BIM技术在铁路方面的研究分析(88页-附图精美).pdf

统一思想 加强组织扎实推进BIM技术在铁路工程建设中的应用在BIM技术专题讲座电视电话会议上的讲话（摘要）卢春房Unite the Ideas and Strengthen the Organization to Promote Solidly the Application of BIM Technologies in Railway Engineering ConstrcutionBIM技术在铁路桥隧工程中的应用研究 魏州泉Application Research on BIM Technology for Railway Bridge and Tunnel Construction BIM技术在铁路设计行业的应用研究 张雪才Application Research on BIM Technology for Railway Design BIM技术在轨道交通的应用探讨 王玉泽 Application Exploration of BIM Technology for Rail TransitBIM协同平台在铁路工程建造阶段的应用研究王永义李延刘伟 Application Research on BIM Collaboration Platform in Railway Construction StageBIM技术在铁路客站质量安全控制方面的应用徐尚奎谭月仁蒋凡等Application of BIM Technology in Quality Safety Control for Railway Passenger Station 铁路工程建设信息分类体系研究 陈亮卢文龙Research on Classification System of Railway Engineering Construction Information 建筑信息分类编码体系对铁路BIM的借鉴作用朱纯瑶杨绪坤Reference to Classification and Coding System of Constrcution Information for Railway BIM Technology Revit系统软件二次开发研究 徐剑Research on Secondary Development for Revit System Software基于.NET的AutoCAD Civil 3D二次开发技术及应用何守望Secondary Development Technology and Application of.NET-based AutoCAD Civil 3DBIM技术在铁路隧道设计中的应用李丽马婷婷袁竹Application of BIM Technology in Railway Tunnel Design 141923283135394245技术研究 Technological Research BIM概览 BIM Overview 09062014年第5期 No.5.2014目 次Contents7454地铁车站设计中BIM三维协同设计模式探讨魏英洪Discussion of BIM Three-dimensional Collaboration Design Model for Subway Station Design沪昆客专北盘江特大桥BIM应用研究杨咏漪徐勇陈列Application Research on BIM for Beipanjiang Large-bridge of Shanghai-Kunming PDL石鼓山隧道附属洞室BIM三维建模设计应用马婷婷吴林李丽Application of BIM Three-dimensional Construction Model Design for Affiliated Chamber of Shigushan Tunnel宝兰客专石鼓山隧道BIM技术的研究及应用 李延Research and Application of BIM Technology for Shigushan Tunnel on Baoji-Lanzhou PDL BIM技术在铁四院总部设计大楼的应用实践张俊毅Application Practice of BIM Technology for Design Bulding of China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,LTD上海中心大厦 