基于BIM+GIS的铁路四电工程智能建造方案研究.pdf

为实现 BIM（BuildingInformationModeling）+GIS（GeographicInformationSystem）技术在铁路四电工程建造过程中的应用，提出铁路四电工程智能建造方案。通过构建 BIM 族库、参数化建模、模型轻量化等技术手段，实现模型快速生成及项目各阶段数据的集成共享；设计 BIM+GIS 管理平台，将项目管理过程中的生产要素信息、管理要素信息与 BIM 模型信息、GIS 技术深度融合，满足不同管理部门、不同层级用户的三维可视化、数字化、全要素信息建设管理精益化需求，实现铁路四电工程项目的数字化交付。应用表明，该方案可为推动 BIM+GIS 技术在铁路四电工程的应用发展提供技术支撑。关键词：铁路四电工程；BIM；GIS；参数化建模；智能建造中图分类号：U28:U22:TP39文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1005-8451.2023.08.04Intelligent construction scheme for railway four-electric engineeringbased on BIM+GISZHAOZhenglu1，HANYuelou2(1.DepartmentofTechnologicalInnovation,ChinaRailwayElectrificationBureauGroupCo.Ltd.,Beijing100036,China；2.DepartmentofProductionTechnologyManagement,ChinaRailwayElectrificationBureauGroupCo.Ltd.,Beijing100036,China)Abstract:ToachievetheapplicationofBIM(BuildingInformationModeling)+GIS(GeographicInformationSystem)technology in the construction process of railway four electrical engineering,this paper proposesd an intelligentconstruction scheme for railway four electrical engineering.The paper implememted rapid model generation andintegrationandsharedofdataatvariousstagesoftheprojectbyconstructingaBIMfamilylibrary,parameterizedmodeling,and model lightweight technology,designed a BIM+GIS management platform that deeply integratedproductionfactorinformationandmanagementfactorinformationintheprojectmanagementprocesswithBIMmodelinformationandGIStechnology,mettheleanmanagementneedsofthree-dimensionalvisualization,digitization,andfull element information construction for different management departments and users at different levels,andimplementeddigitaldeliveryofrailwayfourelectricalengineeringprojects.TheapplicationshowsthatthisschemecanprovidetechnicalsupportforpromotingtheapplicationanddevelopmentofBIM+GIStechnologyinrailwayfourelectricalengineering.Keywords:railway four-electric engineering；Building Information Modeling(BIM)；Geographic InformationSystem(GIS)；parametricmodeling；intelligentconstruction铁路四电工程的施工阶段存在较多因施工周期缩短、设计图纸深度不够、专业交叉复杂而导致的施工质量问题1。