铁路BIM技术顶层设计研究与应用

冯光东，许永宏，操锋

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

0 引言

自2013年起，中铁第四勘察设计院集团有限公司（简称铁四院）以铁四院总部设计大楼［1-2］和新鼓山隧道［3］为基础，进行了单点工程的BIM技术应用；后逐渐在武襄十铁路［4］、鲁南高铁等项目进行了铁路全线、全专业、成系统应用。近年来，铁四院逐步开展了佛山西站［5］、谷城北站、安江站、襄阳东站、天目山隧道、谭江特大桥［6］、富春江特大桥、杭州西站等单点工程BIM应用，以及常益长高铁、福厦高铁等铁路全线BIM应用。随着项目的增加，各专业BIM应用出现“多、乱、杂”等问题，具体表现如下：

（1）设计不成体系。建模标准不统一，不同人员、不同专业的文件命名不统一，建模深度也存在差异；由于无相关软、硬件支撑等原因，模型建立后，出现业主不看、施工单位不用，甚至施工单位重新建模等情况。

（2）收益小、效率低。未产生经济收益，却额外增加了工作量，成为一些专业的负担，影响设计积极性。

（3）BIM设计与施工脱节。设计单位建立的BIM模型在施工单位无法应用，从而限制了BIM技术在设计单位的应用发展。

（4）BIM设计费用不统一，某些地方和行业有BIM设计计费标准，某些地方和行业无标准，影响BIM技术应用积极性。

（5）因生产任务重，很多设计人员既要参与二维设计，也要参加BIM设计，导致BIM设计人员工作量巨大，影响BIM设计效率。

铁四院相关课题组认为，采取“头痛医头、脚痛医脚”的办法，无法解决上述问题，最终决定开展基于铁路BIM技术的顶层设计研究，运用系统论方法，从全局角度出发，集中有效资源，高效快捷地实现铁路BIM设计目标，从根本上解决铁四院在铁路BIM技术应用中的瓶颈。

1 解决方案调研

要开展铁路BIM技术顶层设计研究，首要前提是进行解决方案调研，深入了解企业内部专业情况，对标我国BIM技术应用开展较好的先进企业。根据“摆出问题、对标先进、寻找差距”的原则，制定出具体的解决方案调研实现流程（见图1）。

图1 解决方案调研实现流程

根据图1所示流程，制定解决方案调研提纲。提纲主要包括且不限于以下内容：

（1）调研铁四院内各专业BIM应用能力，BIM在各专业中的现阶段及将来的定位，存在的问题，BIM发展的目标（包括培育期、发展期和成熟期），软硬件需求等；

（2）走访行业内外BIM应用较好的企业，主要进行BIM应用对标，寻找差距；

（3）邀请业内专家进行专业交流，请专家把脉，针对存在的问题寻求解决之道。

2 顶层设计内容

国外发达国家BIM技术应用较早，除了在BIM标准、指导意见等方面处于领先地位，其设计与施工也具备丰富的案例经验。我国国家及地方政府、铁路行业等也对BIM设计及施工越来越重视，鲁南高铁、杭州西站、襄阳东站、谷城北站等项目均有不同程度的BIM技术应用要求。业主的广泛关注、市场的激烈竞争，以及铁路BIM联盟开展的大量前瞻性工作，全力推进了BIM技术在铁路行业的发展，BIM技术已是铁路设计企业必备的专项技术。

通过总结调研，形成铁四院《BIM技术调研报告》。根据报告，结合铁路设计行业内外部BIM应用环境，完成了铁四院铁路BIM技术顶层设计（见图2）。

由图2可知，铁四院铁路BIM技术顶层设计主要从软件平台技术路线、BIM标准、中长期目标及相关保障措施等方面进行，着力解决软硬件、人力资源、建模（含协同设计）、交付等阻碍企业BIM技术应用的各种问题，并从长远角度制定了企业BIM实施目标。

2.1 技术路线

铁四院铁路BIM设计包括以下2条技术路线：

（1）单软件平台技术路线。以当前主流BIM设计平台中的1款为主要平台，进行全专业BIM设计。常见的设计平台有Revit、Bentley、Catia等。

（2）多软件平台技术路线。以多个设计软件开展BIM设计，最终在1款集成软件中进行各专业模型的集成。当前，铁四院BIM设计平台较多，且各专业均在各自平台上开展相关开发，且取得了很好的成效，因此在前期容许多平台进行过渡，后期逐渐统一为单平台设计。