梅挺呼晓波Shanghai Tower海南西环东方站 毛灵Dongfang Station of Hainan West Ring High Speed Railway 托巴水电站 梁晖叶锐Tuoba Hydro-Power Station铁路勘察设计中BIM与GIS结合方法讨论 任晓春Discussion on Combination Method of BIM and GIS for Railway Survey and Design 三维GIS技术在铁路全生命周期中的应用探讨闵世平赵亮亮Application Discussion of Three-dimensional CIS Technology for Railway Full Life Cycle基于Web Service的BIM项目地理信息解决方法王玮Solution of Geographic Information of BIM Project based on Web Service547477596671648083899249专业应用 Application案例介绍 Case Study争鸣论谈 Discussion动态信息 News06BIM概览62014年第5期盛黎明同志在会上系统介绍了BIM技术的基本概念、国内外发展现状，以及铁路行业推进情况和下一步重点工作，讲解了建筑信息建模这一当代工程建设先进技术，展示了BIM技术的适用性、先进性和经济价值。证明BIM是好的方法、先进的技术，能够提高管理水平和经济效益。铁路建设应用BIM技术已经取得成效一年多来，铁路BIM技术研发试点应用工作，在王同军副总工程师的带领和中国铁路总公司工程管理中心牵头组织，相关建设、设计、施工和科研单位的协同配合和共同努力下，前期所做的工作有进展、有成效。一是初步兑现了总体规划的计划安排。BIM技术的发展及应用蕴含了建设项目全寿命周期管理的理念，不是一个单纯的技术问题，它涉及从项目规划、设计、施工到运营维护等阶段一系列的创新和变革。如此重要的变革，需要制定行之有效的发展规划及推进计划。2013年45月，中国铁路总公司先后两次召开铁路工程建设信息化推进会议，确定将BIM技术作为铁路工程建设信息化的主要技术发展方向，并研究制定了“以铁路工程设计、建设、运营全寿命周期管理为目标，以标准化管理为抓手，以BIM技术为核心，建立统一开放的工程信息化平台和应用”的铁路工程建设信息化总体规划及推进计划。目前看，总体统一思想 加强组织 扎实推进BIM技术在铁路工程建设中的应用在BIM技术专题讲座电视电话会议上的讲话（摘要）卢春房BIM概览72014年第5期规划及推进计划正在逐步兑现，有些原定计划任务甚至提前完成。二是研究应用工作取得了进展。中国铁路总公司加大BIM技术科研课题立项和研究，已经在数据平台、全寿命周期关键技术和隧道、桥梁、客站等专业确定了多项科研课题，开展了科研攻关。成立了中国铁路BIM联盟，为铁路BIM技术研发和应用，提供了强有力的组织保障和技术平台。中国铁路总公司工程管理中心依托科研项目，牵头组织铁路BIM联盟成员单位，开展了站前、站后多个专业BIM标准研究，初步建立了铁路BIM标准体系框架。应用方面也取得了一些成果。例如，在石鼓山隧道实现了设计模型向施工模型的转换，并开展了三维施工技术交底、4D施工进度控制等方面的研究；在新白沙沱长江大桥取得了BIM模型数据直接进数控机床的成果，同时开展了钢梁制作一体化技术、结构数字化预拼装等方面研究。因此，从这个发展势头看，铁路建设领域推行BIM技术有基础、有条件，更有广阔的发展空间。铁路建设推广应用BIM技术势在必行在铁路建设领域推广应用BIM技术，是时代的召唤，是科学技术发展的必然，也是我国铁路现代化的内在要求。一是推广应用BIM技术是实现我国铁路与国际接轨的客观需要。发达国家的许多大型企业早已开始采用BIM技术，已逐步形成标准齐全、技术成熟、应用广泛的局面。为了赶上国际先进水平，我国在20112015建筑业信息化发展纲要中，确定把BIM作为支撑行业产业升级的核心技术来重点发展。客观地讲，我国铁路行业在BIM技术的研究和应用上，起步较晚，已经明显落后于国外发达国家和国内工业与民用建筑行业。所以，需要认清现状、坚定信心，结合行业和企业实际情况，大力开展自主创新，加快完善技术体系，尽快缩小差距，早日实现与国际接轨。这方面，南车、北车已经走在了前列，希望铁路勘察设计、施工企业迎头赶上。