鐵路BIM 工程化實施策略研究

解亞龍，馬西章，孟 飛

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；2. 雄安高速鐵路有限公司，雄安 071000）

BIM 技術(shù)能夠有效提升工作協(xié)同水平，縮短工期，提高工程質(zhì)量，降低工程成本，實現(xiàn)工程項目的全生命周期管理。為解決傳統(tǒng)鐵路建設(shè)管理手段存在的不足，提高管理水平，2013 年初，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡稱：國鐵集團(tuán)）召開專題會議[1]，制定了以BIM 為核心的鐵路工程建設(shè)信息化總體規(guī)劃，為鐵路工程領(lǐng)域的BIM 技術(shù)應(yīng)用研究提供了理論指導(dǎo)與政策支撐[2]。同時，國鐵集團(tuán)選定了17 個鐵路BIM 應(yīng)用試點(diǎn)項目，如寶蘭客運(yùn)專線石鼓山隧道[3]、泰和贛江特大橋[4]、烏魯木齊新客站[5]、青蓮鐵路四電工程[6]和京沈客運(yùn)專線成段落應(yīng)用[7]等。隨著國內(nèi)鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟，2017 年7 月，國鐵集團(tuán)提出了鐵路BIM 工程化應(yīng)用目標(biāo)，并編制了京雄城際鐵路BIM 工程化應(yīng)用方案。

鐵路BIM 工程化實施是指通過BIM 技術(shù)與鐵路工程的深度融合，從技術(shù)、方法、流程、標(biāo)準(zhǔn)、組織、規(guī)章、制度等方面改變傳統(tǒng)鐵路建設(shè)管理模式，提高管理水平，實現(xiàn)鐵路工程的全生命周期管理。此概念的提出標(biāo)志著我國鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用研究已經(jīng)從初期探索階段[8]進(jìn)入了系統(tǒng)化應(yīng)用的新階段。

當(dāng)前，鐵路BIM 工程化實施存在一些問題[9]，如：實施的目標(biāo)不明確、效果不明顯、應(yīng)用不深入、規(guī)章制度不健全等[10]，阻礙了BIM 技術(shù)在鐵路工程領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣。針對上述問題，本文深入分析原因，有針對性地提出BIM 工程化實施策略，從而確保BIM 技術(shù)的價值得到充分體現(xiàn)。

1 鐵路BIM 應(yīng)用問題分析

為推動鐵路BIM 技術(shù)應(yīng)用實施，本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織和制度4 個方面，深入剖析現(xiàn)階段鐵路BIM 工程化實施過程中存在的問題，如表1 所示。

表1 鐵路BIM 工程化實施存在的問題

1.1 技術(shù)類問題

技術(shù)類問題對鐵路BIM 工程化實施具有直接的影響，是現(xiàn)階段需要解決的首要問題。當(dāng)前，鐵路BIM 技術(shù)發(fā)展仍相對薄弱，其標(biāo)準(zhǔn)體系雖已初步建立，但適用性尚未得到充分驗證，基于BIM 的鐵路工程設(shè)計和施工還有待深入研究，基于BIM 的鐵路工程運(yùn)維管理相關(guān)研究尚處于起步階段，以及鐵路BIM 軟件平臺較為缺乏等，均不同程度的制約著鐵路BIM 技術(shù)的深入應(yīng)用。

1.2 經(jīng)濟(jì)類問題

經(jīng)濟(jì)類問題制約著鐵路BIM 技術(shù)的應(yīng)用和推廣。實施BIM 技術(shù)無論對設(shè)計方還是施工方均需要購買軟硬件和進(jìn)行人員培訓(xùn)等，其成本投入動輒上百萬。然而，在短期內(nèi)BIM 應(yīng)用所帶來的效益卻十分有限，投入產(chǎn)出比失調(diào)，影響了設(shè)計方和施工方應(yīng)用BIM技術(shù)的積極性。

1.3 組織類問題

鐵路BIM 技術(shù)的真正實施需要對傳統(tǒng)的項目組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，如使組織扁平化、設(shè)置相應(yīng)崗位、明確具體職責(zé)等。然而，在既有組織模式下，往往由傳統(tǒng)崗位人員兼職BIM 崗位，導(dǎo)致BIM應(yīng)用浮于表面，難以落實。

1.4 制度類問題

現(xiàn)階段，我國鐵路BIM 規(guī)章制度體系的建設(shè)還較薄弱，BIM 相關(guān)規(guī)章制度不夠健全也是制約鐵路BIM 工程化實施的重要因素之一。

2 鐵路BIM 工程化實施策略

針對上節(jié)中提出的主要問題，本文主要從深化BIM 技術(shù)應(yīng)用、流程再造、標(biāo)準(zhǔn)合同研制、效益量化研究、平臺研發(fā)、實施指南編制和培訓(xùn)7 個方面提出相應(yīng)對策。

2.1 深化BIM 技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)與鐵路建設(shè)管理業(yè)務(wù)尚未形成深度結(jié)合，仍然是阻礙BIM 實施的核心問題。主要原因是項目參與方對BIM 技術(shù)仍然持觀望態(tài)度，以及對BIM 技術(shù)的掌握程度有限。

