基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)

田晶京 鄭云水

摘要：文章在分析我國鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用前景的基礎(chǔ)之上，根據(jù)鐵路行業(yè)人才培養(yǎng)的需求，考慮鐵路行業(yè)發(fā)展的需要，結(jié)合鐵路“四電”專業(yè)課程的特色，提出了基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)方案，并在蘭州交通大學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)當(dāng)中加以研究和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)；軌道交通；BIM

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0275-02

一、引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）當(dāng)前在建筑行業(yè)的運(yùn)用相對成熟，但在我國鐵路領(lǐng)域的運(yùn)用剛剛起步，屬于鐵路領(lǐng)域新技術(shù)。隨著BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，三維模型取代二維圖紙傳遞信息已成大勢所趨。BIM技術(shù)能夠快速發(fā)展，與高校在BIM技術(shù)課程體系建設(shè)、人才培養(yǎng)模式開展方面做出的工作有很大關(guān)系。美國的亞利桑那州立大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、加州州立大學(xué)等多所大學(xué)都將BIM技術(shù)引入到課程教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合。在國內(nèi)，已經(jīng)有部分高校將BIM技術(shù)引入到教學(xué)研究中。清華大學(xué)與廣聯(lián)達(dá)公司共同成立BIM研究中心，對BIM應(yīng)用軟件的集成、工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)、三維實(shí)體建模等進(jìn)行了研究；同濟(jì)大學(xué)與魯班軟件公司達(dá)成協(xié)議，就如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)進(jìn)行了合作簽約；天津理工大學(xué)借助BIM的仿真技術(shù)開展工程項(xiàng)目管理課程；深圳大學(xué)在工程制圖課程中結(jié)合BIM技術(shù)對建筑構(gòu)件進(jìn)行可視化教學(xué)。

在鐵路“十三五”規(guī)劃當(dāng)中，研究BIM技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全生命周期中的應(yīng)用是“十三五”鐵路科技創(chuàng)新重點(diǎn)任務(wù)之一。主要的研究內(nèi)容包括：研究鐵路全生命周期BIM模型架構(gòu)頂層設(shè)計(jì)和構(gòu)建技術(shù)，研究基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的BIM模型信息收集、存儲、傳遞的集成體系，研究多層次、多平臺、多應(yīng)用技術(shù)條件下的BIM模型綜合管控技術(shù)，研究鐵路BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)應(yīng)用規(guī)范。近期，鐵路總公司總經(jīng)理陸東福在視察中國鐵設(shè)時(shí)就指出，要抓住當(dāng)前大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)快速發(fā)展的機(jī)遇，將BIM技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)選線、工程建設(shè)管理、鐵路運(yùn)營維護(hù)等環(huán)節(jié)的接續(xù)運(yùn)用，推進(jìn)鐵路數(shù)字化、智能化建設(shè)。鐵路建設(shè)需要大量具備專業(yè)知識同時(shí)掌握BIM應(yīng)用的人才，因此作為為鐵路建設(shè)培養(yǎng)大量人才的高等學(xué)校，建設(shè)與軌道交通專業(yè)緊密相關(guān)的BIM實(shí)驗(yàn)平臺是滿足鐵路建設(shè)人才培養(yǎng)的需要，是鐵路特色學(xué)校建設(shè)與發(fā)展的需要，是軌道交通鐵路特色專業(yè)建設(shè)與發(fā)展的需要，是軌道交通鐵路特色專業(yè)教學(xué)的需要。

BIM技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于全生命周期價(jià)值的發(fā)揮，即BIM技術(shù)可貫穿于鐵路工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維三個(gè)階段，通過三維協(xié)同設(shè)計(jì)和三維立體顯示，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，以及有效解決設(shè)計(jì)中的差錯漏碰；也能通過三維模型展示和四維信息化顯示，直觀地有效管理施工過程；更能通過對設(shè)計(jì)、施工過程中形成的三維立體模型和四維的信息儲存，形成對運(yùn)營和維護(hù)管理的有效信息，方便運(yùn)營和維護(hù)管理，提高運(yùn)營管理質(zhì)量和效率。因此，BIM技術(shù)對鐵路現(xiàn)代化建設(shè)和管理意義重大，各級鐵路建設(shè)和管理者均十分重視?；贐IM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)能夠使教師和學(xué)生緊跟鐵路發(fā)展的最新動向，為鐵路設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等單位培養(yǎng)需要的人才；軌道交通專業(yè)的發(fā)展方向必須符合鐵路建設(shè)的發(fā)展要求，基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)滿足了軌道交通專業(yè)發(fā)展的需要；基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)對交通控制專業(yè)教學(xué)、科研以及人才培養(yǎng)具有重要的作用。

二、BIM在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具，通過參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對，為參建各方提供協(xié)同工作的平臺，在提高生產(chǎn)效率、建筑質(zhì)量、節(jié)約成本和縮短工期方面有明顯效果。這一理論最早出現(xiàn)于建筑工程領(lǐng)域，目前在該領(lǐng)域的理論研究與時(shí)間相對于鐵路行業(yè)較為領(lǐng)先。與建筑工程相比，鐵路建設(shè)是一項(xiàng)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要各階段內(nèi)多專業(yè)間的密切配合，頻繁地進(jìn)行多種形式的信息的交互，并且多個(gè)建設(shè)參與方要共同進(jìn)行溝通協(xié)作來完成。

