BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在青連鐵路四電工程中的應(yīng)用

閆立忠

(青連鐵路有限責(zé)任公司，山東青島266499)

0 引言

鐵路四電的項目管理需要信息化技術(shù)彌補現(xiàn)有項目管理的不足，基于建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)技術(shù)的四電信息管理應(yīng)用平臺系統(tǒng)正符合目前的應(yīng)用潮流[1]。鐵路建設(shè)技術(shù)人員通過運用BIM技術(shù)，可以改變以往工程建設(shè)方案設(shè)計的思維方式，提高鐵路行業(yè)建設(shè)水平[2]。BIM技術(shù)可為建筑業(yè)的發(fā)展提供有力的支持，而BIM標(biāo)準(zhǔn)則是其實施的基本依據(jù)[3]。結(jié)合實際應(yīng)用情況對標(biāo)準(zhǔn)提出修改建議，可以為鐵路四電工程BIM標(biāo)準(zhǔn)的推廣奠定基礎(chǔ)[4]。

鐵路總公司共選取17個鐵路建設(shè)項目進(jìn)行BIM技術(shù)試點研究應(yīng)用，青連鐵路四電工程作為其中2個四電BIM試點項目之一。文章基于達(dá)索平臺，開展了鐵路四電工程BIM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究，通過對系統(tǒng)鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)IFC屬性和實體進(jìn)行擴(kuò)展并部署，按照編碼體系賦予鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)IFD屬性，建立了符合幾何精度、信息完善的BIM模型并進(jìn)行交付，就青連鐵路四電BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用及現(xiàn)存BIM標(biāo)準(zhǔn)的不足展開研究，為中國鐵路四電BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化提供了必要的支持，進(jìn)一步促進(jìn)了中國鐵路BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完善。自愿性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在總結(jié)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，可為鐵路工程建設(shè)和管理提供可操作的建議[5]。

1 中國鐵路BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概述

1.1 鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)

2016年7月，鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布了鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)。鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)為鐵路行業(yè)的數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)，是規(guī)范鐵路信息描述與存儲的語言，以結(jié)構(gòu)化的方式定義鐵路實體及其屬性，是面向互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)則類標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用IFC標(biāo)準(zhǔn)的意義在于，使成果遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，保證設(shè)計成果能在不同設(shè)計階段、不同設(shè)計軟件中都能正確識別，信息的交換變得更加容易和高效[6]。

1.2 鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)

2015年1月，鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布了鐵路工程信息模型的分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)。鐵路IFD標(biāo)準(zhǔn)為鐵路行業(yè)的信息語義標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)信息內(nèi)容的屬性或特性，將信息按一定的原則和方法進(jìn)行區(qū)分和歸類，并建立起一定的分類體系或排列順序的方法。應(yīng)用IFD標(biāo)準(zhǔn)的目的是以科學(xué)的方法對工程概念進(jìn)行歸納、定義、標(biāo)識與關(guān)系梳理。

1.3 鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)

2017年9月，鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布了鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)。為確保鐵路工程建設(shè)過程中，工程設(shè)計參與各方所交付的鐵路工程信息模型幾何精度和信息深度科學(xué)合理、滿足實際工程需求，制定了信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)，適用于鐵路工程設(shè)計和建造過程中，基于鐵路工程信息模型在具體工作階段下的數(shù)據(jù)建立、傳遞和解析，特別是各專業(yè)之間的協(xié)同，工程建設(shè)參與各方的協(xié)作，以及質(zhì)量管理體系中的管控、交付等過程[7]。

模型精度基本等級的劃分應(yīng)參照TB 10504—2007《鐵路建設(shè)項目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計文件編制辦法》所定義的各個階段執(zhí)行，如施工圖設(shè)計階段鐵路工程信息模型需滿足LOD3.5，竣工、運維階段需滿足LOD5.0等。

2 青連鐵路四電工程BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

2.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

由于IFC4.0中原有實體和屬性集未包含在鐵路四電IFC標(biāo)準(zhǔn)中，因此鐵路四電工程信息模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)需要在IFC4.0和《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵路四電工程的特點及需求進(jìn)行擴(kuò)展[8]?；谶_(dá)索系統(tǒng)，對鐵路四電IFC相關(guān)實體和屬性集進(jìn)行補充，同時將原IFC4.0中與四電有關(guān)的內(nèi)容部署至達(dá)索系統(tǒng)。

