鐵路BIM技術工程設計論文

導語：鐵路BIM技術工程設計論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1概述

建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)，是指利用數字技術表達建筑項目(現在泛指工程項目)的幾何、物理和功能信息，以及支持項目設計、施工、運營及管理全生命周期的技術、方法或過程。BIM具有可視化、協同性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。它使得工程項目在設計、施工、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行;不但能模擬設計出真實場景的建筑物模型，還可以模擬不能在真實世界中進行操作的事物。單體建筑的BIM技術及其應用已趨于成熟，但鐵路工程bim技術的開發與應用整體上尚處于起步和探索階段，沒有成熟的軟件可以使用，沒有現成的經驗可以借鑒。目前業主的需求越來越迫切和廣泛，有關部門已開始大力推進BIM技術在我國鐵路工程的開發與應用。今后工程設計單位除了提交設計圖紙外，還需要“傳模型”，沒有用BIM設計能力的單位將失去競爭力，鐵路工程設計BIM技術的開發與應用已迫在眉睫。BIM時代已經來臨，這是設計手段上的一次革命。首先，是在設計觀念和習慣要改變。過去設計人員只能用繪圖這種二維的手段來反映現實的三維工程項目。隨著BIM技術及計算機軟硬件的發展，今后設計人員將逐步過渡到直接用虛擬的三維模型來反映現實的三維工程項目，用數據庫來代替繪圖。通過建立基于BIM技術帶狀的鐵路工程真實場景模型協同設計平臺，實現各專業在同一個全線真實三維場景模型下的協同設計，使工程技術人員對各種工程信息作出正確的理解和高效的應對，從而提高生產效率、節約成本和縮短工期。根據目前鐵路工程BIM技術火熱的發展勢頭，在未來三五年內該技術的開發與應用將會有一個跨越式發展。

2鐵路工程設計BIM技術的差異化

鐵路工程項目是一個綜合的系統工程，具有點多、線長、面廣、投資規模大、技術性強、專業分工細、參加單位多、流程復雜等特點，有的工程還涉及運營中的即有線改造。一條鐵路工程項目的建設，從勘測設計、施工到交付運營將構成一個龐大的系統，在這個系統內既有嚴格的分工，又有密切的協作，同時又相互制約。鐵路工程與一般工民建筑的BIM技術開發與應用的差異化，具體體現在以下幾個方面。

2．1工程呈帶狀分布，沿途地理環境復雜

全線工程的作業面呈帶狀分布，每個建設項目長度延綿從幾十公里到上千公里，沿途穿山、越嶺、跨河，工程地質、地形和環境復雜多變;而一般的工民建筑只是相對集中布置在一個區域，大部分工點是建在已經完成“三通一平”的簡單地形上，地質和周圍環境相對單純。

2．2工程數量巨大，數據海量

通常一條鐵路的建設投資都在幾億元以上，有的多達千億以上。項目常常被劃分成數個甚至數十個標段，工點數量更是巨大。無論是工程建筑信息還是工程地理信息數據都是海量的，這樣的海量數據將需要一個有效的數據管理平臺和數據管理模式來管理。

2．3參加專業眾多，需要協同設計

在一個鐵路項目的設計中通常需要有眾多的專業協同工作，如:經調、行車、測繪、地質、線路、路基、軌道、橋梁、隧道、站場、機務、車輛、給排水、通信、信號、信息、電力、電化、房屋、暖通、環保、工程經濟等專業。隨著技術進步和建設標準的提高，這些專業不但技術上要求高，而且需要多專業間的密切配合協同設計，平行交叉作業繁多。

2．4工程屬性差異大，不易開發通用軟件

由于各專業工程內容的屬性不同，其設計的表達方式也有所不同。如:土建工程中設計的表達方式主要是幾何結構、受力分析、強度計算;四電工程中除了視覺層面的外，在設計上更多的表達方式是邏輯關系、負荷計算、信息規則;而對于軌道、路基、隧道、接觸網等工程為沿線路走向連續延伸。因此，采用或開發一個通用的軟件來解決這些個性化的需求在現階段是不可能的。