需要從以下幾方面解決該問題：（1）需要具備熟練掌握BIM 技術(shù)的專業(yè)人員；（2）深入分析鐵路工程領(lǐng)域BIM 技術(shù)應(yīng)用的價值點(diǎn)；（3）在實際項目中，針對價值點(diǎn)進(jìn)行實踐和總結(jié)；（4）還可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的價值，提高鐵路工程管理水平。

2.2 從技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)向流程再造

BIM 不僅是一項技術(shù)，更是一種全新的工作模式。因此，鐵路BIM 工程化實施并非指單純的BIM技術(shù)應(yīng)用，而應(yīng)是技術(shù)、組織、制度等全方面的BIM 建設(shè)和實踐活動。然而，無論是鐵路設(shè)計，還是鐵路施工，都尚未建立BIM 工作流程，導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)鐵路建設(shè)業(yè)務(wù)相互割裂，易產(chǎn)生工作程序上的混亂，甚至返工。

針對此問題，應(yīng)利用BIM 技術(shù)對傳統(tǒng)鐵路設(shè)計、施工等業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化和升級，建立基于BIM 的鐵路建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)流程。在此過程中，應(yīng)明確鐵路工程各個階段的參與方及其職責(zé)、BIM 交付物及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)等內(nèi)容。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)BIM 合同文本研制

BIM 合同文本對于規(guī)范當(dāng)前鐵路BIM 技術(shù)實施過程中存在的不合理、不規(guī)范現(xiàn)象具有重要作用，也是解決BIM 實施過程中各種糾紛的重要依據(jù)。

引入BIM 技術(shù)后產(chǎn)生的工作模式上的差別，會導(dǎo)致項目參與方責(zé)任和義務(wù)的變化。隨著鐵路BIM工程化應(yīng)用的逐漸深入，這種變化會越來越大。為了保障各參與方的權(quán)益，降低風(fēng)險，推動鐵路BIM工程化實施，有必要研制鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)合同文本，并開展配套的培訓(xùn)和宣傳工作。

2.4 BIM 經(jīng)濟(jì)效益量化研究

歐美等國家的研究顯示，BIM 技術(shù)能夠為建設(shè)項目帶來相當(dāng)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。然而，現(xiàn)階段國內(nèi)鐵路工程領(lǐng)域尚未認(rèn)識到BIM 技術(shù)應(yīng)用能夠帶來的經(jīng)濟(jì)效益，該方面研究相對缺乏。尤其在鐵路BIM工程化實施初期，硬（軟）件購買和員工培訓(xùn)等都需要大量資金投入，相比之下，其產(chǎn)出卻難以用定性或定量的手段衡量。

從當(dāng)前的鐵路BIM 工程化實施現(xiàn)狀來看，亟需開展鐵路BIM 工程化應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益方面的研究，以避免過度投入，利用定量手段有效地衡量鐵路工程BIM 應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)出，保障各參與方的經(jīng)濟(jì)利益。

2.5 鐵路BIM 管理平臺研發(fā)

BIM 軟件是鐵路BIM 工程化實施的重要支撐。鐵路BIM 軟件資源的相對缺乏，嚴(yán)重制約著BIM 技術(shù)在鐵路工程項目中的推廣應(yīng)用。只有實現(xiàn)以BIM技術(shù)為核心的多種信息技術(shù)的深度融合應(yīng)用，才能真正提升鐵路工程建設(shè)管理的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化水平。而鐵路BIM 管理平臺的研發(fā)，是在軟件層面實現(xiàn)BIM、3D GIS、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)的深度融合。

在鐵路BIM 管理平臺研發(fā)過程中，應(yīng)充分發(fā)揮國鐵集團(tuán)的引領(lǐng)作用和鐵路BIM 聯(lián)盟的統(tǒng)籌指導(dǎo)職能，研發(fā)國產(chǎn)化的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鐵路BIM管理平臺。

2.6 鐵路BIM 實施指南編制

BIM 實施指南能夠引導(dǎo)和規(guī)范鐵路BIM 工程化實施。然而，由于鐵路工程的專業(yè)和技術(shù)密集性都遠(yuǎn)高于一般建筑工程，使得建筑領(lǐng)域相關(guān)指南難以完全滿足鐵路BIM 工程化實施的要求。因此，應(yīng)編制滿足鐵路工程領(lǐng)域自身實際需要的BIM 實施指南。

鐵路BIM 工程化實施指南的編制應(yīng)建立在充分的工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，并借鑒相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以保證其科學(xué)合理性。此外，該標(biāo)準(zhǔn)指南的編制還應(yīng)緊密結(jié)合BIM 技術(shù)的研究發(fā)展趨勢，以具備一定的先進(jìn)性和前瞻性。在內(nèi)容上，該指南應(yīng)規(guī)定鐵路BIM 工程化實施相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用、組織架構(gòu)、軟硬件資源、各方權(quán)責(zé)利、取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)事項。