電纜槽、過軌管、橋架、走線架采用原IFC4標(biāo)準(zhǔn)中的IfcCableCarrierSegment類型，此類型既有枚舉項見表1，該類型下對應(yīng)的屬性集見表2。

表1 IFC4.0中IfcCableCarrierSegment既有枚舉類型表

表2 IFC4.0中IfcCableCarrierSegment屬性集表

表2中的15個屬性集，分別對應(yīng)相應(yīng)的預(yù)定義枚舉項，若無對應(yīng)預(yù)定義枚舉，則此屬性屬于此類實體。

鐵路四電IFC在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，新增枚舉項定義CANTILEVER腕臂、SUPPORTOR肩架，新增屬性集 Pset＿CableCarrierSegmentTypeCantilever、Pset＿CableCarrierSegmentTypeSupportor。 屬性 集包含屬性見表3、4。

表 3 Pset＿CableCarrierSegmentTypeSupportor屬性列表

表 4 Pset＿CableCarrierSegmentTypeCantilever屬性列表

在青連鐵路四電BIM試點項目中，通過核查四電專業(yè)原有的IFC類型，對需要的類型及屬性集進(jìn)行補充，并和鐵路四電IFC統(tǒng)一部署至系統(tǒng)。各專業(yè)首先形成了本專業(yè)的IFC分類和屬性表，然后在Enovia平臺上通過定義擴(kuò)展類型的方式，完成了IFC分類和屬性集在達(dá)索系統(tǒng)的部署[9]，并進(jìn)行了將BIM模型導(dǎo)出成IFC格式文件的測試驗證，保證創(chuàng)建的BIM模型符合IFC標(biāo)準(zhǔn)，能被其他支持IFC的軟件正確識別。

以電力變電專業(yè)為例，部分IFC分類示例如圖1所示。

圖1 電力變電專業(yè)IFC分類示例圖(部分)

各專業(yè)應(yīng)用IFC分類和屬性，創(chuàng)建帶有幾何和非幾何信息的BIM模型，以電力專業(yè)的配電箱為例，其模型IFC屬性如圖2所示。

圖2 電力專業(yè)配電箱BIM模型IFC屬性圖

將配電箱模型以 IFC格式導(dǎo)出，并導(dǎo)入Navisworks軟件中，檢驗IFC類型和屬性集是否正確和完整，導(dǎo)出結(jié)果如圖3所示。

圖3 導(dǎo)出至其他軟件的設(shè)備屬性集圖

2.2 IFD標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

IFD標(biāo)準(zhǔn)分類多，覆蓋面廣，若應(yīng)用場景不明確，將難以選用IFD編碼。因此根據(jù)四電專業(yè)工程實際情況與設(shè)計習(xí)慣，制定IFD編碼原則，使項目設(shè)備和構(gòu)建編碼規(guī)則一致，方便后期查詢和搜索。

依據(jù)《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》，青連鐵路四電BIM試點工程基于以下原則對四電專業(yè)BIM模型添加IFD編碼信息:

(1)根據(jù)《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》中的表22(專業(yè)領(lǐng)域)、表51(按功能分鐵路單項工程)、表53(鐵路工程構(gòu)件)、表55(鐵路工程項目階段)、表 58(鐵路工程產(chǎn)品)5個分類面[10]，為四電工程BIM模型匹配并賦予對應(yīng)的符合工程實際、項目階段的信息模型編碼，與專業(yè)無關(guān)聯(lián)的分類面暫不考慮，如表56和表57所代表的分類面。

(2)長串編碼中各個分類面對應(yīng)編碼的先后順序參照分類面列表的先后順序排列，同一分類面中多個編碼的先后順序參照列表中的順序排列。

(3)基于四電專業(yè)的工程結(jié)構(gòu)分解，分類編碼按照項目級、構(gòu)件級或產(chǎn)品級進(jìn)行劃分，并賦予不同的對象。項目級的信息模型分類僅賦予能夠承載工程總體信息的節(jié)點，如電力專業(yè)的電力節(jié)點，并默認(rèn)電力節(jié)點下的構(gòu)件節(jié)點或產(chǎn)品節(jié)點繼承其編碼，構(gòu)件不再重復(fù)錄入項目級信息模型分類，而只錄入構(gòu)件相關(guān)的信息模型分類。

