BIM技術在高速鐵路客運服務信息系統工程中的應用

肖彥峰，王萬齊，王輝麟

（1.北京經緯信息技術有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

近些年，建筑信息化模型（BIM，Building Information Modeling）技術發展勢頭迅猛，應用越來越普及。傳統設計施工和管理方式不能很好地解決高速鐵路客運服務信息系統工程（簡稱：客服工程）的設計復雜、施工工期緊張、內外部接口繁多、設備種類多、數量大、設計施工管理難度大等問題，直接影響到該系統的工程效率以及后續運維的可靠性和穩定性。而BIM技術的深入應用可以彌補工程中的不足，因此，在高速鐵路客服工程中BIM技術的應用具有研究價值和創新意義。

1 BIM技術簡介及需求分析

BIM是一個完備的信息模型，能夠將工程項目在全生命周期中各個階段的工程信息、過程和資源集成在一個模型中，方便被工程各參與方使用。通過三維數字技術模擬建筑物的真實信息，為工程設計和施工提供相互協調、內部一致的信息模型，使該模型達到設計施工一體化，各專業協同工作，從而降低工程生產成本，保障工程按時按質完成。

BIM是一種先進的信息技術和管理手段[1]，可以將各種信息數據貫穿工程的整個生命周期，實現對項目的規劃設計、建造及運營維護全生命周期的綜合集成管理。打破信息斷層，有效控制工程信息的采集、傳遞、交流和整合，利用數據分析與挖掘技術，為鐵路工程各專業的基礎研究、產品研發和規范修訂提供數據基礎和技術支撐，實現以BIM為手段實施服務的最終目標[2]。

BIM技術在標準化的基礎上，能夠適應不同項目階段、不同項目參與方的鐵路工程建設協同應用，能夠顯著提升復雜問題的處理能力。BIM技術更能夠支撐虛擬仿真、虛擬建造、集成制造，有效提升管理水平和工作效率。

BIM是業主主導下，項目參建各方共享、共同受益的技術體系。通過BIM的精細化信息模型及應用研發平臺，可在鐵路勘察、設計、施工、運營的全生命周期過程中實現信息共享和無損傳遞，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。據相關的權威研究報告分析，BIM技術的應用可以使建設項目總體周期縮短5%，其中溝通交流時間減少30%～60%，信息搜索時間節省50%，成本至少減少5%，可減少設計變更40%[3]。

從全球看，部分BIM發展較好的國家，從現代BIM技術的起源地美國，到歐洲、韓國、新加坡等國家政府或行業協會都在政策上進行了大力推動。2006年，美國陸軍工程兵團（USACE）發布了為期15年的BIM發展路線規劃，承諾未來所有軍事建筑項目部都將使用BIM技術。美國建筑科學研究院（BSA）下屬的美國國家BIM標準項目委員會專門負責美國國家BIM標準的研究與制定，目前，BIM標準已發布第3版。美國總務署3D-4D-BIM計劃推行至今，超過80%建筑項目已經開始應用BIM。

2011年住建部發布《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》，第一次將BIM納入信息化標準建設內容，2013年推出《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，2016年發布《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》，BIM成為“十三五”建筑業重點推廣的五大信息技術之一；2017年，國家和地方加大BIM政策與標準落地，《建筑業十項新技術2017》將BIM列為信息技術之首[4]。

中國鐵路總公司于2013年組建成立中國鐵路BIM聯盟，大力推進BIM技術在鐵路工程全生命周期中的研究和應用。BIM技術作為工程建設標準化管理的核心技術引入鐵路建設領域以來，鐵路BIM聯盟各理事單位始終遵循“以鐵路BIM標準研究為引導，以BIM試點項目為依托，以協同設計交付和族庫管理為抓手”的思想方法與行動指南，密切協作、大膽創新、合力而為，扎實推進鐵路BIM標準體系框架的建設和驗證工作。鐵路BIM聯盟自成立以來，已經發布了11個鐵路BIM標準，如表1所示。