二是推广应用BIM技术是建设数字铁路的必然选择。根据中长期铁路网规划，“十二五”末我国铁路营业里程将达到12万km左右，其中高速铁路营业里程1.9万km，线路速度目标值、气候条件等错综复杂，给铁路运营技术管理带来很大压力，迫切需要一种新的技术，为运营决策和管理提供技术支撑。铁路BIM技术承载了铁路构筑物的数据模型，包含了丰富的设计信息、施工信息，运营和维护单位依靠这些数据和信息，作为一种新的手段，可以有效提升管理水平和工作效率。BIM在铁路运营维护阶段的应用，其核心就是数字化、智能化，通过数据分析、精细利用、资产盘活，为运营安全、企业发展和国有资产保值增值提供技术保证。所以说，加快BIM技术的推广和应用，切实抓好建设模型向运维模型的移交和运用，是构建数字铁路的必然选择。三是推广应用BIM技术是提升铁路建设水平的内在要求。大规模铁路建设以来，在铁路工程建设中积极探索并大力推行标准化管理，极大地提升了铁路参建各方管理水平。今天，推广和应用BIM技术，不是另起炉灶、另辟蹊径，而是不断丰富完善标准化管理的四个重要支撑手段，进一步提升铁路建设质量、安全、投资等的管控水平。实践证明，在设计、施工中推广和应用BIM技术，能够收到十分明显的效果。例如，通过BIM技术实施协同、可视化设计，可以大幅减少设计中的“差、错、漏、碰”，尤其对一些超高、超常、大跨等复杂工程，采取BIM技术进行高精度分析、优化和控制，能够有效发挥其辅助决策作用，进一步提高设计质量和水平；通过数字化施工技术和手段，对BIM模型进行任意剖切，可以将管理的视角延伸到每一个分部、分项工程，甚至具体到每一根钢筋，真BIM概览82014年第5期正实现与现场技术、安全、质量管理的紧密衔接，这些对于强化人、机、料、法、环各要素的控制，提升现场管控水平和确保工程质量安全，均具有十分现实的意义。铁路建设推广应用BIM技术任重道远一要澄清模糊认识。思想不统一，认识不到位，行动就不会积极。从前期实践看，在一些同志，尤其是领导干部中对推广应用BIM还存在一些不同看法，有必要澄清。一是看画论。有的同志认为BIM是“花瓶”，是给领导决策看的，这种看法主要是没有认识到BIM的大数据承载能力，没有深刻理解和切身体会到BIM技术对设计、施工、制造和运营企业的重要价值。二是三维论。有的同志认为BIM就是三维动画、就是翻模，至于翻了有何用处，不是很清楚。其实质是没有看到BIM是与移动互联、物联网、大数据等现代信息技术融为一体的智能应用，缩小了BIM的内涵和外延。三是壁垒论。有的企业认为，BIM模型过于精细具体，可能泄露企业核心技术，不愿意与其他企业共享，由此造成多次转换。这与当前BIM交付标准不明确、族库建立缓慢等问题密切相关。随着BIM标准体系的建立和BIM技术的深入应用，这些问题会逐步得到解决。二要强化组织领导。中国铁路总公司有关部门和单位要加强指导协调，统一组织推进，根据铁路BIM技术研发及应用的实际情况，补充完善现行的铁路建设管理制度、规范标准和合同文本等；要积极协调组织有关部门和单位，加快国内、国外专业软件的二次开发和成果转化，尽快形成一套适合铁路建设需求的BIM技术解决方案。中国铁路BIM联盟成员单位特别是中国铁道科学研究院要紧紧依托立项科研项目，发挥示范表率作用，进一步加大承担科研课题研发力度，严格按照既定的总体规划及推进计划，切实抓好相关工作的落实，确保在规定时限内取得一批新的研究成果，并认真总结研发及试点工作的做法和经验，为铁路BIM技术的全面推广应用提供有益借鉴。三要落实工作责任。各建设单位和参建单位作为铁路建设的组织者、参与者，肩负着推动铁路技术进步、促进产业升级的历史使命，尤其在铁路BIM技术的推广应用上更应责无旁贷。建设单位应认真落实BIM试点应用的主体责任，在中国铁路总公司工程管理中心的统一组织协调下，坚持以建设项目为依托，扎实做好BIM试点工作。2014年新开工的项目，应选择一个工点或一项工程进行试点，建立BIM示范点，具体由工程管理中心协调指定。设计单位应充分发挥先锋示范作用，在中国铁路总公司和建设单位的统一组织下，具体负责建设项目BIM试点工程设计和BIM软件的二次开发，逐步丰富和完善BIM族库及设计协同工作平台，并不断进行设计流程再造，最终向施工单位移交施工图BIM模型。施工单位既是设计阶段BIM模型的继承主体，又是向运营单位移交施工阶段集成工程信息BIM模型的责任人，应认真落实试点工作要求，及时完成模型施工数据加载，深入开展施工阶段4D施工进度控制研究，强化和提升依托信息技术增强企业发展实力和后劲的能力。