BIM铁路工程（通用7篇）
BIM铁路工程 篇1
1975年, “BIM之父”乔治亚理工大学Charles Eastman教授创建了BIM理念。BIM的全称是建筑信息模型 (Building Information Modeling) , 它以三维数字技术为基础, 集成建筑工程各种相关数据, 以立体、联动、写实的模型, 把工程项目全生命周期的动态可视化管理、信息共享和决策支持从理想变为现实。
BIM引入铁路工程建设领域势必带来一场技术革命!
中国铁路总公司卢春房副总经理在深入推进铁路工程建设信息化的过程中, 多次强调:“BIM技术可以实现工程项目设计、施工和运营全生命周期的信息化管理, 要在全路、各个企业大力推广应用。”
卢副总的讲话为这场技术革命吹响了集结号!
2013年12月17日, 中国铁路BIM联盟在北京成立。作为桥梁和纽带, 联盟将联合业界精英, 有效整合会员单位优势资源, 强强联合、优势互补、合作共赢, 共同推动铁路BIM标准体系建设, 促进铁路工程建设BIM应用与发展。
联盟的成立无疑是这场技术革命的重要里程碑!
中国铁路BIM联盟成立后, 在总公司主管部门工管中心的领导下, 通过强化引领, 推动铁路BIM标准体系建设迈上新台阶;强化创新, 促进BIM在铁路工程建设中的应用技术取得新突破;强化支撑, 提出铁路工程建设信息化发展规划及政策建议, 服务政府决策取得新成效;强化建设, 增强自身发展活力取得新进展, 努力形成专业化的铁路工程建设全过程服务平台, 最终成为行业一流、国内领先、国际先进的BIM应用服务平台。
四个强化宣示这场技术革命全面深入!
为了促进BIM技术交流, 中国铁路BIM联盟和《中国铁路》编辑部共同邀请国内BIM技术知名专家、铁路行业工程技术权威以及铁路科研机构的研究人员撰文, 精雕细刻而成本期《铁路技术创新》专刊, 共同分享铁路BIM的发展情况、成功经验以及未来前景。
专刊的出版昭告着参与这场技术革命的队伍正在壮大!
数据-信息-知识-生产力, 在这样一个人类认知世界、改造世界的链条中, 希望我们的共同努力可以加快其进程, 壮阔其波澜!
BIM铁路工程 篇2
进入21 世纪以来, 我国铁路建设事业进入了高速发展时代, 铁路设计逐步向着复杂化方向发展, 这对参与铁路设计的各个专业的协同工作提出了更高的要求。在传统的设计过程中, 各专业之间的协同主要依靠上下序之间的图纸以及说明来进行协同沟通。经常由于沟通的不及时、上下序材料的表达与理解不完整、不明确造成了时间的浪费甚至返工, 对于设计工作的工作效率和成本都具有很大的影响。现在铁路建设周期的缩短, 专业的增加, 更加要求设计过程中各专业频繁进行资料的交换和共享, 此时BIM在铁路设计领域中的应用就显得更加迫切。
2 BIM技术在铁路设计行业中的应用现状
BIM是“建筑信息模型” (Building Information Model) 的简称, BIM技术的含义是通过建筑信息模型对建筑物从前期规划、设计到施工过程、后期运营维护的全生命周期信息管理[1]。这一理论最早出现在建筑工程领域, 目前在该领域的理论研究与实践相对于铁路行业较为领先。
与建筑工程相比, 铁路设计是一项庞大复杂的系统性工程, 需要设计团队内部多专业间以及设计团队与外单位的密切配合, 频繁的进行多种形式的设计信息的交互, 并且与业主、施工单位、建立等多个建设参与方进行沟通协作来完成。
2.1 BIM技术基础理论的研究现状
要实现BIM设计就不可避免地需要用到BIM软件, 但是, 现在铁路建设领域尚未形成统一的标准。标准的确会带来日后信息流通的不畅, 因此标准的研究和制定在现阶段显得尤为重要。
2.1.1 IFC编码的定义及应用
IFC是一个公开的、结构化的、基于对象的信息交换格式, 是BIM信息交换的标准格式[2]。它必须具有以下特征: (1) 贯穿项目生命周期; (2) 全行业可用; (3) 横跨行业内所有专业; (4) 不同应用软件之间通用。
