BIM技術(shù)在西韓城際鐵路等三條陜西城際項目中的應用研究

王 鵬

(軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043)

1 概述

BIM技術(shù)近年來發(fā)展迅速，已席卷全球的建筑行業(yè)[1]。建筑行業(yè)也已經(jīng)有較為成功的應用案例和成熟的軟件[2-4]。在鐵路工程中進行BIM技術(shù)應用和研究尚屬于起步階段，項目多以單專業(yè)或局部小段落為應用案例進行試點性探索[5-10]。但近些年來中國鐵路BIM聯(lián)盟陸續(xù)頒布了一系列的鐵路BIM應用標準，鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應用取得了很大的進步[11]。在鐵路聯(lián)盟的推動下，設計、施工及高校等機構(gòu)對鐵路BIM標準、鐵路工程BIM技術(shù)應用等方面進行了深入的研究、實踐及驗證[12-17]。

研究選取西韓、閻機、西法3條陜西城際鐵路作為BIM技術(shù)應用的工程案例。此3條城際鐵路是關(guān)中城際網(wǎng)的重要組成部分，也是陜西省“十三五”規(guī)劃的重點項目。本次研究范圍總長度120 km，包含115個工點，涉及鐵路行業(yè)22個專業(yè)，實現(xiàn)了鐵路站前、站后全專業(yè)的BIM技術(shù)應用。

2 項目實施所面臨的難題

與建筑工程相比，鐵路工程有其自身的特點：首先，鐵路工程專業(yè)多。一個鐵路工程項目的設計通常需要二十多個專業(yè)共同參與完成[18]。 其次，鐵路工程屬于狹長帶狀工程，線路長，工點多，長大鐵路干線工程線路長度可達上千公里。第三，鐵路工程與地形、地質(zhì)結(jié)合緊密。鐵路行業(yè)BIM涵蓋GIS的內(nèi)容[19]。所以，鐵路工程BIM技術(shù)的實施無法完全借鑒建筑行業(yè)的經(jīng)驗。陜西省3條城際鐵路BIM技術(shù)應用面臨以下3個難題。

2.1 如何高效率構(gòu)建各專業(yè)信息模型

本次陜西省3條城際鐵路BIM技術(shù)應用研究范圍總長度120 km，包含115個工點，各工點內(nèi)又涵蓋鐵路多個專業(yè)，信息模型構(gòu)建工作量巨大。并且市場上的原生BIM設計軟件不適合鐵路工程，使用原生軟件構(gòu)建鐵路BIM模型效率極其低下。如何高效率的構(gòu)建各專業(yè)信息模型是本次研究需要解決的首要難題。

2.2 如何統(tǒng)一各專業(yè)模型標準

本次陜西省3條城際鐵路BIM技術(shù)應用研究涉及鐵路行業(yè)22個專業(yè)，幾乎涵蓋了鐵路站前、站后所有專業(yè)。各個專業(yè)在進行設計時所采用的軟件不同，同時在設計過程中又必須進行信息的交換。為了保證合適的人在合適的時候獲取到合適的信息[20]，為了各專業(yè)的模型在工點內(nèi)部能夠裝配到一起，各個工點的模型又能夠總裝成一個統(tǒng)一完整的鐵路工程，就需要統(tǒng)一各專業(yè)的模型標準。所以如何統(tǒng)一各專業(yè)的模型標準是本次研究需要解決的第二個難題。

2.3 海量模型數(shù)據(jù)如何交付

本次BIM技術(shù)應用研究的信息模型數(shù)據(jù)成果數(shù)據(jù)量龐大。這些數(shù)據(jù)在設計階段均是利用眾多不同的專業(yè)設計軟件完成的。而項目建設單位(設計成果的交付對象)及施工單位(設計成果的直接使用者)往往沒有也沒必要安裝所有的專業(yè)設計軟件，他們只需要能夠方便地提取與利用這些數(shù)據(jù)。并且按照建設單位要求，本次BIM技術(shù)應用的成果不能分工點進行交付，需要分項目進行整體交付。所以如何向建設單位進行成果交付，并保證設計信息向施工單位無損傳遞是本次研究需要解決的第三個難題。

