我國鐵路行業BIM實施路徑的思考

■ 沈東升 王萬齊

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我國鐵路行業BIM實施路徑的思考

■ 沈東升 王萬齊

BIM技術在鐵路行業具有潛在和深遠的價值，已經得到各方共識。論述我國鐵路推進BIM技術的價值，闡釋其實施路徑的選擇思路。通過按照路徑推進以來，在BIM標準體系和平臺建設、人才培養等方面取得的現狀成果，證明該實施路徑的可行性。

鐵路；BIM；實施路徑；標準體系；平臺建設；人才培養；試點

0 引言

工程建設項目是一個復雜的系統工程，專業眾多，項目生命周期包括從勘察、設計、施工到運營維護等階段，時間跨度長達幾十年甚至上百年。BIM是基于CAD技術發展起來的多維模型信息集成技術，是對建筑工程物理特性和功能特征信息的數字化承載和可視化表達。

BIM應用可為工程項目產業鏈貫通、工業化建造、精細化和標準化管理提供技術保障。在項目不同階段建立和維護BIM模型，使用BIM平臺匯總各項目參與方的工程信息，消除項目中的信息孤島，并將得到的信息結合三維模型進行整理和儲存，以備項目全過程中項目各參與方隨時共享，從根本上解決項目規劃、設計、施工以及維護管理等各階段應用系統之間的信息斷層，實現工程項目的全生命周期管理。工程建設項目設計技術發展歷程見圖1。

圖1 工程建設項目設計技術發展歷程

1 國內外BIM主流實施模式

BIM從美國的建筑業發展起來，逐漸擴展到歐洲、日韓等發達國家。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，BIM被認為是建筑領域的又一次技術變革，已經成為研究熱點。由于工程參與各方對BIM實施應用的成熟度不同，可選擇不同的BIM實施模式，主要有以下幾種：

（1）施工主導模式。以施工單位開展基于BIM的施工為主，通過模擬施工等技術實現在施工前對施工整個過程進行模擬，分析不同資源配置對工期的影響，綜合成本、工期、材料等得出最優的建筑施工方案，從而減少因建筑過程中的錯誤造成的成本浪費。

（2）設計主導模式。以設計單位開展基于全項目全專業BIM設計，并進行BIM交付為主，從設計源頭建立全項目BIM模型，通過方案設計、初步設計、施工圖設計等不同階段的BIM模型，實現多方案比選、參數化建模、二維出圖、精確算量等功能，最終達到精細化設計、施工的目標。

（3）咨詢協助服務模式。通過引入咨詢協助服務商，為項目提供全過程的BIM設計、施工、運營管理服務，如實現設計精細化建模，解決施工過程中的差錯漏碰等問題，減少其造成的成本浪費。

（4）業主主導或資產管理模式。通過業主主導使用BIM技術，實現勘察設計、建設管理階段的信息共享數據流，同時也為后期提交運營維護單位進行資產管理奠定了重要基礎。

綜合分析以上情況，我國鐵路選擇采用業主主導即資產管理模式，目的是要實現從可研立項到運營維護的全面管理，達到全生命周期管理的目的。

2 國內外BIM應用現狀

美國的BIM研究與應用走在世界前列，其工程建設行業采用BIM的比例從2007年的28%增長至2013年的70%以上（見圖2），美國建筑業300強企業中80%以上都應用了BIM技術。英國政府計劃到2016年，全面在項目的設計、施工和運營階段應用BIM技術進行項目和資產管理。澳大利亞制訂了“國家BIM藍圖”（National BIM Blueprint）。韓國計劃2016年實現全部公共設施項目使用BIM技術。新加坡計劃到2015年建筑工程BIM應用率達到80%。

圖2 美國工程建設行業BIM使用率

調研認為，通過BIM的精細化信息模型，有利于在鐵路勘察、設計、施工、運營的全生命周期，實現信息共享和無損傳遞，從而提高鐵路工程建設的質量和效率，大幅節約項目成本，提升科學決策和管理水平，給鐵路行業帶來巨大應用價值。BIM在建設項目全生命周期中的應用見圖3。

圖3 BIM在建設項目全生命周期中的應用

但鐵路行業應用BIM技術在以下3方面仍有巨大困難：

（1）標準方面。國內外BIM標準研究未涵蓋鐵路行業。現有的國內外BIM標準（IFC、IFD、Omni Class等）基本上都屬于建筑行業，包括的主要專業領域有：建筑、結構、暖通、電氣、設備、建筑施工管理、物業管理，不能涵蓋鐵路行業獨有的專業領域，如：地理信息、工程地質、線路、軌道、路基、橋梁、隧道、站場、信號、機務、車輛、電氣化等。以上這些鐵路行業獨有專業領域在標準編制過程中都需要重新定義。