表1 鐵路BIM標準匯總

2 BIM技術在客服工程中的應用

客服工程是鐵路客運服務信息系統的建造環節，鐵路客運服務信息系統主要功能為引導旅客購票、候車、檢票、上車、出站、接站等。在方便旅客鐵路出行，增強鐵路客運客流組織能力，提高鐵路客運工作效率，提升車站作業水平等方面發揮著重要作用，其主要構成如圖1所示。

圖1 鐵路客運服務信息系統

客服工程主要包括設計和施工管理兩大階段。該系統工程有設計復雜、施工難度大、工期緊、內外部接口復雜、設備種類多、數量大、與站房專業工程及后續的運營階段貼合緊密等工程難點。隨著BIM技術在鐵路客服工程中的應用，提高了工程質量和施工工藝，減少人工、材料等損失，實現了綠色、科學、高效的智能建造管理目標，給鐵路客服工程建造帶來了便利和經濟效益。

本文主要研究BIM技術在京沈客運專線遼寧段阜新站客服工程中的應用。BIM技術深入了客服工程項目管理的整個過程，為今后BIM技術在鐵路客服工程中的進一步深入應用起到參考示范和引導的作用，為鐵路客運服務信息系統利用BIM技術實現全生命周期管理打下堅實基礎。

3 阜新站客服工程BIM技術應用實踐

京沈客運專線是我國鐵路《中長期鐵路網規劃》中四縱四橫客運專線主骨架的重要組成部分。在高鐵線路阜新站客服工程建設中，由中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所BIM事業部組建研發團隊在該工程中進行了BIM技術的試點應用實踐。

3.1 BIM技術應用點

3.1.1 BIM建模及應用平臺

（1）利用建模軟件Revit創建阜新站車站主體結構、客服工程線纜、終端設備和信息機房的三維模型。

（2）將Revit三維模型導入NavisWorks軟件，對客服工程管線進行碰撞檢查，并生成碰撞檢查報告。

（3）將Revit三維模型導入Fuzor軟件，對車站及客服工程BIM模型渲染，實現仿真場景漫游，檢查客服系統終端設備在車站中的設計安裝布局合理性。

（4）將Revit三維模型導入Fuzor軟件，模擬重點部位監控攝像機的監控效果，以便進行施工優化。

（5）BIM模型可在電腦端、移動客戶端直接查看模型，并對局部重難點施工質量和工藝進行比對檢查。也可以對管線施工難點，剖切模型，生成管線剖面圖，進行比對檢查驗收。還可以實現場景漫游與三維效果展示功能。

3.1.2 三維模型展示

BIM技術最直觀的應用就是通過三維模型直接表現工程對象的幾何和非幾何信息。鐵路客服工程的結構復雜，通過三維設計，將專業、抽象的二維圖紙變得直觀化，整個過程可視化仿真，所見即所得，對實際工程中的設計粗略、設計缺陷、專業交叉、進度交叉、信息離散等問題進行很好的預判和解決，從而起到規范、科學、高效和精細化的輔助指導作用[5]。

BIM技術可以突破設計和施工的思維壁壘，得出更加優良可行的設計及施工方案，通過參數設置，實現精細化管理，便于修改，各個視圖基于同一模型生成，可隨著參數的變化，實時更新模型，實體模型的精度可以根據工程不斷深化的需要[6]，逐步由LOD 100精確到LOD 400級別[7]，真實呈現設備設施的幾何屬性和不斷完善附著非幾何屬性信息，為方案的優化提供更有利的數據和信息。圖2為利用Revit建模軟件完成的阜新站建筑結構以及客服工程BIM模型。

圖2 阜新站BIM模型

3.1.3 各專業協同工作

BIM技術可以取代以往傳統的二維設計，能夠實現站房工程、客服工程的設計、施工一體化協同工作。BIM技術在三維搭建的過程中，更注重構件和參數的設置，各個專業都可以在此模型上進行信息的錄入和提取，從而減少錯誤率和離散率，節省溝通時間、減少信息壁壘、降低信息誤差和提高工程管理效率。