(4)涉及鐵路工程項目設(shè)計階段時(表55)，默認(rèn)當(dāng)前階段為項目實施階段中的施工圖階段，并將分類編碼賦予項目節(jié)點，專業(yè)節(jié)點不再錄入此編碼。

(5)四電專業(yè)BIM模型編碼主要格式為專業(yè)領(lǐng)域+功能+構(gòu)件+產(chǎn)品，其他特殊構(gòu)件另行編制。

青連四電BIM試點工程中四電專業(yè)構(gòu)件編碼情況見表5，應(yīng)用IFD查詢與部署工具，將BIM模型賦予IFD編碼，并可自動更新，IFD查詢與部署工具如圖4所示。

表5 四電專業(yè)構(gòu)件編碼表

圖4 IFD查詢與部署工具圖

2.3 交付精度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

根據(jù)《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》，青連鐵路四電BIM試點項目將標(biāo)準(zhǔn)中所要求的幾何精度和信息深度以三維模型和IFC、IFD的形式添加至BIM模型中。

(1)幾何精度

按照工程圖紙，建立四電各專業(yè)設(shè)備、構(gòu)件及線纜的模型，模型幾何精度均可達(dá)到1 mm。接觸網(wǎng)專業(yè)包括基礎(chǔ)及拉線、支柱支持及定位裝置等構(gòu)件模型。電力專業(yè)包括照明、變配電等構(gòu)件模型。通信專業(yè)包括通信線路、傳輸及接入、數(shù)據(jù)通信等構(gòu)件模型。信號專業(yè)包括行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、閉塞系統(tǒng)、列車運行控制系統(tǒng)等構(gòu)件模型。

(2)幾何信息

根據(jù)工程實際需求，建立工程三維模型，包含設(shè)備模型的長度、寬度、高度以及定位、里程信息等。

(3)非幾何信息

通過部署IFC屬性集、IFD分類編碼以及達(dá)索系統(tǒng)自帶的模型信息，為模型添加基本信息、身份描述、項目信息、材質(zhì)、性能、生產(chǎn)廠家及安裝方式等信息，使模型的非幾何信息滿足交付標(biāo)準(zhǔn)。

3 BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修改對策

3.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)修改對策

(1)通信工程

IfcCommunicationsAppliance類中包含現(xiàn)有枚舉項ANTENNA和新增枚舉項WIRELESSCOMMUNICATIONEQUIPMENT，ANTENNA包含于 WIRELESSCOMMUNICATIONEQUIPMENT，建議修改 IFC標(biāo)準(zhǔn)。

(2)信息工程

部分防災(zāi)設(shè)備、纜線、設(shè)備柜等采用IFC4的既有類型的枚舉項表達(dá)，對應(yīng)的屬性集不能合理完善地對其進(jìn)行描述，建議針對鐵路行業(yè)特點增加屬性集。IFC缺乏對于施工、運維等應(yīng)用階段的全部描述，其各類設(shè)備、纜線等的屬性集不完全適用于模型全生命周期的應(yīng)用，建議考慮工程全生命周期的應(yīng)用。

(3)牽引供電工程

四電IFC牽引變電部分僅從系統(tǒng)層面進(jìn)行表述，建議增加空間分解結(jié)構(gòu)表述。四電IFC缺少部分鐵路特殊設(shè)備的類型枚舉和屬性集，建議增加。

(4)電力工程

四電IFC部分直接使用IFC4既有屬性集，不能全部體現(xiàn)設(shè)備的必要參數(shù)，或不適用鐵路行業(yè)特點，建議增加屬性集。四電IFC屬性集應(yīng)與交付精度標(biāo)準(zhǔn)中信息深度要求中的非幾何信息一致。

3.2 IFD標(biāo)準(zhǔn)修改對策

IFD標(biāo)準(zhǔn)編碼方式不唯一，需要在清楚具體使用目標(biāo)的情況下進(jìn)行選用。目前四電專業(yè)BIM模型是基于具體的四電工程建立的，對于IFD標(biāo)準(zhǔn)中的鐵路人員角色等分類編碼不知如何選填應(yīng)用。建議根據(jù)具體應(yīng)用場景，明確賦碼規(guī)則。根據(jù)鐵路人員角色級別進(jìn)行編碼，如執(zhí)行級、管理級、決策級等；或根據(jù)鐵路人員角色應(yīng)用場景進(jìn)行編碼，如通信工程、信息工程、信號工程、電力工程等。