铁路局是BIM技术落地生根的关键，要在铁路总公司的统一组织安排下，认真做好试点项目接收阶段施工模型校核，以及运营维护阶段信息扩展、需求提炼等方面的研究应用工作。卢春房：中国铁路总公司，副总经理，北京，100844责任编辑 王五昌BIM概览92014年第5期自2013年4月起，随着中国铁路总公司在铁路建设领域对BIM技术的应用推广，中铁第一勘察设计院集团有限公司（简称铁一院）结合西成线清凉山隧道、十岔沟中桥BIM科研项目，将BIM技术在桥隧工程中的应用逐步深化，以期为今后的设计工作奠定基础。1 BIM在桥隧工程中应用的基本框架BIM技术在铁一院的深入研究与应用始于2011年，尤其在站后四电工程方面，进行了较为超前的探索与尝试，取得了一些可供借鉴的成果。在此基础上，参考BIM在建筑、水电领域的应用情况，总结了设计阶段BIM应用的基本框架（见图1）。由图1可以看出，采用BIM技术后，从基础数据到模型建立是最为关键的环节，没有这个过程，其余的一切都是奢谈，这也是采用BIM技术后首先要解决的关键问题。设计的主要成果均以模型为基础，通过不同层面的模型属性及相关组合，获得不同的成果。这些成果主要分为如下几个方面：（1）分析：一是对模型的逻辑合理性进行分析，特别是模型的力学性质等，以保证建立的BIM模型能够满足规范规定的力学要求。主要分为动态和静态分析，需要结合目前常用的力学分析软件进行。二是基于模型各组成部分的空间分析，不出现差错漏碰等情况，彻底去除2D状态下难以发现的各种弊端，使设计主体更趋完善。三是基于模型的性能分析，如日照、雨量等分析。BIM技术在铁路桥隧工程中的应用研究魏州泉摘 要：桥梁和隧道是铁路建设项目中较为重要的工程内容。中铁第一勘察设计院集团有限公司在开展BIM技术的应用研究工作中，以桥隧工程为重点，从应用框架、资源配置、技术管理和质量管理等方面入手，结合清凉山隧道和十岔沟中桥工程，进行了较为系统的探索，以期从整体上形成BIM设计能力，为企业的转型升级打好基础。关键词：BIM；桥梁；隧道；应用平台；交付标准；模型；协同设计中图分类号：U44；U45；TP319 文献标识码：B 文章编号：1672-061X（2014）05-0009-05图1 设计阶段BIM应用基本框架模型分析 展示 模拟施工 技术交底 交流 数量 出图 基础数据BIM概览102014年第5期（2）出图：主要是指基于模型的二维图纸输出。由于目前尚无统一的三维交付标准，因此就图纸而言，可以通过BIM模型生成符合既有技术规范的图纸，作为基本的技术交付依据。通过模型也可直接形成3D格式的pdf文件，对模型进行轻量化处理，用于移动或便携设备，在施工过程中直接浏览查看。（3）数量：工程数量是设计过程中最为重要的内容之一。通过模型可以直接获得该工程不同部位的工程量以及工程总量，进而计算出准确的工程造价。（4）展示：主要分为大场景展示（把桥隧工程模型直接植入到建设场地的真实环境中，展示工程主体与环境的相容性以及与其他工程的相互关系）、工程主体展示（通过渲染和漫游，观察工程主体的整体状况或者某个局部）等。（5）模拟施工：设计阶段的模拟施工只是近似地模拟施工阶段的进度管理等情况，为施工组织提供基本的参考依据。（6）技术交底：基于模型的技术交底具有直观、易懂的特点，关键部位或者技术要点，可以通过模拟方式进行展示。（7）交流：基于模型的交流，将使建设方及各参建单位（设计单位、施工单位、监理单位）变得更加高效。2 资源综合配置形成BIM设计能力铁路设计企业从2D设计逐步转为BIM设计已是大势所趋，因此需要综合配置资源才能形成真正的设计能力。首先，领导层理念的转变及对BIM工作在战略层面的重视是推广应用中的关键。其次是组建具有专业技术经验和计算机应用能力的BIM设计团队，以项目为基础，形成设计、复核、校审、审定的工作流程，建立例会工作制度，定期对工作进行总结、交流，对任务进度进行追踪检查，讨论疑难问题，确定解决方案。再次是对网络及计算机软硬件的配备。对资源进行综合配置，以项目为基础，通过激励机制推进BIM应用工作，才能形成真正的BIM设计能力。软件平台的选择是开展B I M工作的基础。欧特克（Autodesk）、奔特力（Bentley）、达索系统（Dassault Systems）是市场上提供的主要BIM设计平台，其软件系统针对不同的领域，各有特点，也有各自的解决方案。目前，尚无专门针对铁路行业技术特点而研发的软件平台。