3 研究成果及創(chuàng)新

針對上述3個難題，分別從專業(yè)輔助設計軟件的研發(fā)、標準的制定與應用、綜合管理平臺研發(fā)3個層面進行了重點研究。

3.1 專業(yè)輔助設計軟件的研發(fā)

針對市場原生設計平臺無法適用于鐵路各專業(yè)的難題，本次各專業(yè)均進行了鐵路BIM輔助設計軟件的研發(fā)。目前的研究成果見表1。

各專業(yè)輔助設計軟件的研發(fā)大大提高了鐵路三維信息模型的構(gòu)建效率。本項目橋隧占比達70%，以橋隧工點為例進行說明：使用市場原生設計平臺手動創(chuàng)建1座5 km常規(guī)橋梁模型需要25 d，使用橋?qū)I(yè)輔助設計系統(tǒng)只需5 d時間，效率可提高80%。手動創(chuàng)建1座5 km隧道模型需要7 d，利用鐵路隧道BIM模型設計系統(tǒng)只需要2 d，效率可提高70%。

3.2 標準的制定與應用3.2.1 項目標準的制定

參考鐵路聯(lián)盟及建筑行業(yè)相關(guān)標準，研究編制了陜西城際鐵路項目BIM設計應用指南和陜西城際鐵路BIM設計成果交付標準。

設計應用指南從總則、術(shù)語、基本規(guī)定、設計資源、設計行為和設計協(xié)同等章節(jié)對陜西城際鐵路BIM設計實施過程進行管控，并對各專業(yè)數(shù)據(jù)接口、各專業(yè)設計單元結(jié)構(gòu)樹及各專業(yè)的協(xié)同設計流程進行了明確的規(guī)定。

交付標準從總則、術(shù)語和符號、基本規(guī)定、命名規(guī)則、信息模型交付說明、交付內(nèi)容、建模精度、成果交付格式等方面對項目的交付成果進行了統(tǒng)一規(guī)劃。并對各專業(yè)的設計單元拆分、設計單元精度進行了明確的規(guī)定。

3.2.2 鐵路聯(lián)盟標準的應用與完善

鐵路工程專業(yè)眾多，各專業(yè)設計對象又紛繁復雜。這些對象又需要在項目全生命周期的不同參與方之間進行流轉(zhuǎn)。為了保證信息流轉(zhuǎn)的準確性，就需要為這些對象進行標識。IFD就是給各個對象賦予一個唯一的標識來保證其在信息傳遞過程中的唯一性。本項目各專業(yè)對鐵路聯(lián)盟鐵路工程信息模型分類和編碼標準(IFD)[21]進行了應用。對其表51及表53進行驗證與測試，通過將標準與本項目的工點及各專業(yè)構(gòu)件進行一一對應與掛接，將標準與實際工程項目進行對比，各專業(yè)對鐵路工程信息模型分類和編碼標準(IFD)進行了擴充和完善。

表1 專業(yè)輔助設計軟件研發(fā)成果

因篇幅限制，本文僅列舉部分擴充完善的IFD標準：站場專業(yè)對站臺53-09 09 20進行擴充完善，增加貨運站臺53-09 09 20、客運站臺53-09 09 30，并對客貨運站臺按照站場設備特點進行了再次細分，如圖1所示。

路基專業(yè)對地基處理53-01 00 00進行了擴充，增加了壓實地基和夯實地基53-01 10 60、注漿洞穴加固53-01 10 70、預壓地基53-01 10 80。如圖2所示。