2.2 设计规划

2.2.1 BIM资源标准

主要包括硬件资源、人力资源和BIM模型资源库。

（1）硬件资源。以超融合技术，在铁四院内部搭建能有效聚合、分配IT资源的高性能铁四院BIM云平台（见图3），从而实现资源实时调整与优化，满足BIM设计硬件需求。

在铁四院BIM云平台中，管理员可根据用户申请，调配对应桌面的资源，如增加内存、显存、核数及硬盘存储等。当用户不使用云平台时，可将用户资源收回。同时，平台可备份用户每天的数据，当数据误删时，可从备份数据中获取数据。

图2 铁路BIM技术顶层设计内容

图3 铁四院BIM云平台

（2）人力资源。以院领导统管铁四院BIM应用，完善BIM组织架构及岗位职责，形成如BIM总体、BIM专册、BIM工程师等以项目为主体的岗位职责权属。

（3）BIM模型资源库。主要为辅助BIM设计的资源库等，如自主开发的铁四院族库管理系统［7-8］（见图4）及为提高BIM设计效率而购买、下载或开发的小插件、小程序等。

2.2.2 BIM行为标准

主要包括业务流程规范的梳理、设计流程的再造、协同设计标准的制定［9］。

以站房暖通设计为例，二维设计不需要指明位置，但是BIM设计则需要指明管线、设备等的明确位置，这需要更多的设计资料。因此，要梳理各专业设计流程，结合BIM设计特性，对BIM设计流程进行再造，形成符合BIM设计的流程，并基于该流程开发基于BIM技术的协同管理平台——BIM工程设计管理平台（见图5）。在设计阶段，各专业通过协同管理平台进行BIM设计资源的互提（见图6）。对于企业内部协同，直接通过平台实现；对于企业外部协同，由管理员分配用户和相关权限实现。同时，该平台还实现了BIM设计与企业既有生产经营管理系统的对接。

2.2.3 企业标准

主要包括建模标准、交付标准及建模精度标准。

结合铁路BIM联盟相关标准，进行了铁四院企业标准的制定。标准制定中，主要统一了各专业命名规则，各设计阶段的BIM应用深度、材质、参数设置规则，空间关系规则，建模重用规则等。在交付标准中，进一步明确了知识产权保护的问题，在向其他企业提交模型时，开发集成平台，对模型进行轻量化并发布［10］，各企业可通过集成平台在线查看BIM设计成果并进行审阅。

2.2.4 中长期目标

主要从培育期、发展期和成熟期等不同阶段，在企业层面确定铁路BIM设计总体目标：

（1）培育期（2017—2018年）。主要以中国国家铁路集团有限公司及铁四院科研项目进行试点，经费全部由铁四院提供，目的在于培养BIM设计人才。

图4 铁四院族库管理系统

图5 BIM工程设计管理平台

图6 各专业设计资源互提关系示意图

（2）发展期（2018—2022年）。主要围绕业主有BIM需求的项目及铁四院指定重点项目进行BIM应用。BIM设计费用较低的，由铁四院给予相关补贴，重在适应BIM市场环境，进一步培养BIM设计和管理人才。在一些铁路设计项目中，尝试采用BIM设计取代二维设计。

（3）成熟期（2022—2025年）。成立BIM团队参与国内外BIM招投标项目，且参与BIM设计全过程，并有成熟的BIM设计技术；参与铁路设计项目的BIM咨询，在项目中以BIM设计取代二维设计。

2.3 技术保障

技术保障要贯穿整个顶层设计始终，主要从培训、考核、政策、资金、人力资源等方面进行支持；在培育期及发展期，政策、资金和培训等向BIM倾斜；在每年对各处的考核指标中，增加BIM设计项。

3 结束语

近年来，通过开展福厦高铁、常益长高铁、赣深高铁羊台山隧道、富春江特大桥、杭州西站等多个铁路BIM设计项目，对铁路行业BIM顶层设计的成效进行验证。验证结果表明，BIM设计效率得到进一步提升，BIM设计质量明显提高，BIM应用项目数量和范围进一步增大；BIM应用点由单一的建模、动画、碰撞分析，逐渐向VR、装配式、物联网等多应用点“BIM+”方向拓展；积极开展基于EPC项目的BIM设计，打通BIM设计与施工间的数据交互。下一步，将根据BIM发展情况，对BIM顶层规划进行细化和完善，以满足铁路设计全球化的需要。