参与铁路建设和管理的企业，对应用平台的选择，需要结合相关专业的特点，对适应性进行综合考察。而要提升BIM应用效率，基于应用软件平台的二次开发工作及研发工作都是必不可少的内容。为保证BIM应用工作的可持续发展，铁一院在上述工作的基础上，加大投入，把BIM课题分为基础研究、专题研究、综合研究、二次开发和业务建设5个方面，每个方面均针对不同的重点，进行全方位的研究，提升BIM应用的系统性。3 深化BIM应用桥梁和隧道是铁路建设项目中较为重要的工程内容。铁一院结合中国铁路总公司清凉山隧道和十岔沟中桥科研项目，通过资源综合配置，强化BIM应用基础，特别是对BIM构件库建设与管理、设计模型的技术管理与质量管理等，形成了基本的工作流程，从而保证了模型质量，为基于模型的各项工作打下良好基础。BIM技术应用过程中，专业内部的协同、专业之间的协同是非常重要的内容。除了设计平台提供的基本协同方式外，还需要结合企业技术管理、质量管理、计划管理的平台来承载协同工作，才能提高BIM设计效率。作为设计企业，向施工企业进行BIM交付，是体现其成果并为基于BIM的施工过程奠定基础的关键环节。铁一院在这方面做了一些有益的尝试，相关交付标准也在制订之中。4 BIM在桥隧工程中的应用实践铁一院在BIM技术推广应用过程中，从规划层面、资源配置层面、团队建设层面及科技研发层面进行了系统部署，同时结合中国铁路总公司推动的科研项目，做了全方位的应用探索。4.1 BIM构件库建设及基础模型研究BIM构件库及基础模型是完成BIM设计工作的第一步，需要从设计、施工、运维各环节综合考虑建模原则。从设计的角度，构件需要考虑“最小功能单元、最小成本单元”，施工方面则要结合工艺工法考虑“最小施工单元、最小安装单元”。由基础构件完成的模型才能同时符合设计和施工的要求。部分构件和模型见图2。基础构件必须要有软件进行统一管理，使得创建过程符合统一的质量审核流程，保证创建的构件符合规范要求。4.2 构件编码规则研究根据族构件的系统性、兼容性、可扩充性、稳定性BIM概览112014年第5期分类原则，对族构件的编码规则进行了研究，为使族编码具有唯一、简明、规范、便于检索的特点，经过多次讨论研究提出了编码规则，便于计算机进行统一管理。4.3 BIM交付标准研究经过和施工单位多次沟通、交流、研讨，在充分了解施工期间的模型应用需求和附属信息格式的基础上，研究了以“最小施工单元、最小安装单元”为基本构件，满足施工单位基于BIM模型进行的施工进度、质量、安全管理需求的交付标准。交付的模型必须满足如下需求：（1）能够进行3D查看、旋转、剖切、量测等，传递完整的几何信息及附加的设计信息（例如工程数量）等。（2）参与项目建设的单位能够在模型上增加新的属性信息。（3）各种信息能够方便读取，以供各方使用。（4）能够添加时间参数，形成4D模型，完成施工步骤演示，人工、机械等费用计算。（5）设计单位根据需要能够修改模型，如变更设计。（6）模型中附加的工程数量信息根据需要可由设计单位修改。在科研项目中，采用了Autodesk公司的NWC格式作为交付模型的基本格式。交付标准需要在实践基础上通过进一步研究来完成。图3为十岔沟中桥整体模型、清凉山隧道整体模型（包含1号、2号斜井模型）。4.4 模型应用研究（1）方案的汇报展示。利用BIM模型可准确反映建筑物的情况，方便制作渲染图及漫游动画，形象生动地进行设计方案的汇报展示（见图4）。（2）二维出图、算量。在三维BIM模型的基础上研究提出二维图纸的解决方案。对模型在Revit中的剖切、标注、字体、工程数量统计、图框模板的定制进行了深入研究。目前已经能够快速生成桥梁、隧道专业的工程数量表及部分二维图纸。（3）施工过程及工法4D模拟。利用十岔沟中桥的BIM模型，在NavisWorks中导入施工步骤及计划工期信息，模拟桥梁的建造过程；以清凉山隧道中最复杂的施工方法三台阶临时仰拱法为研究对象，完成了三台阶临时仰拱法的4D施工模拟。（4）地形模型应用。利用地形模型点击任意点自动标注径流方向、图2 部分构件和模型（a）十岔沟中桥模型（b）清凉山隧道模型图3 整体模型（a）茅以升公益桥（b）陕西泾河四塔斜拉桥图4 方案的汇报展示（a）桩、承台、墩身钢筋（b）箱梁钢束模型（c）隧道内专用洞室（照明箱变）（d）8字节钢架细部图展示了隧道的管棚、锚杆、钢筋网、钢架等BIM概览122014年第5期圈绘出汇流面积，大大简化外业的水文圈绘工作；利用地形模型能够简单方便地完成如桥台等放坡开挖，准确标识并计算出工程数量。（5）碰撞检查。