3.1.4 管線碰撞檢查

在京沈客運專線遼寧段阜新站客服工程中，管線眾多，布置復雜，由于細分專業分組設計的局限性，管線之間很容易交叉和碰撞。傳統的二維設計很難滿足三維空間復雜的管線表現問題，也難以做到深入的布局和設計，從而會造成一部分的返工和材料管線的浪費。通過BIM技術的應用，在虛擬的空間三維模型中，能夠直觀地發現管線之前的空間關系和碰撞等不合理情況，從而提醒設計、施工人員提前預判，及時更正重新布置管線。通過空間模型的展示，優化管線布置，節約管線材料成本，優化和美化工程空間。

在BIM模型基礎上，利用Navisworks軟件對阜新站客服工程進行管線的三維仿真，并進行碰撞檢測，生成碰撞檢測分析報告，導出碰撞檢測指導優化施工的過程，如圖3～圖5所示。

圖3 阜新站客服工程終端設備及管線整體BIM模型

圖4 阜新站客服工程管線碰撞檢測

3.1.5 虛擬仿真

圖5 阜新站客服工程管線碰撞檢測報告

阜新站客服工程BIM技術的應用，主要實現了以下主要功能：（1）綜合顯示屏、售檢票設備安裝位置BIM虛擬仿真；（2）視頻監控攝像機視角、定焦的BIM虛擬仿真；（3）客服工程信息機房內所有設備的BIM虛擬仿真。

在客服工程中視頻監控子系統的建造過程中，利用BIM技術對車站內攝像機對監控點位安裝位置、監控覆蓋范圍進行模擬和優化，能夠避免以往工作中的反復調整，避免監控盲點，預判監控效果，避免工程返工。

在BIM模型基礎上，利用Fuzor軟件虛擬仿真阜新站站房、站臺、信息機房及客服系統設備。模擬攝像機安裝點位和監控范圍，創建模型漫游動畫，如圖6～圖9所示。

圖6 阜新站客服系統設備BIM虛擬仿真

圖7 阜新站站臺視頻監控攝像機BIM虛擬仿真

3.1.6 標準化

本文研究的項目采用中國鐵路BIM聯盟發布的IFC標準，在此基礎上，BIM能夠適應不同項目階段、不同項目參與方的鐵路工程建設協同應用，能夠顯著提升復雜問題的處理能力。運用BIM建模軟件，根據設計圖紙建成阜新站全站的建筑結構和客服工程BIM模型，實效仿真設備和管線布局，輔助深化設計和接口設計。

圖8 阜新站站廳視頻監控攝像機BIM虛擬仿真

圖9 阜新站客服工程信息機房BIM虛擬仿真

3.2 BIM技術應用前景

國內外工程建筑行業大力發展BIM技術，得到廣泛應用并取得了大量的經驗、成績。BIM技術的廣泛應用能夠提升鐵路工程建設技術水平和信息管理能力，是鐵路工程建設信息化的核心和方向[8]。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[9]。

我國高速鐵路正處于飛速發展階段，通過BIM技術及鐵路工程管理平臺信息化技術的應用，替代傳統的平面二維設計，不僅能提高業主、設計、施工、管線及設備廠家等之間的協同工作效率，實現工程數據的統一、可追溯性，而且可以為鐵路相關作業人員標準化施工提供更便捷的信息化支撐。因此，BIM技術的應用，為項目優化設計、施工和管理奠定了基礎。

4 結束語

本文研究了BIM技術在高速鐵路客服工程中的實現方法、應用場景、可行性及創新和實用價值。BIM技術在京沈客運專線阜新站客服工程中的應用，提高了工程質量和效率，也讓工程建造更加智能。建立基于BIM技術的鐵路工程建設全生命周期管理的理論體系已成為提高鐵路建設管理信息化水平的重要研究方向和發展趨勢[10]。