IFC是定义工程对象、模型、分类、模式的逻辑关系架构。定义了对象如何组合成为模型, 模型如何划分类别, 分类属于何种模式。
2.1.2 IDM的定义及应用
IDM的全称是Information Delivery Manual, 中文称之为信息交付手册。IDM的作用是规定了不同软件之间的信息交换规则。由于前文所说, BIM需要实现信息在不同软件不同专业之间的流通, 但是由于铁路工程工程量大、设计专业众多, 因此这种信息交换所涉及的项目成员种类之多、全生命周期时间跨度之大等问题, 信息的交换会是一个非常繁琐的过程。如果在此过程中, 交互信息不足, 会造成信息丢失与设计质量精度的下降。交互过多无用信息, 会造成交互效率的降低以及工作量的增大。IDM规定了不同专业、不同阶段所需交互的信息内容。
2.1.3 IFD的定义及应用
IFD的作用是为了统一铁路工程各部分、构件在计算机中的名称。举个简单例子, 隧道初支又叫初期支护, 在口头沟通中不同的称呼并无大碍, 但是在计算机当中不同的名字会被识别为两个不同的对象。如果现在计算机需要查找关于隧道初支的信息, 而设计者采用了初期支护的名称的话, 就会造成查找不到的情况, 而原本附加在初期支护上的信息会因为找不到存储位置而丢失。
IFD的作用就是一本字典, 将铁路工程中会遇到的所有对象名称统一并给予编码, 从而使计算机能够统一识别。
2.1.4 IFC、IDM、IFD之间的关系
BIM技术的顺利实施离不开IFC、IDM、IFD三者的共同支持, 三者共同为BIM各应用者之间的信息流动服务, 实现BIM的全生命周期管理。
我们以盖房子来类比。IFD是一个大的标准工具库, 里面拥有盖房子有可能需要到的所有工具和材料, 并且给每种工具和材料定义了唯一的名称, 无论我们要盖的这一座房子是否需要, IFD全部包括。IFC则是各个阶段、各个部分房子所需要的物料和工具清单。IFC可以认为是房屋的设计图, 确定了房屋的结构形式。
2.2 BIM技术的软件支持及应用情况
BIM技术在铁路工程当中的应用离不开计算机软件的支持, 现在常见的BIM软件公司主要有欧特克公司、达索公司、本特利公司等。选择合适的系列软件会对BIM技术的开发、推广和应用起到很大的促进作用, 因此应当予以重视。
2.2.1 BIM软件的共同点
目前, 所有BIM软件公司都不是从事铁路行业软件开发的软件商。现阶段各个软件公司所提供的产品都不能很好地适用于铁路工程, 必须要做铁路行业的定制和专用模块。
欧特克公司的Revit软件适用于建筑工程, 而欧特克公司的Inventor以及达索公司的Catia软件则适用于机械工程制造, 因此, 上述几款软件的建模思路与铁路工程大不相同。在铁路工程中是依据线路中线为参考基准进行设计的。而Revit软件中的建模思路则是首先确定轴网、标高, 然后在每一层的标高当中添加相应的结构构件, 并不适用于桥梁、隧道、路基等专业。但是, 对于站场、建筑专业通用性较强。Inventor、Catia软件采用机械设计思路, 先设计零件, 然后将零件装配为产品, 与铁路行业的设计思路不同。但是, 有一定的通用性, 需要解决的问题就是要有1 根可操作性强的三维线路中线。
现在所有的BIM软件公司提供的系列软件都不能很好的解决地质建模问题, 地质专业所提供的模型不能完全适应其他各专业的需要。以达索公司为例, 所提供的地质模型并不能与隧道模型进行布尔运算, 因此无法进行开挖的过程, 两者也无法很好的结合在一起。目前, 其他系列软件也都无法解决这一问题, 需要进一步开发。
从结构建模的角度来讲, Inventor、Catia等机械设计软件相对于Revit来说具有更强的自主建模功能, 允许用户灵活的定制自己的结构形式, 更加能够适应隧道工程的需要。如果仅仅从手动建立三维可视化实体模型来讲, 各系列软件都能够很好的完成工作。