建立了高速铁路12 m宽桥梁结构和桥上附属结构BIM模型，通过碰撞检查，发现接触网下锚柱基础与声屏障干扰、拉线基础与桥梁遮板干扰，研究解决方案，编制高速铁路12 m梁宽桥上声屏障安装标准图BIM模型，并以BIM模型进行技术交底（见图5）。（6）指导实习与培训工作。为某职业技术学院隧道实训基地开展关于隧道技术的BIM应用研究。隧道实训基地建筑长90 m，宽32 m，包括各种施工工法的开挖、支护、绑扎钢筋、架设钢架、安装模板、防水板安装、预埋件、拱墙仰拱混凝土浇筑、施工缝防水做法、监控量测、洞门施工、边坡防护等内容，采用BIM应用指导实习过程，收到了良好效果。在新员工培训过程中，通过BIM形象展示施工过程及场景，改变了以往文字加图片的说教方式，极大地提升了新员工对设计技术及施工过程的理解能力。4.5 协同设计研究BIM设计的专业之间、专业内协同工作非常重要，可以最大限度地避免以往设计中的差、错、漏、碰等问（a）碰撞检查发现下锚柱基础与声屏障干扰（b）拉线基础与遮板干扰解决图5 碰撞检查图6 多专业协同后的效果图题，协同设计是BIM重要的理念之一，通过及早发现和解决冲突，从而避免在施工期间的变更设计、返工等问题，达到降低造价、缩短工期、提高工程质量的目的。针对西成线桥隧工程，进行了航测、地质、桥梁、隧道、接触网、环保、通信信号等站前站后多专业的协同设计研究（见图6）。4.6 科技研发工作从常规的2D设计转为BIM设计，需要一个长期的过程。以往在2D状态下的专业设计软件以及管理系统，都要逐步进行过渡。部分已经完成或正在进行的研发项目如下：（1）基于Revit族的隧道模型拼装系统：以Revit族为基本单元，通过路径设定和选定的基本族单元，自动拼装完成隧道整体模型，极大地提高了建模效率，同时克服了用基础族在曲线上拼装产生的问题（见图7）。（2）BIM族库管理系统：对各专业基础族库分权限、分角色进行管理，保证族库内容的有效性和动态管理（见图8）。（3）基于BIM的铁路空间信息系统：以GIS为基础，对BIM进行融合，实现全线各工程的整体管理，为运营提供管理手段（见图9）。图7 基于Revit族的隧道模型拼装系统界面BIM概览132014年第5期5 结束语目前，BIM在铁路建设中的应用主要以设计过程和施工过程为主。就这两个环节而言，交付标准依然是最为迫切的研究内容。尽管BIM在应用推广过程中还存在诸多问题与困难，例如基础平台的不完善、地质信息与模型的互动、地理信息与海量数据的处理等，但随着中国铁路总公司和中国铁路BIM联盟强有力地推动，BIM的推广应用一定具有更加广阔的发展前景。6 参考文献1 清华大学BIM课题组，互联立方（isBIM）公司BIM课题组.设 计企业BIM实施标准指南M.北京：中国建筑工业出版社，2013.2 清华大学BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究M.北 京：中国建筑工业出版社，2011.3 秦军.Autodesk Revit Architecture 201X建筑设计全攻略M.北京：中国水利水电出版社，2010.魏州泉：中铁第一勘察设计院集团有限公司，副院长，教授级高 级工程师，陕西 西安，710043责任编辑 卢敏图8 BIM族库管理系统界面图9 基于BIM的铁路空间信息系统界面BIM概览142014年第5期0 引言建筑、机械、电子等行业的设计企业对BIM技术的运用日趋成熟，并因此带来了技术的革新和效益的增长1。近年来，我国铁路建设行业也取得了突飞猛进的发展，其设计领域对新技术、新产品的研发与应用也层出不穷，但BIM技术在铁路设计领域中的应用尚处于探索阶段。随着中国铁路总公司对在建项目的安全、质量、投资、工期和环境等目标的逐步提高，将BIM技术应用于铁路设计领域是必然趋势。国外BIM技术在设计行业中的应用已经如火如荼，如美国运用BIM技术的项目数量增长迅速，建筑业BIM技术普及率从2007年的28%增长至2013年的78%；北美也大力推动BIM技术的应用，在大、中、小型企业中的利用率基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2013G015-B）。BIM技术在铁路设计行业的应用研究张雪才摘 要：以达索、欧特克产品为技术支持，研究了铁路设计行业中BIM技术应用的解决方案。在对国内外BIM相关理论调研分析的基础上，提出了铁路行业中BIM的定义，分析了目前本领域BIM技术应用的现状与特点，提出了设计阶段三维设计流程。