圖1 站場專業(yè)擴充完善IFD標準示例

圖2 路基專業(yè)擴充完善IFD標準示例

3.2.3 編制LID編碼構(gòu)建專業(yè)結(jié)構(gòu)樹

為便于各專業(yè)信息模型的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與組織，研究編制了LID編碼(Locational Identification for Dictionaries)——可定位的身份編碼詞典。該編碼可以采用數(shù)字編碼形式，也可以采用文字表述，用來構(gòu)建統(tǒng)一標準的各專業(yè)信息模型結(jié)構(gòu)樹。結(jié)構(gòu)樹將各專業(yè)信息模型按照樹形結(jié)構(gòu)進行管理，既可清楚地表述各構(gòu)件的邏輯關(guān)系，又能實現(xiàn)信息模型構(gòu)件在平臺中的快速查找定位。本次陜西省3條城際鐵路信息模型按文字形式表述，如橋梁-涇河特大橋-下部結(jié)構(gòu)-1號墩-承臺。利用LID編碼生成的專業(yè)結(jié)構(gòu)樹示例如圖3所示。

圖3 專業(yè)結(jié)構(gòu)樹示例

3.3 綜合管理平臺的研發(fā)

陜西省3條城際鐵路的三維信息模型成果不能分工點向建設單位交付，需要分項目進行整體性交付。因此成果交付必須要依托于一個可以整合各項目整體信息模型及GIS信息的平臺。

眾所周知，BIM價值的最大化實現(xiàn)需要依賴于不同項目成員和軟件之間的信息的自由流動，從而使每一個項目成員在他的專業(yè)工作需要的時候，都能夠從上游成員已經(jīng)收集的信息中及時得到他需要的具有質(zhì)量保證的信息，同時也能按照規(guī)則方便地更新信息[20]。因此，平臺還必須保證設計信息從設計階段向施工階段的無損流轉(zhuǎn)。

為此，本次BIM技術(shù)應用研究研發(fā)了專門的建造管理平臺，見圖4。

圖4 建造管理平臺

該平臺集云技術(shù)、GIS技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一體，不僅實現(xiàn)了設計信息模型的全面交付和設計信息向施工階段的無損流轉(zhuǎn)，而且集成了項目成果漫游、信息模型互操作、進度管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理、安全管理、物資管理等功能，為施工階段的BIM技術(shù)應用提供了基礎。

進度管理功能可依據(jù)項目樹進行施工計劃的安排，進行計劃時間和實際時間的對比，可直觀的展示計劃和實際的時間進度。進度管理功能界面見圖5。

質(zhì)量管理包括質(zhì)量巡檢、檢驗批管理及工序管理等功能，可做到對各檢驗批及分部分項工序的精細化管理及各個質(zhì)量問題的可見可控管理。質(zhì)量管理功能界面見圖6。

圖5 進度管理功能界面

圖6 質(zhì)量管理功能界面

技術(shù)管理包括施工組織設計、專項施工方案、施工技術(shù)交底等功能，可進行施工組織及施工方案設計的過程管理，記錄和管理各種技術(shù)文檔。技術(shù)管理功能界面見圖7。

圖7 技術(shù)管理功能界面

圖8 安全管理功能界面

安全管理包含安全巡檢記錄、專項安全施工方案和安全技術(shù)交底等功能，可實現(xiàn)對各標段各單位工程的安全問題進行統(tǒng)計和管理，對專項安全施工方案等資料進行管理，功能界面見圖8。

4 結(jié)語

本此研究對鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應用進行了較為全面的探索，自主開發(fā)的鐵路各專業(yè)輔助設計軟件可以大幅度提高設計的質(zhì)量和效率，能夠帶來明顯的技術(shù)效益和經(jīng)濟效益。對項目標準的編制、對鐵路聯(lián)盟標準的完善以及研發(fā)的建造管理平臺均有助于BIM 技術(shù)在鐵路工程中的推廣與應用，可為今后的鐵路工程BIM技術(shù)應用提供借鑒。