2.2.2 各BIM软件各自的优缺点
铁路行业由于涉及众多专业, 各专业对于软件功能的需求各有不同, 因此很难有一款软件会是所有专业的第一选择。如Revit软件会更加适用于站场专业、站后专业, 而对于桥梁、隧道、路基、轨道等专业则难以应用。
Inventor、Catia软件因为具有更加灵活的几何建模功能, 因此, 更加适合于桥梁、隧道、路基、轨道等专业。
两款软件的优劣比较见表1。
相对Catia来说, Inventor软件的建模更加简便, 容易上手。一是因为设计者习惯了使用欧特克公司的CAD软件, 而Inventor软件则采用类似的命令使用方式, 使用者更加熟悉;二是Inventor软件在建模过程中所需要遵守的规则较少, 随意性较强。而Catia软件在建模过程中, 每一个命令需要遵守的规则较多, 如果建模输入条件不符合软件内部规则, 软件会进行报错导致建模失败。但是, 相对应的由于大量建模规则的存在, Catia软件拥有更加强大的建模能力, 对于复杂造型能够建立的更加准确。
铁路工程相比于普通建筑结构和机械工程有一个很大的特点是工程规模的巨大, 一条几百上千公里的铁路线所需包含的数据量非常庞大, 因此, 需要软件具有很好的处理大数据能力。在这方面, Catia软件相对来说拥有比较大的优势。8G内存的台式机电脑采用Inventor软件试建模, 长度300m的隧道建立初支、二衬、仰供填充、中心沟、测沟之后, 再添加锚杆时提示系统内存不足, 无法继续细化模型。同样精度的模型采用Caita软件可以顺利建立。但是, 更大体量的模型尚未检测, 无法确定两款软件的承载数据量的极限。
3 BIM技术在铁路工程应用中的困难以及解决方案设想
由于BIM技术最早并不是应用于铁路工程当中, 因此现在在铁路工程中应用会遇到许多不适应问题出现。
3.1 数据存储格式内容
在机械设计行业和建筑工程领域由于多年使用BIM技术的经验积累, 已经形成了一套较完善的数据存储方式。但是, 铁路行业目前处于刚刚起步阶段, 尚未形成统一的数据存储格式, 这会对模型内数据的流通造成极大的障碍。
目前, 铁路总公司正在牵头编制IFD、IFC等数据存储标准, 关于标准的作用已在前文叙述此处不再重复。IFD编码第一版已经发布, 但是尚未经过实践的检验, 在未来的使用过程中也许会有修改和完善。当IFD、IDM、IFC逐渐完善起来的时候, 铁路行业数据存储格式及内容的问题将会迎刃而解。
3.2 铁路行业独有构件的建立
与机械设计行业和建筑工程领域相比, 铁路行业拥有很多完全不同的构件, 而由于这些构件所具有的功能是其他行业所不具备的, 因此需要单独创建。
以铁路行业基本的线路中线为例, 它不仅仅是一条空间上的三维曲线, 在这条曲线上需要附加大量的其他专业所需要的信息。如线路的里程、方向, 各专业的缺口位置等要素。相对于线路中线本身这条曲线来说, 上面所附加的信息才是建模的真正难点, 目前尚未得到完全的妥善解决。需要与软件公司合作对软件程序进行二次开发, 使曲线所能附带的信息更加全面, 而不是只有简单的几何信息。
3.3 建模效率的提高
目前, 各软件商所提供的系列软件如果应用于铁路行业的设计工作, 即使只考虑完成软件已经可以完成的工作内容, 其工作效率也无法满足生产需要。以隧道工点设计为例, 传统设计中, 每个工点设计时间大约为两到四天。如果采用BIM软件进行同等精度建模, 所需时间将会呈倍数的增加。无法满足技表要求。
造成这一结果的的原因主要有两点, 第一点是软件在铁路行业的参数化、自动化程度不足。第二是由于BIM设计设计精度重复程度高于传统二维设计。以变形缝防水为例, 在传统二维设计过程中, 我们只在设计图当中只表明变形缝的位置, 而变形缝的防水措施则有专门图纸。而在BIM设计当中为了后期工程量的计算初步计划是需要建立每一个变形缝。