雖然鐵路BIM標準體系可以借鑒現行的國際標準進行研究，但擴充的難度和工作量巨大。IFC、IFD、Omni Class等基礎標準每個都是一個專業的研究領域，需要專業人員去研究應用、擴展等技術問題。同時，建筑工程是點狀工程，鐵路工程是線狀工程，具有自身的特殊性，主要表現在：與地形結合緊密，區域范圍廣。因此要求鐵路BIM標準還要涵蓋GIS領域，而BIM與GIS的結合是一項技術難題。

（2）軟件方面。沒有成熟的鐵路BIM軟件產品。雖然國內外出現了多個BIM平臺，但這些軟件均不完全符合鐵路行業的規范要求，需要投入更多的力量開展研發工作。軟件的架構體系缺乏線性工程設計元素，數據體量難以支撐線性工程應用，大多僅僅適應于點狀工程，難以開展線性設計。軟件套件內部自身標準不統一，數據交換困難，給用戶使用帶來了很大障礙。

鐵路行業專業眾多、施工工序繁雜。鐵路BIM應用的難度遠大于建筑單點工程，特別是與地質地形的結合，在目前的BIM軟件中從未涉及。

（3）應用方面。國內外BIM軟件不支持鐵路產品。鐵路行業產品、半成品、構件、零件沒有現成的軟件構件庫，如采用現有建筑領域BIM構件庫將無法在未來的信息交互、工程量計算等領域應用，因此打造鐵路行業標準化的BIM構件庫的工作難度極大。鐵路工程構件庫見圖4。

圖4 鐵路工程構件庫

3 我國鐵路BIM實施路徑選擇

中國鐵路總公司（簡稱總公司）高度重視BIM技術研究應用工作，在系統總結國內國際BIM技術研究和應用的經驗基礎上，經過反復研究和論證，確定了實施路徑，順序如下：

（1）標準先行，引領實施。BIM標準是BIM應用的基礎，應結合鐵路行業特點，率先建立鐵路BIM標準體系。同步開展各專業BIM技術科研攻關，突破鐵路BIM技術應用關鍵技術，從而在更高的層次引領、統領實施工作。

（2）試點驗證，完善標準。依托BIM試點項目，驗證性應用了正在編制過程的鐵路BIM標準，并對標準進行不斷完善，標準制定與研究應用同步開展，先期開展設計協同。

在京沈客專遼寧段、滬通長江大橋、哈佳客專等17個項目推進了BIM試點工作，主要開展協同設計探索，深化施工過程中BIM應用場景。通過試點，鼓勵和引導應用BIM技術，及時總結試點經驗，形成示范效應，為大范圍推進BIM應用提供支撐。

在總公司的統一部署下，BIM技術研究和應用工作正在快速向前推進。設計單位已經逐步向三維協同設計邁進，施工單位正在探索四維應用場景，在客站、四電方面正在進行運維應用探索。

（3）組織構件庫開發，培養技術人才。通過試點項目，堅持以建設單位為主體，以建設項目為依托，以設計協同為主線，標準編制為基礎，建設過程應用探索為延伸，人才培養為目的。經過一段時間努力，建立健全鐵路全專業鐵路BIM構件資源庫，建立基于BIM技術的鐵路工程管理平臺，通過構件和平臺的推進，培養一批管理、應用和技術人才，為實現建設項目全生命周期管理信息化奠定基礎。

（4）基于鐵路IFC標準建立基于Web的可交互輕量化BIM模型瀏覽引擎。依托鐵路工程信息模型數據存儲標準的發布，搭建BIM工作平臺，解決不同軟件產品模型的統一管理、互相識別、互相轉化的圖形顯示問題。打造支持瀏覽BIM幾何模型、查看模型信息、漫游、剖切顯示、構件分組拾取顯示、反向拾取和隱藏等多種功能，采用輕量化、流式加載、硬件加速等先進技術，可以支持較大規模、較高精細程度構件顯示渲染，并保證專有數據安全的網絡訪問BIM引擎。

（5）建立統一BIM應用建設管理平臺。總公司組織聯盟單位，積極開展全生命周期信息平臺研究，以平臺統籌BIM技術與應用，提供最佳用戶體驗。以需求為導向，實現BIM模型與應用緊密相連，達到提高效率和效益的目的；以人人互聯、人物互聯為入口，實現模型數據在全生命周期應用中的傳遞、更新和共享；以流程優化為起點，通過信息平臺優化固化工作行為，確保數據真實、管理科學。當前，勘察設計信息平臺已經起步，建設管理信息平臺正在全路推廣。

（6）開展向運維交付工作。依托編碼體系和BIM標準，由統一的BIM工程建設信息化平臺負責，在項目竣工驗收時，按運維單位需求，將集成了勘察設計、建設管理信息的BIM信息推送到運維單位，從而最終達到信息無損傳遞和全生命周期管理的目標。

4 我國鐵路BIM工作推進情況

總公司自2013年啟動BIM技術研究應用工作以來，依托路內外各建設、設計、施工、科研單位，通力合作、大膽創新，充分利用BIM、云計算、大數據等現代信息技術，推動鐵路BIM標準編制和BIM技術研究應用工作向前邁進了一大步，有些方面取得了新的突破和階段成果。

