王 鵬

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

1 概述

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T51235—2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》將BIM-Building Information Modeling(建筑信息模型)定義為：在建設(shè)工程及設(shè)施全生命期內(nèi),對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá),并依此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱[1]。BIM技術(shù)近年來發(fā)展迅速,已席卷全球的建筑環(huán)境行業(yè)[2]。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[3-5]，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,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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),鐵路行業(yè)BIM技術(shù)發(fā)展迅速。鐵路工程專業(yè)眾多,分工較細(xì),目前在橋梁、隧道、接觸網(wǎng)、四電等專業(yè)都對BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了深入研究[6-10],并在鐵路聯(lián)盟的推動下在實(shí)際的鐵路工程中進(jìn)行了探索性的實(shí)踐及驗(yàn)證。

2 站場專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及對策研究

鐵路站場設(shè)計(jì)是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要項(xiàng)目各方,在各個階段相互銜接,各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)[11]。站場專業(yè)是連接站前與站后專業(yè)的紐帶,具有“承上啟下”的關(guān)鍵作用,是鐵路車站的總圖專業(yè),站場設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量對整個鐵路的建設(shè)與運(yùn)營具有極其重要的影響。目前站場專業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用尚處于利用二維設(shè)計(jì)成果進(jìn)行三維信息模型建造的階段[12],效率低下,精度不高,無法體現(xiàn)BIM技術(shù)協(xié)同高效的價值。以實(shí)際工程項(xiàng)目的BIM應(yīng)用和站場專業(yè)將BIM技術(shù)作為設(shè)計(jì)的手段為目的,站場專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用應(yīng)從以下4個方面進(jìn)行研究。

2.1 站場專業(yè)BIM設(shè)計(jì)軟件研發(fā)

信息模型的基礎(chǔ)是模型,模型是信息的載體。目前主流三維設(shè)計(jì)平臺有Autodesk、Bentley及CATIA三種,三種軟件平臺各有其優(yōu)缺點(diǎn)[13]。但由于鐵路站場自身專業(yè)特點(diǎn)的獨(dú)特性,這三款軟件平臺均不完全適用于站場BIM設(shè)計(jì)。站場專業(yè)設(shè)備眾多,各種設(shè)備之間在空間、時間上信息高度耦合,只有充分考慮了站場各種設(shè)備極其復(fù)雜關(guān)系的設(shè)計(jì)軟件，才能適合站場專業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用。這也是目前國內(nèi)站場專業(yè)BIM設(shè)計(jì)現(xiàn)狀基本停留在利用二維設(shè)計(jì)成果進(jìn)行三維信息模型建造的階段的根本原因所在。

站場BIM設(shè)計(jì)軟件研發(fā)有以下兩種方法。

其一,在主流三維設(shè)計(jì)平臺上做二次開發(fā)。將站場設(shè)備，設(shè)備在空間、時間上的信息耦合關(guān)系在該平臺進(jìn)行定制,形成適合站場專業(yè)BIM設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)平臺。由此開發(fā)的平臺功能全面,適用性強(qiáng),但此方法開發(fā)周期長,投入也大。

其二,在現(xiàn)有的站場設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)上做延伸開發(fā)。筆者參與研發(fā)了鐵路站場數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[14-16]。該系統(tǒng)將站場專業(yè)各設(shè)備的幾何信息、非幾何信息及設(shè)備之間的空間、時間關(guān)系記錄到數(shù)據(jù)庫,并可實(shí)現(xiàn)通過數(shù)據(jù)庫自動成圖。通過在主流的三維設(shè)計(jì)平臺上開發(fā)站場數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自動建模插件,可實(shí)現(xiàn)站場專業(yè)信息模型的快速構(gòu)建[12]。

2.2 鐵路站場BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究

BIM價值的實(shí)現(xiàn)貫穿于工程項(xiàng)目從早期的概念設(shè)計(jì)到末期工程拆除的整個生命周期,而實(shí)現(xiàn)這個價值的基礎(chǔ)支柱則是公開的結(jié)構(gòu)化的BIM標(biāo)準(zhǔn)[17]。自鐵路BIM聯(lián)盟成立以來,陸續(xù)頒發(fā)了大量的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),極大地促進(jìn)了我國鐵路BIM技術(shù)的發(fā)展。