2．5專業間存在“信息孤島”，現用軟件大部分沒有BIM接口

在鐵路勘察設計企業的信息化建設過程中，一開始各專業都是本從本專業的需求出發，對勘察設計的軟件和設備進行引進、開發或升級換代，在此過程中逐步形成了本專業的數據標準格式。這些專業數據雖然能滿足本專業鐵路勘察設計的業務需求，但是下游專業開展設計時常常需要先經過二次轉換或重新錄入，才能使用上游專業提供的數據，數據跨專業使用的效率較為低下。隨著信息化建設的深入，各設計專業也在逐步完善自己的專業數據庫，加強了對數據的管理和維護，但沒有從一個全局性的高度來規劃和協調，使得各專業信息化的程度越深，專業間“信息孤島”的現象越嚴重。另外，由于鐵路工程BIM技術的應用起步比較晚，各專業正在使用的輔助設計軟件在開發時大部分沒有考慮與BIM軟件的接口問題。

2．6部分專業和設計不宜采用BIM的表達方式

雖然BIM技術具有可視化、協同性、模擬性等特點，但不是所有的設計階段、設計思想和解決問題的方式都可以用BIM的方式來表達，如:方案研究階段、預可研階段，以及經調、行車的分析計算等，BIM并不是最佳的表達方式。

3解決方案

帶狀大范圍工程設計三維真實感場景技術的研究成功，開辟了一個全新的鐵路工程設計應用BIM技術途徑。從真實場景模型上不但能量測對象的三維位置信息，而且還能反映對象的屬性信息，如房屋的層高和新舊、地表植被類型、裸露地土壤類型等。對于地質專業的不良地質、滑坡、斷層等信息，從航空的角度更容易判釋。真實感場景不但為設計提供了基礎信息來源，同時也提供了一個空間平臺，使得地理、地質、水文、城市規劃、線路設計走向等各方面的空間數據，可以在統一的地理空間上同時表現出來。線路、地質、路基、橋梁、隧道、站場等多個專業都可以在這個空間里進行信息獲取、信息挖掘、輔助設計、方案對比等工作。同時，各專業在設計過程中生成的BIM模型作為一種三維信息模型，也可以在真實場景模型中呈現。使用航空遙感影像數據和地形數據由計算機生成與現場一致的的三維真實場景模型，將各專業的分析與計算、圖形與信息交互、設計效果呈現等數據，按照里程坐標集成在一個帶狀連續的真實場景中，在分布式數據庫的管理模式下，實現各專業在真實三維場景模型下的協同設計，既建立一個各專業在三維真實場景下同時開展設計工作的大平臺，如圖1所示，具體解決方案如下。

3．1平臺組成及分工

大平臺由若干個專業BIM設計平臺和一個真實場景協同設計平臺組成。由于各專業的設計內容和流程十分復雜，每個專業需要建立自己相對獨立的專業BIM設計平臺，主要解決本專業作業中的分析與計算、模擬與仿真、族庫的建立與調用、中間成果及最終成果的生成、設計效果呈現等縱向問題，針對每一項專業性強的設計內容還需要建立相應的設計子系統;同時還要考慮施工、運營維護等工程全生命周期BIM的條件。在真實場景協同設計平臺上主要擺放各專業上下游互提資料及設計效果呈現等數據，主要是解決數據共享、設計協同及視覺上設計效果呈現等橫向問題。各專業的數據在本專業BIM設計平臺上“重量化”，在真實場景協同設計平臺上“輕量化”。

3．2各專業BIM模型在平臺上的呈現方法

鐵路全線工程設計是以線路里程為基礎的設計模式。建立BIM單體模型坐標與里程坐標之間的轉換，將各專業的BIM模型以里程坐標在真實場景協同設計平臺這個統一的地理空間中進行套合，解決單體BIM模型孤立存在的問題。采用地形重構技術，對各專業要放置的三維模型與地形進行融合處理，保證模型按照給定的設計高程、地理坐標及其他規則放置后表面與結合處地表一致，實現地形與三維模型之間的無縫套合。同時，制定各專業放置在三維真實場景平臺上模型的比例尺、坐標系標準及模型族庫建立規則，確保提交的數據準確融入系統和BIM的模型與模型之間無縫貼合。