阐述了中铁二院在测绘、地质、桥梁、隧道和路基等专业的BIM技术应用，应用达到了优化设计方案的目的，以期为进一步提高我国铁路设计行业BIM技术应用水平作出贡献。关键词：达索；欧特克；铁路设计；BIM；二维出图；碰撞检测中图分类号：U212.3；TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2014）05-0014-05BIM概览152014年第5期分别达到了91%、86%和49%以上。相比之下，我国应用最早的建筑业BIM技术普及率仅为12%2-5。美国乔治亚技术学院的查克伊斯曼教授最先提出了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念6，之后在美、英、日、韩等国逐步发展完善，并形成了严格的行业标准及指南。如国际机构BuildingSMART颁布的Industry Foundation Classes（IFC）、International Framework for Dictionaries（IFD）、Information Delivery Manual（IDM），美国颁布的国家BIM标准7，新加坡颁布的新加坡BIM指南（2.0）8。我国在BIM技术应用方面起步较晚，但发展较快，建筑、机械等行业已初步形成了相应标准，如2008年由中国建筑科学研究院、中国标准化研究院等单位共同起草了GB/T 255072010工业基础类平台规范9，2010年清华大学BIM课题组提出了中国建筑信息模型标准框架（CBIMS）10并编制了设计企业BIM实施标准指南11。目前，我国各大设计院正加紧开展铁路三维设计与BIM技术应用的研究工作，以尽快将BIM技术真正运用于铁路设计行业中。通过对BIM相关理论的深入研究，给出了铁路行业中BIM的定义，研究分析了铁路设计行业BIM技术应用的现状与特点，并就BIM技术在铁路设计行业中的应用进行了研究与探索。1 BIM定义查克伊斯曼教授首次提出BIM的理念后，各国学者和企业又从不同角度给出了BIM的理解与诠释。通过对国内外相关资料的广泛调研，提出了BIM在铁路行业中的定义：BIM是利用信息模型对铁路工程建设项目进行规划、设计、施工、运营的过程；模型包含了项目所有的几何尺寸、空间关系、结构功能和性能等信息，项目不同参与方应共同维护该模型，并基于相关信息进行协同工作。2 铁路设计行业BIM技术应用现状同BIM应用较为成熟的建筑、水电行业相比，我国铁路行业BIM技术应用还处于起步阶段，但铁路行业已经意识到BIM应用和发展的必要性，中国铁路总公司于2013年5月召集各大铁路设计单位召开了“铁路勘察设计BIM应用技术研讨会”，专题讨论了如何在铁路勘察设计中开展BIM技术应用，并希望以勘察设计为突破口，解决BIM技术在铁路设计阶段的具体应用研究，为BIM在施工、运营阶段的进一步应用打下基础。同步立项“铁路工程建设信息化关键技术研究”部控科研课题，标志着BIM在我国铁路行业应用正式启动。3 铁路设计行业BIM技术应用特点铁路设计行业对BIM技术的应用应具备以下特点：数字化、可视化、多维化、协调性、可操作和全过程等（见图1）。（1）铁路设计行业BIM的概念应涵盖GIS的内容，因为设计阶段建立的BIM模型包括三维地理信息模型、三维地质信息模型和隧道结构三维模型。因此，设计阶段的BIM技术应体现出可视化、数字化和多维化等方面特点。（2）铁路设计行业各专业根据其自身特点的不同，往往需要应用不同的软件平台进行三维设计，因此各软件平台的互通和兼容在很大程度上考验了BIM技术应用的协调性和可操作性。（3）设计BIM模型需要转换为施工BIM模型，以实现各阶段、各参建方之间的信息无缝传递。建立统一的编码体系、制定相应的行业规范、打破阶段与各参建方之间的信息壁垒是重中之重，这也极大检验了BIM技术应用的协调性、全过程等方面的特点。（4）设计行业通过利用BIM技术可有效进行专业间、专业内的碰撞检验，可充分保证设计分析的效率与精度，可大大提高设计文件的质量并优化设计。因此，该方面的BIM应用将很大程度上检验其可视化、数字化、多维化、协调性和可操作性等方面的特点。图1 BIM技术应用特点数字化可视化多维化协调性可操作全过程BIM概览162014年第5期4 铁路设计行业BIM技术应用分析铁路设计行业BIM技术的应用涉及测绘、地质、线路、隧道、桥梁、路基等20多个专业，建模流程为地质三维模型、地表模型、三维选线、其他专业三维模型建立，后续在三维模型的基础上开展BIM应用研究。