2.7 BIM 培訓(xùn)

考慮到現(xiàn)在各企業(yè)和項目的相關(guān)人員均缺乏足夠的BIM 知識和開展BIM 實施所需的專業(yè)技能，因此要有序地、多層面開展鐵路BIM 培訓(xùn)工作。本文將鐵路BIM 培訓(xùn)分為3 個階段：（1）BIM 概念普及，主要內(nèi)容為BIM 概念、發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)政策等；（2）BIM 專業(yè)技能培訓(xùn)，包括BIM 建模、BIM 模型應(yīng)用和BIM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)等；（3）鐵路項目BIM 實施指導(dǎo)，在實際鐵路工程項目中為相關(guān)人員提供BIM 培訓(xùn)與指導(dǎo)。

3 案例驗證

京雄城際鐵路是連接北京至雄安的快速通道，正線線路全長92.8 km，其中新機(jī)場至雄安東段長58.9 km。為落實BIM 工程化實施相關(guān)要求，各參建單位開展了新機(jī)場至雄安東段路基、橋梁、隧道、站場、站房、軌道、通信、信號、接觸網(wǎng)等13 個專業(yè)從設(shè)計、施工到運(yùn)維的全過程BIM 應(yīng)用實踐。

3.1 編制BIM 工程化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)指南

京雄城際鐵路各參建單位結(jié)合鐵路BIM 聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及京雄項目BIM 應(yīng)用需求，系統(tǒng)地編制了京雄城際鐵路BIM 工程化應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指南，為BIM技術(shù)在京雄城際鐵路建設(shè)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用提供了有力支撐。

3.2 開展BIM 技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)

針對項目管理人員和技術(shù)人員BIM 技術(shù)相對薄弱的問題，組織開展BIM 技術(shù)培訓(xùn)，包括BIM 知識普及和BIM 軟件平臺操作等，為京雄城際鐵路BIM工程化應(yīng)用提供了專業(yè)人員保障。

3.3 研發(fā)鐵路BIM 平臺

搭建了基于CATIA 的京雄城際鐵路BIM 協(xié)同設(shè)計平臺，開展了全專業(yè)BIM 協(xié)同設(shè)計研究，建立了京雄城際鐵路BIM 模板庫。研發(fā)的基于BIM+GIS 的京雄城際鐵路建設(shè)管理平臺，實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的安全管理、設(shè)計管理、投資管理、質(zhì)量管理、環(huán)保管理和進(jìn)度管理，有效提升了施工管理的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化水平，如圖1 所示。

圖1 基于BIM＋GIS 的京雄城際鐵路建設(shè)管理平臺功能架構(gòu)

3.4 深化BIM 技術(shù)應(yīng)用

開展了基于BIM 的京雄城際鐵路施工圖審查，開發(fā)了基于BIM＋GIS 的京雄城際鐵路電子沙盤，如圖2 所示。

圖2 基于BIM+GIS 的京雄城際鐵路電子沙盤

結(jié)合工程系統(tǒng)分解結(jié)構(gòu)（EBS，Engineering Breakdown Structure），實現(xiàn)了基于BIM 的京雄城際鐵路施工組織計劃管理，如圖3 所示，形象進(jìn)度管理，如圖4 所示，從而將BIM 技術(shù)真正用在輔助工程施工重難點(diǎn)和項目管理的過程中。

圖3 基于BIM 的京雄城際鐵路施工組織計劃管理

圖4 基于BIM 的京雄城際鐵路形象進(jìn)度管理

根據(jù)EBS 中詳細(xì)的工程數(shù)量信息和單價（清單價、勞務(wù)價和成本價），結(jié)合計劃進(jìn)度信息和實際進(jìn)度信息，實現(xiàn)基于BIM 的施工成本管理，如圖5 所示。

圖5 基于BIM 的京雄城際鐵路施工成本管理

基于上述實施策略，京雄城際鐵路的施工為基于BIM 技術(shù)的數(shù)字建造的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，為實現(xiàn)建設(shè)運(yùn)維一體化，構(gòu)建數(shù)字鐵路全生命周期管理體系，全面形成數(shù)字孿生鐵路，滿足各類應(yīng)用場景的虛實交融提供了先決條件。

4 結(jié)束語

本文基于鐵路BIM 工程化實施現(xiàn)狀的調(diào)研，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織和制度4 個方面歸納總結(jié)了鐵路BIM 工程化實施過程中存在的問題。從深化BIM 技術(shù)應(yīng)用、基于BIM 的工作流程再造、標(biāo)準(zhǔn)BIM 合同文本編制、BIM 經(jīng)濟(jì)效益量化研究、鐵路BIM 管理平臺研發(fā)、BIM 實施標(biāo)準(zhǔn)指南編制和專業(yè)人員培訓(xùn)等方面提出了相應(yīng)的實施策略，并依據(jù)京雄城際鐵路的工程實施給出了鐵路BIM 工程化實施的驗證案例，為鐵路BIM 的工程化實施提供了參考。