3．3數據庫管理方式

針對鐵路工程數據量大及專業相對獨立的特點，采用分布式數據庫結構。該數據庫由全局數據庫和若干個專業數據庫組成。全局數據庫存儲項目、方案、坐標系、專業、設計人員、規則等具有全局性的數據，以數據索引統領各專業數據庫，形成聯系。各專業建立自己的數據庫，存儲本專業的數據，并將數據索引信息注冊到全局信息庫。各專業的數據按照接口標準放到數據庫中，以完成數據，專業間通過接口標準及權限來獲取各自所需的信息。

3．4現用專業軟件上傳數據庫的途徑

對于各專業目前使用的獨立軟件，無法直接連接到數據庫上，可按下列三種途徑來解決，如圖2所示。途徑一:通過編寫數據轉換程序和本地數據管理程序，完成專業軟件與協同設計平臺的連接。數據轉換程序將各專業的專業數據轉換為標準接口數據，并存儲到本地數據緩沖位置;本地數據管理程序實現對本地緩沖數據的。途徑二:修改現有軟件，增加標準數據輸出接口，通過數據管理程序數據。途徑三:重新編寫專業軟件，軟件直接以標準接口輸出數據，再由數據管理程序負責。甚至可以將程序直接寫入專業軟件，直接由專業軟件。如果現用專業設計軟件能進行二次開發，則通過途徑二進行軟件改造，增加新的接口是最理想的方式;否則就應選擇途徑一編制新的轉換程序，將數據按接口進行轉換;而途徑三由于要對既有軟件進行更新換代，代價太大，不宜采用。

3．5中間互通軟件和接口的選定

由于各專業的工程內容屬性不同，其設計的表達方式也就有所不同，適合采用的BIM軟件也就不一致。在專業互提資料中，每個專業的上下游專業通常也有好幾個，如果沒有一個通用的中間互通接口和標準，將導致接口過于復雜和接口設計困難。鑒于鐵路工程設計中一直采用的是AutoCAD系統，各專業在該平臺上開發和積累了大量的應用軟件，設計人員對該系統也很熟悉;因此，為了使數據接口盡可能的減少和簡化，各專業在設計時可以根據專業特點和屬性采用個性化的BIM軟件，但在進入三維真實場景平臺互提資料和設計效果呈現時規定統一采用AutodeskRevit格式。這樣，不論各專業采用哪種BIM軟件，只需開發該軟件與Revit的接口即可。同時開發Revit格式的三維模型數據與三維GIS模型數據的交換軟件和制訂數據接口標準，使Revit格式的三維模型數據導入之后能夠完整保留其原來的各項屬性，實現在三維真實場景平臺上對各專業的三維模型屬性進行查詢、調用、編輯、增加、刪除等操作。

3．6平臺初期拉通的原則

鑒于鐵路工程BIM技術才處于起步階段，要求開發人員不但要有軟件開發技能，還要熟悉設計流程，同時還需要有專業人員的配合;而剛開始對有些知識的認識是模糊和不完整的，通常是在開發過程中逐漸了解和掌握，并加深理解的;有的是隨著項目的推進，被細化或變更。因此，在現階段各專業僅適合在視覺和幾何形狀層面上進行初步拉通。隨著項目的推進和認識不斷深入，專業間的不斷磨合，以及規則、標準的逐步制訂和完善，再加載物理屬性信息和分析計算功能，即實現各專業這個階段在真實場景協同設計平臺上統一擺放的是Revit格式的三維模型。

4結論

帶狀大范圍工程設計三維真實感場景技術的研究成功，開辟了一個全新的鐵路工程設計應用BIM技術途徑。使用航空遙感影像數據和地形數據，由計算機生成與現場一致的三維真實場景模型;將各專業的工程三維模型按照里程坐標集成在一個帶狀連續的三維真實場景中，實現鐵路工程BIM方式下的協同設計。本文提出的鐵路工程設計BIM技術開發與應用的解決方案，對鐵道工程設計單位開展BIM工作具有一定的借鑒意義。

作者：劉鵬工作單位：中鐵第一勘察設計院集團有限公司