目前，BIM（BuildingInformationModeling）技术在铁路四电项目中的应用还未贯穿于工程项目全过程，其主要原因有：（1）BIM 建模过程的专业化导致建模时间较长，特别是在四电项目有效工期较短的情况下，存在建模进度与施工进度脱节的情况；（2）部分设计资料、过程资料、竣工验收资料、BIM 模型等数据统计集成需要大量 BIM专业人员实时更新、维护模型数据2；（3）铁路四电工程管理的基础数据没有达到 BIM 要求的精细化收稿日期：2023-05-20基金项目：中铁电气化局集团有限公司科技研究开发计划课题（2020-15）作者简介：赵正路，正高级工程师；韩月楼，工程师。第32卷 第8期Vol.32 No.8智能建造Intelligent Construction文章编号：1005-8451（2023）08-0023-04RCA2023.08 总第 317 期23程度，缺少设备安装地理位置信息，造成项目管理数据与 BIM 之间的数据不互通。目前，国内鲜有具有统一标准体系的铁路四电工程施工管理平台，严重制约了 BIM 技术在施工现场的应用推广3。本文设计基于 BIM+GIS（GeographicInformationSystem）的铁路四电工程智能建造方案，应用 BIM族库构建、参数化建模、轻量化、BIM+GIS 等技术，实现了铁路四电施工项目的数字化交付。1 方案设计本文以铁路四电建造过程为时间横轴，明确BIM 在铁路四电工程建造过程中的应用时间点与作用，建立 BIM 构件数据与工程管理数据映射架构，使施工日志与 BIM 构件之间信息互通，实时将项目管理要素、生产要素信息记录在 BIM 构件信息上，设计通过铁路四电施工项目管理平台与项目实施过程深度融合，减少对专业 BIM 技术人员的依赖，最终实现铁路四电工程项目的数字化交付。整体方案如图 1 所示。BIM+GISBIMBIM BIM+GISBIM图1整体方案（1）施工阶段在收到设计阶段提供的施工图后，应用 BIM 构件族库与 BIM 参数化建模技术，实现项目由二维图纸向三维模型的转变4；（2）形成的项目三维模型通过应用 BIM 轻量化及 BIM+GIS 技术，实现三维模型的轻量化并与实际地理位置相结合，解决项目 BIM 占用内存大、与实际地理位置有偏差等问题；（3）将形成的 BIM+GIS 轻量化模型与建设过程中的生产要素（人员、物料、机械等）和管理要素（进度时间、质量验收、安全管控、成本等）信息挂接，并接入基于 BIM+GIS 的铁路四电项目管理平台中；（4）形成包含施工生产管理要素及生产要素的施工全过程数字化模型，交付给运营维护（简称：运维）阶段使用。2 技术架构基于 BIM+GIS 的铁路四电工程智能建造技术架构如图 2 所示。通过建立四电设备 BIM 构件族库，直接调用族库数据，并根据实际情况修改参数；通过参数化建模，将二维的施工图纸通过参数表快速转 换 成 项 目 初 期 需 要 的 三 维 模 型；通 过 构 建BIM+GIS 管理平台，实现 BIM 及 GIS 数据的在线轻量化和可视化。BIMGISBIMBIM+GISGISPCBIMGISGIS AT图2基于 BIM+GIS 的铁路四电工程智能建造技术架构 2.1 铁路四电 BIM 族库构建铁路四电工程项目构件具有分类冗杂和数量庞大等特点，且 BIM 模型搭建过程有资源共享和大数据管理的实际需求，在建施工项目竣工移交的模型精细度等级不宜低于 LOD3.05。统一的铁路四电BIM 构件族库的建立，是将所有铁路四电工程项目智能建造2023年8月RCA242023.08 总第 317 期涉及到的实物构件进行建模，并根据 IFC 标准进行分类。项目的三维模型搭建即基于各类构件的组合，将各类构件载入到三维绘图平台环境中进行布局、放置及修改属性等操作，实现二维图纸向三维模型的快速转变。BIM 族库可显著提高模型的统一性和完整性，为后期模型维护及下阶段使用提供保障。技术架构如图 3 所示。RevitBIM/PCBIM图3铁路四电 BIM 构件族库技术架构（1）基础数据层将以施工图构件模型为单元的施工图工序分解为数据基础，利用私有云服务器、BIM 族数据库及 PC 端存储数据；（2）系统管理层设置了用户、权限、加密及专业管理，以保证族库的安全性、便捷性；（3）功能应用层具有常规上传、下载、分类、数据统计与检索、调用，以及构件模型的审核与加密、云端存储、本地备份等功能；（4）外部融合层负责与多种 BIM 软件兼容，构件可提供给目前主流的 BIM 软件调用，使族库更具有通用性。2.2 BIM 参数化建模参数化建模是将同一类构件的参数信息，通过表格的方式实现批量建模。BIM 参数化建模不仅可以通过创建和修改构件的几何、材质、通用信息等参数，获得精准的模型，将建筑物直观展现出来；还能对碰撞检测、空间、结构静力、动力等数据进行分析。本文采用 BIM 参数化建模技术将族库中相同的BIM 构件，按照可以量化描述的路径或位置参数摆放，实现 BIM 模型的批量、快速生成。2.3 BIM+GIS 管理平台BIM 的建模和加载通常需要 Revit 等专业软件来实现，存在服务器资源占用大且加载速度慢等问题。