運(yùn)營、設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)等相關(guān)部門都在大力推進(jìn)鐵路數(shù)字化發(fā)展。從鐵路設(shè)計(jì)開始到施工，一直到運(yùn)營維護(hù)，都可以用一個(gè)完整的模型整合在一起，這樣可確保將鐵路系統(tǒng)從設(shè)計(jì)階段到運(yùn)營階段的各個(gè)技術(shù)點(diǎn)統(tǒng)一在一個(gè)完整的數(shù)據(jù)平臺之上，為設(shè)計(jì)者、施工者、運(yùn)營管理者提供一個(gè)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，讓他們協(xié)同實(shí)現(xiàn)各自在不同環(huán)節(jié)的工作目標(biāo)。

BIM究其根本是一個(gè)集大數(shù)據(jù)的大平臺模型，BIM的最終表現(xiàn)形式為可視化的多維度、多功能、多用途的計(jì)算機(jī)圖形模型，所以BIM模型最終是以多維度、多功能、多用途的模型計(jì)算機(jī)圖形的形式展現(xiàn)在顯示設(shè)備上。這就對計(jì)算機(jī)的圖形處理能力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。再反觀如今的鐵路建設(shè)工程項(xiàng)目往往體量巨大，大跨度橋梁隧道等比比皆是。龐大的海量工程信息加上巨大的工程體量使得BIM模型非常巨大，即使再最高端的民用計(jì)算機(jī)設(shè)備上運(yùn)行起來也是未免顯得捉襟見肘。目前為解決此現(xiàn)象，行業(yè)內(nèi)的通用做法是配置超高端的定制計(jì)算機(jī)，外加每臺計(jì)算機(jī)專門配置運(yùn)行模型需要的軟件程序。完成如此巨大的項(xiàng)目工程來說，需要幾十臺此類軟硬件設(shè)備。同時(shí)考慮到鐵路建設(shè)工程的施工、運(yùn)維等階段的實(shí)際使用情況，需要在工地現(xiàn)場運(yùn)用，這樣對移動辦公就提出了更高的要求。

三、研究思路與方法

1.研究思路。①基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)必要性和可行性。在對鐵路設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等單位進(jìn)行大量調(diào)研的基礎(chǔ)之上，掌握BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，了解BIM在鐵路行業(yè)今后的發(fā)展趨勢，從而明確項(xiàng)目建設(shè)的必要性；在對相關(guān)高等學(xué)校和科研單位調(diào)研的基礎(chǔ)之上，掌握項(xiàng)目的國內(nèi)研究水平，明確項(xiàng)目實(shí)施的可行性。②研究建設(shè)基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺所需的硬件基礎(chǔ)。首先，BIM利用地理信息系統(tǒng)、鐵路線路和勘測數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了既有鐵路線路模型和附屬工程模型，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行信號、通信、供配電、接觸網(wǎng)等的詳細(xì)設(shè)計(jì)，因此需要在多個(gè)軟件之間進(jìn)行無縫環(huán)境的整合和可視化。其次，BIM系統(tǒng)中的設(shè)備、線路、附屬工程設(shè)施等要能夠檢查設(shè)計(jì)方案的可行性和可施工性，最終的設(shè)計(jì)效果圖可以實(shí)現(xiàn)三維顯示。第三，BIM模型不僅具有圖形顯示的功能，還具有相應(yīng)的物理特性和管理信息等內(nèi)容。研究并搭建能夠?qū)崿F(xiàn)以上這些功能的硬件，并優(yōu)化硬件系統(tǒng)。③對比BIM各軟件的特點(diǎn)，提出實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺的軟件。BIM涉及到的應(yīng)用軟件主要包括：Revit、Catia、Inventor、Bentley Micro Station與GeoStation等，各個(gè)軟件都有自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，BIM技術(shù)屬通用基礎(chǔ)平臺，其專業(yè)性不夠，技術(shù)適應(yīng)性差，缺乏統(tǒng)一的專業(yè)間交互數(shù)據(jù)格式支持。搭建基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺軟件系統(tǒng)，需要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和需求，對比各個(gè)軟件的實(shí)際應(yīng)用，提出切實(shí)可行的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。④提出基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)方案。在對硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)分析、論證的基礎(chǔ)之上，提出基于BIM的軌道交通實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)方案并加以實(shí)施。本系統(tǒng)雖然是實(shí)驗(yàn)平臺，但系統(tǒng)功能和邏輯必須與現(xiàn)場真實(shí)設(shè)備一致，因此對于本系統(tǒng)的測試與驗(yàn)證，可完全按照真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺中出現(xiàn)的問題，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，完善建設(shè)方案。

2.研究方法。結(jié)合課題的研究方向及內(nèi)容，提出研究帶動建設(shè)、建設(shè)促進(jìn)研究的項(xiàng)目研發(fā)方式；同時(shí)在科研項(xiàng)目的帶動下，使BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的全新應(yīng)用得以實(shí)踐。具體研究及應(yīng)用的情況如下：①在鐵路的相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等單位做了大量的調(diào)研工作，掌握了BIM在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。②研究BIM現(xiàn)有軟件，熟悉各個(gè)軟件的特點(diǎn)。③研究“鐵路四電工程BIM設(shè)計(jì)”，了解實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)的硬件基礎(chǔ)。

四、總結(jié)

城市軌道交通工程中土建工程BIM技術(shù)的應(yīng)用難度并不大，價(jià)值體現(xiàn)也不高。設(shè)備系統(tǒng)部分卻較為復(fù)雜，由車輛、軌道、通信、信號、供變電、接觸網(wǎng)等十多個(gè)系統(tǒng)組成，BIM技術(shù)在這一領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用空間。到目前為止，基于BIM的鐵路信息化管理平臺尚處于研究階段，因此，采用研究帶動建設(shè)、建設(shè)促進(jìn)研究的實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)方式，使BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的全新應(yīng)用得以實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃.2017，（11）.http：//www.nra.gov.cn/