BIM技術(shù)在西韓城際鐵路等三條陜西城際項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

王 鵬

(軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，西安 710043)

1 概述

BIM技術(shù)近年來(lái)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(yīng)用案例和成熟的軟件[2-4]。在鐵路工程中進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用和研究尚屬于起步階段，項(xiàng)目多以單專業(yè)或局部小段落為應(yīng)用案例進(jìn)行試點(diǎn)性探索[5-10]。但近些年來(lái)中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟陸續(xù)頒布了一系列的鐵路BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用取得了很大的進(jìn)步[11]。在鐵路聯(lián)盟的推動(dòng)下，設(shè)計(jì)、施工及高校等機(jī)構(gòu)對(duì)鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)、鐵路工程BIM技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入的研究、實(shí)踐及驗(yàn)證[12-17]。

研究選取西韓、閻機(jī)、西法3條陜西城際鐵路作為BIM技術(shù)應(yīng)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(diǎn)項(xiàng)目。本次研究范圍總長(zhǎng)度120 km，包含115個(gè)工點(diǎn)，涉及鐵路行業(yè)22個(gè)專業(yè)，實(shí)現(xiàn)了鐵路站前、站后全專業(yè)的BIM技術(shù)應(yīng)用。

2 項(xiàng)目實(shí)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(diǎn)：首先，鐵路工程專業(yè)多。一個(gè)鐵路工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)通常需要二十多個(gè)專業(yè)共同參與完成[18]。 其次，鐵路工程屬于狹長(zhǎng)帶狀工程，線路長(zhǎng)，工點(diǎn)多，長(zhǎng)大鐵路干線工程線路長(zhǎng)度可達(dá)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(shí)施無(wú)法完全借鑒建筑行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)。陜西省3條城際鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用面臨以下3個(gè)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(yīng)用研究范圍總長(zhǎng)度120 km，包含115個(gè)工點(diǎn)，各工點(diǎn)內(nèi)又涵蓋鐵路多個(gè)專業(yè)，信息模型構(gòu)建工作量巨大。并且市場(chǎng)上的原生BIM設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)

本次陜西省3條城際鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用研究涉及鐵路行業(yè)22個(gè)專業(yè)，幾乎涵蓋了鐵路站前、站后所有專業(yè)。各個(gè)專業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所采用的軟件不同，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中又必須進(jìn)行信息的交換。為了保證合適的人在合適的時(shí)候獲取到合適的信息[20]，為了各專業(yè)的模型在工點(diǎn)內(nèi)部能夠裝配到一起，各個(gè)工點(diǎn)的模型又能夠總裝成一個(gè)統(tǒng)一完整的鐵路工程，就需要統(tǒng)一各專業(yè)的模型標(biāo)準(zhǔn)。所以如何統(tǒng)一各專業(yè)的模型標(biāo)準(zhǔn)是本次研究需要解決的第二個(gè)難題。

2.3 海量模型數(shù)據(jù)如何交付

本次BIM技術(shù)應(yīng)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(shè)計(jì)階段均是利用眾多不同的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件完成的。而項(xiàng)目建設(shè)單位(設(shè)計(jì)成果的交付對(duì)象)及施工單位(設(shè)計(jì)成果的直接使用者)往往沒(méi)有也沒(méi)必要安裝所有的專業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)單位要求，本次BIM技術(shù)應(yīng)用的成果不能分工點(diǎn)進(jìn)行交付，需要分項(xiàng)目進(jìn)行整體交付。所以如何向建設(shè)單位進(jìn)行成果交付，并保證設(shè)計(jì)信息向施工單位無(wú)損傳遞是本次研究需要解決的第三個(gè)難題。

3 研究成果及創(chuàng)新

針對(duì)上述3個(gè)難題，分別從專業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)的制定與應(yīng)用、綜合管理平臺(tái)研發(fā)3個(gè)層面進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

3.1 專業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)

針對(duì)市場(chǎng)原生設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)法適用于鐵路各專業(yè)的難題，本次各專業(yè)均進(jìn)行了鐵路BIM輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)。目前的研究成果見(jiàn)表1。

各專業(yè)輔助設(shè)計(jì)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(xiàng)目橋隧占比達(dá)70%，以橋隧工點(diǎn)為例進(jìn)行說(shuō)明：使用市場(chǎng)原生設(shè)計(jì)平臺(tái)手動(dòng)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(shè)計(jì)系統(tǒng)只需5 d時(shí)間，效率可提高80%。手動(dòng)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(shè)計(jì)系統(tǒng)只需要2 d，效率可提高70%。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)的制定與應(yīng)用3.2.1 項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)的制定

參考鐵路聯(lián)盟及建筑行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究編制了陜西城際鐵路項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用指南和陜西城際鐵路BIM設(shè)計(jì)成果交付標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)應(yīng)用指南從總則、術(shù)語(yǔ)、基本規(guī)定、設(shè)計(jì)資源、設(shè)計(jì)行為和設(shè)計(jì)協(xié)同等章節(jié)對(duì)陜西城際鐵路BIM設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行管控，并對(duì)各專業(yè)數(shù)據(jù)接口、各專業(yè)設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)樹(shù)及各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了明確的規(guī)定。