解决这一问题主要靠提高软件的参数化和自动化程度。目前有两种思路, 第一是在软件当中建立铁路工程所需的模板, 然后将模板赋予参数直接实例化。第二是通过API接口开发插件, 通过插件来控制软件自动生成实例化构件。
3.4 协同设计
BIM技术中有一条核心内容就是在协同设计。相比于传统设计, BIM设计专业之间拥有更强的联系。可以实现一定程度上的联动, 如线路专业调整线路中心后各专业结构自动改变。但目前此功能尚未完全实现, 主要是各专业间协同所需互相提供的信息尚未确定。解决这一问题首先需要各专业之间归纳总结各阶段相互之间所需信息, 即完成IDM编码。之后根据相互之间所需交互的信息制定相应的建模思路和方法, 使这些信息可以相互利用。这是一个需要不断探索的过程。
4 BIM技术在铁路工程中应用的发展前景
近年来, 我国铁路建设事业一直处于高速发展的阶段, 特别是高速铁路的建设更是取得了重大成就[3]。李克强总理2015 年政府工作报告中指出:加快实施走出去战略。鼓励企业参与境外基础设施建设和产能合作, 推动铁路、电力、通信、工程机械以及汽车、飞机、电子等中国装备走向世界, 促进冶金、建材等产业对外投资。更加明确了中国高铁从国内走向国外的整体规划, 这就更要求我们采用先进的计算机和网络技术, 实现铁路工程建设的全生命周期管理。而BIM技术就是在此大环境之下开始不断融入铁路建设行业。目前, BIM技术在国外建筑工程领域已经取得了应用成果。而国内无论是建筑工程领域还是铁路行业关注BIM技术的人员和单位也越来越多。BIM技术已经成为提升建设项目管理水平和企业核心竞争力的必然选择。
必须看到, 目前国内铁路建设行业的BIM技术水平还不能完全替代传统的设计、管理方法。要真正实现BIM技术在铁路建设行业的应用, 还需要进行大量的开发与研究工作。但是, 可以确定的是, 随着中国铁路事业的发展, 对设计、施工、管理水平的要求不断提高, BIM技术不可避免地会受到越来越多的重视。而设计作为铁路建设的开端, 更加需要加快脚步对BIM技术进行学习和探索。
参考文献
[1]卢祝清.BIM在铁路建设项目中的应用分析[J].铁道标准设计, 2011 (10) :4-7.
[2]何关培.实现BIM价值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技术, 2011, 3 (1) :108-116.
BIM铁路工程 篇3
如图, 其中标准包括BIM制图标准, 配合标准, 交付标准, 还包括数据管理标准、技术标准、存储标准, 以及GIS各种存储标准等, 同时需建立技术及管理标准, 技术标准的建立主要包含模型精度标准LOD、模型信息标准、建模标准、软件标准等标准;管理标准建立主要包括BIM应用权责分配 (各参与方在项目文件上的权限) 、BIM管理流程 (各参与方提供什么信息, 提供方式以及各参与方在BIM平台上协同方式) 以及BIM招标文件辅助编制等。下面就以全生命周期的BIM+GIS应用进行介绍。
1、铁路勘察阶段的GIS+BIM应用。
通过相关的地质和航察等信息, 运用BIM与三维GIS相结合的方式实现铁路线路的三维选线, 找出铁路线路最合理的走线方案, 并将最终方案以三维的形式展示, 供相关方决策。
2、铁路设计阶段的BIM+GIS应用。
本阶段的主要任务通过协调设计实现各专业模型的建立, 并进行相关专题的研究, 如管线综合、设计纠错、性能分析、能耗分析以及出图、工程数量统计以及BIM的深化设计。在条件容许的情况下, 可以采用虚拟云平台, 在云平台基础上进行BIM设计。在本阶段与GIS的应用主要体现在通过GIS将全专业的BIM模型进行整合, 实现全线路的BIM设计。并在此基础上进行相关的施工模拟, 以指导施工。
3、铁路施工阶段的BIM+GIS应用。