4.1 組織推進方式

2013年12月，總公司工程管理中心聯合7家理事單位共同發起成立了鐵路BIM聯盟。聯盟作為鐵路行業首個BIM技術研究自律性組織，以推進我國鐵路BIM技術進步為己任，旨在搭建一個集BIM技術總體規劃與政策建議、標準制訂、應用技術研究、研討培訓、技術服務與咨詢、國際交流與合作等業務的公共服務平臺，目前擁有會員單位40家。

聯盟集中了國內鐵路行業頂尖的科研、勘察、設計、建管、施工、運維、制造企業和相關重點大學，具有全方位的產、學、研、用能力和全產業鏈技術集成創新優勢。依托成員單位，聯盟擁有高速鐵路系統試驗國家工程實驗室等11個國家級實驗室、14個博士后工作站、8個企業級BIM研究基地、2個國家級BIM資質培訓中心。鐵路BIM聯盟是國際BIM聯盟buildingSMART的常務理事單位。

4.2 標準編制

BIM技術在軌道交通領域的應用，國際上也沒有現成的標準，主流軟件也沒有成套功能，只有從底層標準抓起，才能逐步向標準化推進。

依托鐵路BIM聯盟各方優質資源，建立了中國鐵路BIM標準體系框架。中國鐵路BIM標準體系包括技術標準和實施標準兩大部分，其中技術標準是基礎性的標準，是制定實施標準和進行BIM深度應用的基礎，用于指導和規范鐵路BIM軟件開發；技術標準分為信息語義標準、數據存儲標準、信息傳遞、協同管理標準。我國鐵路BIM標準體系及其與相關BIM標準體系關系見圖5。

圖5 中國鐵路BIM標準體系及其與相關BIM標準體系關系

2013年聯盟成立以來，陸續編制并發布了《鐵路工程實體結構分解指南》［1］和《鐵路工程信息模型分類與編碼標準》［2］2個基礎標準。《鐵路工程信息模型數據存儲標準》［3］也已經完成了站前專業的初步審查，形成了標準正式稿。這3個標準的初步完成，使鐵路BIM模型在語義、數據存儲上達到了統一。《鐵路BIM模型交付標準》編制工作也已經啟動，該標準將為全路17項BIM試點工程提供成果交付依據。

在鐵路BIM標準編制過程中，鐵路BIM聯盟與國際BIM標準組織buildingSMART、國際開放地理空間聯盟OGC組織進行了密切的溝通和交流。2015年10月16日，新加坡組織召開的國際BIM聯盟峰會上，鐵路BIM聯盟做了題為“中國鐵路BIM標準與應用”的報告，得到國際BIM聯盟的認可，確定由鐵路BIM聯盟承擔國際鐵路行業BIM標準的編制工作，標志著我國鐵路BIM標準正式邁出了國際化的步伐。

4.3 平臺建設

積極開展全生命周期信息平臺研究，當前，勘察設計信息平臺已經起步，建設管理信息平臺正在全路推廣。

（1）平臺建設總體規劃。以鐵路工程設計、建設、運營全生命周期管理為目標，以BIM技術為核心、云計算為平臺架構、感知技術為基礎、移動互聯為傳輸結構、建設項目為載體，建立統一開放的工程信息化平臺和應用。工程信息化平臺結構見圖6。

（2）平臺內容。按照總體規劃，針對近年來鐵路建設項目管理需求，研發各類信息化應用模塊，目前已建立鐵路工程管理平臺，由1個門戶3個子平臺支撐4級管理應用。同時，正在依托聯盟啟動軟件協調和談判，推進BIM二次開發，進一步探索BIM實施應用，已經得到了國內外主要軟件廠商的認同。

圖6 工程信息化平臺結構

5 結束語

當前，推進BIM在鐵路工程全過程研究應用仍然任重道遠。但鐵路行業具有集體優勢，走以業主為主導的BIM推進模式，發揮主導作用，進一步加大技術研發，重視人才培養，不斷推動鐵路創新發展，我國鐵路必將迎來以BIM技術為核心的鐵路工程建設信息化新局面。

［1］ 鐵路BIM聯盟. 鐵路工程實體結構分解指南：1.0版［J］.鐵路技術創新，2014（6）：5-334.

［2］ 鐵路BIM聯盟. 鐵路工程信息模型分類與編碼標準：1.0版［J］. 鐵路技術創新，2015（1）：8-111.

［3］ 鐵路BIM聯盟. 鐵路工程信息模型數據存儲標準：1.0版［J］. 鐵路技術創新，2016（1）：18-177. ?

沈東升：中國鐵路總公司工程管理中心，副總工程師，教授級高級工程師，北京，100038
王萬齊：中國鐵路總公司工程管理中心，高級工程師，北京，100038

責任編輯 盧敏

U21；TP391

A

1672-061X（2016）03-0008-05