經(jīng)過對鐵路BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究及銀西、西法、西韓、閻機(jī)等項(xiàng)目的驗(yàn)證,站場專業(yè)BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需對鐵路聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)充完善,以提高其工程適用性。以IFD標(biāo)準(zhǔn)為例,依據(jù)站場專業(yè)設(shè)備特點(diǎn),結(jié)合鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)及鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)[18-19],對站場IFD標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)充完善。因篇幅限制,本文僅列舉部分?jǐn)U充完善的IFD標(biāo)準(zhǔn)：對站內(nèi)路基進(jìn)行擴(kuò)充完善,增加了場坪路堤53-111 060、隔水層53-111 070、設(shè)計(jì)地形實(shí)體53-111 080。對基床表層、基床底層和基床以下路基按照站場設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行了再次細(xì)分,如圖1所示。

圖1 站場專業(yè)IFD標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充完善

2.3 站場設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)適應(yīng)性調(diào)整

傳統(tǒng)基于二維CAD圖紙的站場設(shè)計(jì),站場專業(yè)輸入輸出資料以二維資料為主。BIM技術(shù)的應(yīng)用將二維設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槿S設(shè)計(jì)方式,設(shè)計(jì)方式的轉(zhuǎn)變除了給設(shè)計(jì)流程造成影響外,也使部分專業(yè)接口資料的形式發(fā)生改變。接口資料形式的改變會導(dǎo)致傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)到BIM三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生問題,需要進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

以站場設(shè)計(jì)時所需地形、橫斷面數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì),站場施工圖平面設(shè)計(jì)圖采用1∶2 000的dwg格式航測地形圖。橫斷面設(shè)計(jì)時采用按照橫斷面樁號實(shí)測的1∶500橫斷面地面線實(shí)測數(shù)據(jù)。在進(jìn)行三維設(shè)計(jì)時,站場路基三維信息模型的構(gòu)建參考的是三維數(shù)字地面模型。而以1∶2 000的平面地形圖制作的數(shù)字地面模型無法滿足站場路基體三維信息模型構(gòu)建所需的精度要求。鐵路車站點(diǎn)多面寬,全面制作1∶500地形圖會產(chǎn)生大量的附加成本。通過研究及銀西鐵路、陜西城際鐵路等項(xiàng)目的驗(yàn)證,利用1∶2 000地形圖加橫斷面實(shí)測數(shù)據(jù)融合的方式構(gòu)建三維數(shù)字地面模型可解決這一問題，如圖2所示。

圖2 以融合實(shí)測線方式構(gòu)建數(shù)字地面模型

2.4 設(shè)計(jì)成果交付平臺的研究

BIM價值的最大化實(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,從而使每一個項(xiàng)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[17]。因此設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的三維信息模型要想實(shí)現(xiàn)其BIM價值最大化,需要能夠在保證其信息完整性的條件下往施工、運(yùn)營及項(xiàng)目拆除階段傳遞。由于項(xiàng)目參與各方所使用的工具可能不同,設(shè)計(jì)成果的交付需要一個能夠集成模型、模型互操作、模型資料管理并兼容主流設(shè)計(jì)成果格式的平臺。鐵路工程點(diǎn)多線長,數(shù)據(jù)量龐大,海量的數(shù)據(jù)要能在平臺中進(jìn)行層次分明的組織,就要根據(jù)信息模型的特點(diǎn)研究其組織結(jié)構(gòu)規(guī)律。站場專業(yè)的設(shè)備眾多[20],以其設(shè)備本身特點(diǎn)為基礎(chǔ),將站場設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性分類并為其添加可定位的身份編碼,可將其組織成為結(jié)構(gòu)清晰層次分明的樹狀結(jié)構(gòu)。例如合陽東站警沖標(biāo)編碼：站場—合陽東車站—標(biāo)志標(biāo)牌—警沖標(biāo)—警沖標(biāo)1。依據(jù)該方法在陜西城際項(xiàng)目自主研發(fā)的BIM綜合管理平臺中構(gòu)建站場專業(yè)信息模型組織結(jié)構(gòu)樹,如圖3所示。

圖3 站場專業(yè)組織結(jié)構(gòu)樹

3 結(jié)語

自鐵路BIM聯(lián)盟成立以來,中國鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展,站場專業(yè)雖然為鐵路工程中的重要的總體型專業(yè),但在BIM技術(shù)應(yīng)用上相較房建、隧道、橋梁等工點(diǎn)型專業(yè)尚有所欠缺。本研究成果對鐵路站場專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用具有較高的參考價值。除專業(yè)軟件研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研究、平臺研究外,站場專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用今后尚需在全生命周期的模型有效傳遞、施工及運(yùn)維應(yīng)用等方面進(jìn)行深入研究。