主要建模流程（含隧道专业BIM设计详细流程）见图2。中国中铁二院工程集团有限责任公司（简称中铁二院）目前主要在测绘、地质、隧道、桥梁、路基等站前专业开展了BIM建模、信息附加、工程量计算、二维出图等应用研究，后续将陆续开展覆盖站前、站后所有专业的BIM应用研究。4.1 测绘、地质、隧道方面BIM应用分析中铁二院测绘、地质、隧道专业基于宝兰客专石鼓山隧道开展了地表建模、地质建模、隧道设计及应用等多方面的BIM应用研究工作，取得了一定的突破。4.1.1 三维地表建模首先对地形影像数据处理，根据获取的石鼓山隧道区域10 km4 km的测绘数据，制作正射影像（DOM）和数字高程模型（DEM）；其次对背景数据处理；最后基于Skyline软件，通过金字塔技术将DOM和DEM集成，生成精细的三维地形模型（见图3）。4.1.2 三维地质建模地质建模过程主要是根据石鼓山隧道地质调绘资料及已有的纵横断面构建地层面，用建立好的地层面来剖切拉伸体，以生成地质体（见图4）。4.1.3 隧道三维建模隧道专业在三维地质模型和线路模型主设计骨架基础上，结合围岩分级、施工工法、衬砌形式等因素，划分出各隧道段落的二级骨架，为隧道三维设计提供定位支持。利用CAITA建模功能（如草图绘制、知识工程阵列等）建立参数化、可联动修改的隧道三维模型，并附加必要的非几何信息，利用CATIA知识工程模板功能将建立的模型封装为模板，在后续遇到同类型隧道建模时实例化模板即可。隧道专业依托石鼓山隧道工程，初步建立了部分暗洞、明洞、附属洞室、防排水、洞门等模型。以V级e型暗洞衬砌三维建模为例，介绍隧道三维建模全过程。（1）模型架构。结合制定的命名规则，暗洞洞身模型主要由超前支护、初期支护、二次衬砌和防排水构成。（2）骨架信息。根据骨架设计理念，需要定义与暗洞洞身相关的一系列骨架信息（如起始里程、终止里程、平面线本段、空间线本段等），同时还需绘制一系列模型草图（见图5、图6）。（3）模型建立。在草图绘制基础上，根据需要设置参数，按照设计要求，利用CATIA的拉伸、扫掠、剪切、结合等功能制作知识工程模板，再利用知识工程阵列建立参数化的、可联动修改的隧道三维模型（见图7）。（4）模板实例化。建立起规范、标准、科学的隧道模板后，利用CATIA知识工程模板模块中的文档图3 三维地形模型图4 全隧三维地质模型图2 设计阶段三维设计建模流程三维地表模型三维地质模型三维选线各专业协同设计隧道专业BIM设计流程骨架继承参数设置草图绘制模型生成模板制作模板实例化线路桥梁路基轨道通信信号机车.BIM概览172014年第5期模板、超级副本等功能可快速生成本段的文档模板，然后利用文档实例化功能并设置合适的输入参数即可快速建立起同类型的隧道三维模型。（5）工程量计算与二维出图。利用BIM隧道三维模型实现了二维出图、工程量计算、模型附加信息等功能。4.2 其他专业BIM应用分析（1）桥梁专业基于达索CATIA平台，以沪昆客专图5 暗洞洞身骨架信息图6 二衬轮廓草图（a）洞身整体模型（b）超前支护模型（c）初期支护模型（d）二衬模型图7 隧道三维模型北盘江特大桥等项目开展了参数化建模、二维出图、工程量统计、碰撞检测等BIM应用研究工作（见图8、图9）。（2）路基专业以西成线江油北站路基为基础，开展了Civil 3D软件建立路基三维模型的研究工作。以Open Inventor开发包为基础，开发了桩、锁口护壁、托梁、挡土板等结构的建模软件，同时进行了数字化施工应用研究工作。路基参数化三维模型见图10。BIM概览182014年第5期5 结论与展望BIM技术应用已成为铁路建设工程的必然趋势。目前，我国铁路行业的BIM之路才刚刚起步，但与建筑、水电等行业业务较为分散相比，铁路行业具备业务资源集中等优势，BIM在铁路行业的应用必将呈现迅猛之势，稳步向前推进。作为铁路设计行业的领军企业，中铁二院将在中国铁路总公司的统一组织下，以中国铁路BIM事业为己任，和相关企业开展通力合作，针对BIM在铁路行业的典型应用，有计划、分阶段地开展BIM应用研究和实施工作，逐步解决BIM难题，实现BIM在铁路建设行业的稳步推进。6 参考文献1 王珺BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究 D成都：西南交通大学，20112 李建成BIM概述J时代建筑，2013(2)：10-153 贺灵童BIM在全球的应用现状J聚焦信息化，2