3.3 交付精度標(biāo)準(zhǔn)修改對策

(1)通信工程

交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的非幾何信息，需要與IFC的屬性相對應(yīng)。交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的非幾何信息，如廠家信息，無法在設(shè)計階段提供，需要修改交付精度標(biāo)準(zhǔn)。

(2)信息工程

交付精度中關(guān)于信息深度中非幾何信息的內(nèi)容，應(yīng)與IFC屬性集中的相對應(yīng)，并符合鐵路四電設(shè)計習(xí)慣。在自然災(zāi)害及異物侵限專業(yè)中，當(dāng)模型幾何精度為LOD3.5時規(guī)定“如有生產(chǎn)廠家提供的模型時可直接采用”等內(nèi)容不符合設(shè)計階段的要求，建議做相應(yīng)修改?！澳Ｐ托畔⒕_到10 mm”這項要求，沒有具體參照標(biāo)準(zhǔn)，不易于理解和實際應(yīng)用，建議做相應(yīng)修改。

(3)信號工程

交付標(biāo)準(zhǔn)中的信息交付內(nèi)容，建議將與設(shè)計階段無關(guān)內(nèi)容刪除，按照設(shè)計、施工、運維3個階段劃分信息交付內(nèi)容和深度。交付標(biāo)準(zhǔn)中的幾何交付內(nèi)容，建議優(yōu)化部分模型的設(shè)計交付精度等級，降低設(shè)備內(nèi)部部分細(xì)小零件或細(xì)節(jié)部分的建模要求，最大程度利用模型的主要作用，避免耗費過多時間在眾多細(xì)小之處。

(4)牽引供電工程

交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的幾何信息、非幾何信息，需要與IFC的屬性相對應(yīng)并進(jìn)行補充完善。

(5)電力工程

交付精度標(biāo)準(zhǔn)中，室內(nèi)設(shè)備較多，室外設(shè)備較少。交付精度中，關(guān)于信息深度中非幾何信息的內(nèi)容，應(yīng)與IFC屬性集中的相對應(yīng)，并符合鐵路四電設(shè)計習(xí)慣。幾何精度并沒有對電力模型進(jìn)行描述。交付精度標(biāo)準(zhǔn)里需要輸入的非幾何信息，如廠家信息等，無法在設(shè)計階段提供。交付標(biāo)準(zhǔn)中的幾何精度要求，建議優(yōu)化部分模型的設(shè)計交付精度等級，尤其是產(chǎn)品類內(nèi)部結(jié)構(gòu)精度要降低。交付精度標(biāo)準(zhǔn)中幾何信息均以長、寬、高界定是不適宜的，沒有表達(dá)出設(shè)備結(jié)構(gòu)特點。部分設(shè)備或構(gòu)件的安裝細(xì)節(jié)與產(chǎn)品有關(guān)，設(shè)計階段無法提供較為細(xì)致的安裝細(xì)節(jié)要求。設(shè)備安裝要求、現(xiàn)場試驗要求已在技術(shù)規(guī)格書中體現(xiàn)，若賦予模型則會造成模型信息冗余。

4 結(jié)語

中國鐵路總公司將BIM技術(shù)作為實現(xiàn)鐵路工程建設(shè)信息化的主要技術(shù)發(fā)展方向，依托我國鐵路工程項目對鐵路工程BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗證并不斷完善。同時，我國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)一步提升和優(yōu)化中，從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升為國家標(biāo)準(zhǔn)甚至納入到國際標(biāo)準(zhǔn)體系中，為鐵路工程項目全生命周期的實施和應(yīng)用提供基礎(chǔ)和依據(jù)。通過對《鐵路四電工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》以及《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)》3個BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究，結(jié)合青連鐵路四電工程的實際情況，對標(biāo)準(zhǔn)提出相應(yīng)的修改對策，為鐵路四電BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化提供強(qiáng)有力的支持，促進(jìn)中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善。