为提高加载和响应速度，可通过轻量化技术实现BIM 模型在浏览器端的加载6-7。BIM 轻量化技术是在不改变模型和数据文件结构属性的基础上，通过算法将模型数据重构，缩小 BIM 模型体量，使模型数据便于提取使用。本文设计基于模型轻量化技术的 BIM+GIS 管理平台（简称：平台），通过大体量 BIM 模型轻量化引擎、海量数据分析处理、参数化驱动等关键技术，实现 BIM、GIS、倾斜摄影模型、视频源和工程建设等海量多源、多主题、异构时空数据融合的集成展示，从而满足不同管理部门、不同层级用户的三维可视化、数字化、全要素信息精益化管理需求。3 平台功能 3.1 模型快速生成根据 IFC 分类标准，对铁路四电工程设施结构进行逐级拆分，对拆分后的最小构件单元进行参数化建模，建模参数包含构件材料、尺寸及安装位置信息。通过平台将施工图的平面布置图信息参数化，形成 Excel 表格，表中数据由项目技术人员直接填报。参数表导入平台后，平台可自动生成对应图纸的三维模型，具体包括：根据 KML 地理信息数据和站前单位路基、桥梁、隧道的里程坐标进行路桥隧的快速生成，快速搭建铁路线路模型；根据设计安装图快速识别 BIM 构件的类型型号，结合平面布置图纸相对应的坐标信息、安装图号，调用 BIM 构件图元库中的图元，依据参数化生成算法快速生成 BIM+GIS 模型。模型生成后，平台通过土建单位的接口进行碰撞检查，规避设计、施工失误造成的误差，实现接口可视化管理、快速定位、缺陷整改管理和数据综合集成展示。3.2 施工生产要素管理施工生产要素主要包括人、机、料等信息，在项目建造过程中通过与 BIM 模型构件间的数字互通，将所有生产要素的活动记录在 BIM 构件信息上8。以物料信息为例，在结合 BIM 构件模型提料时，平台可生成物料二维码，物料出厂时带有独立二维码，由生产者将物料生产信息录入二维码中，连同生产运输、验收入库、物料提料等信息挂接到平台第32卷 第8期赵正路等：基于 BIM+GIS 的铁路四电工程智能建造方案研究智能建造RCA2023.08 总第 317 期25BIM 模型构件上。现场安装时，工作人员通过扫描二维码，填写实体构件的安装、检测、验收等信息，并将信息同步到平台上。此外，施工测量、工程计算、仿真模拟、智能预配等信息均可通过设备或人员与平台进行互通。3.3 BIM 插件化应用将 BIM 应用按主要和辅助对平台功能进行划分，主要功能是实现项目三维建模的必要功能，包括BIM 族库构建、参数化建模、BIM+GIS 轻量化等；辅助功能是用于项目优化的可选择性功能，包括碰撞检查、预配数据互联、模拟施工、装备数据互联、电子围栏等，通过插件的形式，实现平台的可灵活拓展，如图 4 所示。4 方案应用基于 BIM+GIS 的铁路四电工程智能建造方案已在集通（集宁通辽）、贵南（贵阳南宁）、天津大兴等铁路四电工程项目建设过程中得到应用，实现了建造过程中生产要素及管理要素实时数据与BIM 构件数据的对接，形成了 BIM+GIS 数字化交付模型。应用示意如图 5 所示。图5BIM+GIS 智能建造方案应用示意 5 结束语本文设计铁路四电工程智能建造方案，将铁路四电 BIM 族库构建、参数化建模、BIM+GIS 模型轻量化等技术应用于项目实施过程中，实现铁路四电工程项目的数字化交付。通过设计 BIM+GIS 管理平台，实现了项目生产要素信息、管理要素信息与模型间的信息交互，为铁路四电工程智能建造及精细化管理提供技术支撑。后续将继续丰富 BIM 插件化功能，推进机械化施工与机械数据的自动收集、传输，以降低人力成本、提高工作效率。参考文献靳辰琨，郭志光.铁路四电工程建设BIM技术应用研究J.铁道标准设计，2021，65（12）：110-115.1张振海，刘艳杰，张凝.基于BIM的铁路四电工程施工管2理平台关键技术研究J.铁道技术标准，2022，4（12）：8-12.王同军.基于BIM技术的铁路工程建设管理创新与实践J.铁道学报，2019，41（1）：1-9.3王华.基于EBS（工程系统分解结构）与语义约束的地铁车站参数化建模方法J.城市轨道交通研究，2020，23（8）：154-157，161.4住房和城乡建设部.建筑信息模型设计交付标准：GB/T51301-2018S.北京：中国建筑工业出版社，2019.5景风，郭婧娟.基于BIM的高铁工程量清单EBSWBS研究J.铁道标准设计，2020，64（2）：68-74.6周明升，张雯.一种基于轻量化BIM的工程全过程管理系统的设计与实现J.计算机时代，2023（1）：127-131，136.7程昊，王红军，杨俊峰，等.面向生产线全生命周期的数字孪生模型应用J.电子测量与仪器学报，2023，37（4）：115-121.8责任编辑朱一碰撞检查预配数据互联模拟施工装备数据互联电子围栏图4BIM 插件功能示意智能建造2023年8月RCA262023.08 总第 317 期