交付標準，并配合編寫鐵路工程信息模型應用統一標準和基于施工圖的站房工程交付標準。

（8）四電集成BIM應用研究。中鐵一院四電集成各專業經過前期構件開發、工程模型創建等過程的研究及應用，已將方向轉向分析、仿真等方面，在BIM應用平臺進行隧道四電設備協同布設、區間信號機布設仿真、信號設備導通模擬等工作。

綜上所述，鐵路行業的各大設計院、施工單位已在各個方面開展了形式多樣的BIM應用研究工作，并在多個專業取得了重大突破。

3 鐵路行業BIM研發和應用的重點和難點

鐵路行業的BIM應用尚處于起步階段。與建筑業相比，鐵路行業具有專業眾多、施工工序繁雜等特點，BIM應用和推廣的難度更大。國際上也缺乏鐵路行業BIM標準。同時，鐵路BIM輔助設計軟件支撐不到位，雖然國內外出現了多個BIM設計軟件，如國外的歐特克、達索、奔特力，國內的廣聯達、理正、魯班等，但這些軟件的模型底層編碼及數據存貯格式都是按照建筑物的相關規范進行編寫的，均不完全符合中國鐵路行業的規范要求，需要投入更多的力量開展研發和試點應用工作。

根據目前開展的BIM應用研究來看，鐵路行業BIM下一步工作的重點和難點主要有以下五個方面：

第一，鐵路BIM標準的制定。中國鐵路BIM標準框架及相關標準的研究及制定工作應與國際標準和國家標準（指導意見）接軌，根據Ominiclass、IFC規范，參考建筑行業BIM標準，結合鐵路行業的特點，借助中國鐵路BIM聯盟，組織設計、施工單位開展中國鐵路BIM標準框架及相關標準的研究及制定工作，實現各階段協同工作，信息有效傳遞。

第二，鐵路BIM設計軟件研發或二次開發。目前BIM設計軟件廠家眾多，各單位應用不統一，數據交互困難，需要根據各廠家設計軟件在鐵路工程建設領域的適用情況進行比選，也要組織廠家針對行業特點對設計軟件進行研發優化，逐步適應鐵路工程建設領域的實際需求。可以聯合軟件廠商與設計單位，針對鐵路BIM應用特點，共同成立研發中心，研究專業編碼、存儲方式、傳輸、識別、讀取、展示等功能的實現方式，通過針對鐵路行業特點的二次開發，滿足設計需要的同時，為建設施工和運營維護時數據有效傳遞打下基礎，真正實現全壽命周期的數字化管理。

第三，建立基于IFC的數據集成管理平臺。建立面向建設項目全生命周期工程信息管理的統一的數據平臺，可基于BIM 工程數據庫進行信息存儲、管理和高效的訪問，并基于信息模型技術實現建設過程中BIM數據積累、管理和共享，提供BIM數據存儲、維護、管理以及三維幾何模型和材料、進度等工程信息的瀏覽與查詢。

第四，深入開展BIM應用試點。由于BIM是一種新的理念，所帶來的影響不只是集中于技術層面，利用試點項目積累經驗并起到示范作用，通過試點培訓建設、設計、施工和運營單位BIM研發和管理技術人才，系統總結試點項目經驗教訓，為在更大的范圍內應用BIM技術提供技術、管理和人才支撐。

第五，完善制度保障和政策引導。為了促進鐵路行業BIM技術的順利發展，需要結合國外的經驗和鐵路行業的特點，盡快制定BIM技術應用的相關規范及合同范本，并對現行的鐵路建設法規、規范及合同范本等進行補充和完善，以有效地引導建筑信息模型的開發和應用工作。同時應根據BIM推進工作的需要，制定相關支持政策和獎勵措施，盡可能地為各單位提供支持和幫助。

4 結束語

在總公司的統籌部署下，通過不斷完善工作機制，創新工作方法，切實加強統籌協調，充分發揮中國鐵路BIM聯盟的力量，最大限度整合產、學、研、用各方優質資源，形成工作合力，抓住鐵路加快發展的難得歷史機遇，一定能迅速形成中國鐵路BIM技術體系并應用于工程實踐，促進鐵路建設水平再上新臺階。

責任編輯 王小紅

2014年6月22日，目前在建世界上公鐵兩用最大跨度斜拉橋——主跨1092m的滬通鐵路長江大橋28#主墩鋼沉井順利浮運到橋位。該沉井總高度105m，長86.9m，寬58.7m，是滬通鐵路長江大橋控制性工程。

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1672-061X（2014）02-0008-04