交付標(biāo)準(zhǔn)從總則、術(shù)語(yǔ)和符號(hào)、基本規(guī)定、命名規(guī)則、信息模型交付說(shuō)明、交付內(nèi)容、建模精度、成果交付格式等方面對(duì)項(xiàng)目的交付成果進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃。并對(duì)各專業(yè)的設(shè)計(jì)單元拆分、設(shè)計(jì)單元精度進(jìn)行了明確的規(guī)定。

3.2.2 鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用與完善

鐵路工程專業(yè)眾多，各專業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)象又紛繁復(fù)雜。這些對(duì)象又需要在項(xiàng)目全生命周期的不同參與方之間進(jìn)行流轉(zhuǎn)。為了保證信息流轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性，就需要為這些對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)。IFD就是給各個(gè)對(duì)象賦予一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)來(lái)保證其在信息傳遞過(guò)程中的唯一性。本項(xiàng)目各專業(yè)對(duì)鐵路聯(lián)盟鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(IFD)[21]進(jìn)行了應(yīng)用。對(duì)其表51及表53進(jìn)行驗(yàn)證與測(cè)試，通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)與本項(xiàng)目的工點(diǎn)及各專業(yè)構(gòu)件進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)與掛接，將標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比，各專業(yè)對(duì)鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(IFD)進(jìn)行了擴(kuò)充和完善。

表1 專業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件研發(fā)成果

因篇幅限制，本文僅列舉部分?jǐn)U充完善的IFD標(biāo)準(zhǔn)：站場(chǎng)專業(yè)對(duì)站臺(tái)53-09 09 20進(jìn)行擴(kuò)充完善，增加貨運(yùn)站臺(tái)53-09 09 20、客運(yùn)站臺(tái)53-09 09 30，并對(duì)客貨運(yùn)站臺(tái)按照站場(chǎng)設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行了再次細(xì)分，如圖1所示。

路基專業(yè)對(duì)地基處理53-01 00 00進(jìn)行了擴(kuò)充，增加了壓實(shí)地基和夯實(shí)地基53-01 10 60、注漿洞穴加固53-01 10 70、預(yù)壓地基53-01 10 80。如圖2所示。

圖1 站場(chǎng)專業(yè)擴(kuò)充完善IFD標(biāo)準(zhǔn)示例

圖2 路基專業(yè)擴(kuò)充完善IFD標(biāo)準(zhǔn)示例

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

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(lái)構(gòu)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的各專業(yè)信息模型結(jié)構(gòu)樹(shù)。結(jié)構(gòu)樹(shù)將各專業(yè)信息模型按照樹(shù)形結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，既可清楚地表述各構(gòu)件的邏輯關(guān)系，又能實(shí)現(xiàn)信息模型構(gòu)件在平臺(tái)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(hào)墩-承臺(tái)。利用LID編碼生成的專業(yè)結(jié)構(gòu)樹(shù)示例如圖3所示。

圖3 專業(yè)結(jié)構(gòu)樹(shù)示例

3.3 綜合管理平臺(tái)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(diǎn)向建設(shè)單位交付，需要分項(xiàng)目進(jìn)行整體性交付。因此成果交付必須要依托于一個(gè)可以整合各項(xiàng)目整體信息模型及GIS信息的平臺(tái)。

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

為此，本次BIM技術(shù)應(yīng)用研究研發(fā)了專門的建造管理平臺(tái)，見(jiàn)圖4。

圖4 建造管理平臺(tái)

該平臺(tái)集云技術(shù)、GIS技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一體，不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息模型的全面交付和設(shè)計(jì)信息向施工階段的無(wú)損流轉(zhuǎn)，而且集成了項(xiàng)目成果漫游、信息模型互操作、進(jìn)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(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

進(jìn)度管理功能可依據(jù)項(xiàng)目樹(shù)進(jìn)行施工計(jì)劃的安排，進(jìn)行計(jì)劃時(shí)間和實(shí)際時(shí)間的對(duì)比，可直觀的展示計(jì)劃和實(shí)際的時(shí)間進(jìn)度。進(jìn)度管理功能界面見(jiàn)圖5。

質(zhì)量管理包括質(zhì)量巡檢、檢驗(yàn)批管理及工序管理等功能，可做到對(duì)各檢驗(yàn)批及分部分項(xiàng)工序的精細(xì)化管理及各個(gè)質(zhì)量問(wèn)題的可見(jiàn)可控管理。質(zhì)量管理功能界面見(jiàn)圖6。

圖5 進(jìn)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(shè)計(jì)、專項(xiàng)施工方案、施工技術(shù)交底等功能，可進(jìn)行施工組織及施工方案設(shè)計(jì)的過(guò)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(jiàn)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(xiàng)安全施工方案和安全技術(shù)交底等功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各標(biāo)段各單位工程的安全問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，對(duì)專項(xiàng)安全施工方案等資料進(jìn)行管理，功能界面見(jiàn)圖8。

4 結(jié)語(yǔ)

本此研究對(duì)鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了較為全面的探索，自主開(kāi)發(fā)的鐵路各專業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件可以大幅度提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，能夠帶來(lái)明顯的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)的編制、對(duì)鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的完善以及研發(fā)的建造管理平臺(tái)均有助于BIM 技術(shù)在鐵路工程中的推廣與應(yīng)用，可為今后的鐵路工程BIM技術(shù)應(yīng)用提供借鑒。