本阶段结合GIS平台和BIM竣工模型以B/S模式进行项目管理平台建设, 通过此平台监理方、建设方、设计者、管理者等均可进行施工现场的管理, 并可通过视频监控等手段随时了解项目的进度、施工质量、技术安全等方面的问题。也可通过该平台, 即时了解、查询、统计整条线路需关心的问题, 通过BIM进行现场比对等, 指导施工。由于铁路为线状结构, 通过GIS可准确定位到相关的施工工点, 并可查询到工点需要关心的所有信息。
4、铁路运维阶段的BIM+GIS应用。
在铁路项目中, 一般是建立BIM+GIS的铁路设施资产及运营维护管理系统。该系统利用竣工BIM模型, 将设施资产管理与设备运维管理集成到三维可视化平台, 并结合物联网技术, 将各设备的使用情况纳入到系统的管理范围, 进行现场管理。鉴于铁路线状的特点, 该系统平台采用GIS管理平台。
总之, 要进行BIM全生命周期的应用, BIM需与GIS相结合, 这也是目前研究的热点。但由于目前相关条件还不成熟, 在将来一个相当长的时间内, 这也是迫切需要解决的难题。只有解决了这个难题, 未来在铁路上的BIM应用才能打破“数字孤岛”, BIM数据从设计到施工、运维等阶段方可全线拉通, 便可进行铁路BIM全生命周期的应用。
摘要：随着铁路设计的快速推进, 如何保证设计、施工的质量以及今后的铁路的运维安全是目前铁路各方面相关人员迫切关心的问题。在建筑行业, BIM技术发展迅速, 并解决了建筑行业在施工中存在的很多问题, 由此, 铁路领域引入BIM技术成为一种趋势, 本文就BIM+GIS技术在铁路全生命周期的综合应用进行了详细的探讨。
关键词：BIM+GIS,铁路,全生命周期
参考文献
[1]欧特克.BIM技术在轨道交通中的应用——打造数字化地铁站, 摘自Ea BIM-中国BIM第一门户
[2]祝嘉.在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想。建筑经济, 2008-12增刊:10-7~10-10
BIM在铁路建设行业的应用探讨 篇4
建筑信息模型 (Building Information Modeling, BIM) 是利用数字模型对项目进行设计、施工、运营的过程, 包括项目所有的几何、物理、功能和性能信息。不同项目的参与方在项目的各个阶段可以基于同一模型, 利用和维护这些信息进行协同工作, 对项目进行各种类型和专业计算、分析和模拟, 以实现“做功能好的项目, 做没有错的项目, 做没有意外的工作, 做精细化的预算, 做性能好的项目”。
BIM作为一种可在工程中直接应用的新兴技术, 近年来在建筑、水电、机械等行业得到迅猛发展。随着国家对信息化和工业化融合的推进, BIM的应用将全力支撑工程建设行业工业化进程的发展, 在设计、施工、运营的全生命周期, 实现信息共享和无损传递, 提高工程建设的质量和效率, 节约项目成本, 提升科学决策和管理水平。
目前, 美国、新加坡、日本、韩国等多个国家提出在建筑行业要求应用BIM, 并建立了相关的BIM企业级和行业级应用标准。我国建筑、水电、工业制造等行业的BIM应用相对成熟, 已全力推广BIM应用。与建筑、水电等行业相比, 铁路行业BIM应用处于起步阶段, 但已经意识到BIM应用和发展的必要性, 中国铁路总公司于2013年5月召集铁路设计单位召开了“铁路勘察设计BIM应用技术研讨会”, 专题讨论了如何应用BIM促进铁路建设信息化, 进一步明确了加强BIM在未来铁路工程建设项目中的应用目标和工作部署。同时立项“铁路工程建设信息化关键技术研究”科研课题, 标志着BIM在我国铁路行业应用正式启动, 并将进入一个快速发展阶段。
2 BIM特点
参考建筑行业的解释, BIM主要包括两大核心理念:一是工程信息包括建筑工程的几何和功能属性, 以及与其相关的项目全生命周期信息, 通过一个综合协同的多维仿真数字化、可视化平台, 使这些信息服务于建筑工程的规划、设计、施工、运营乃至拆除的全过程;二是能够在综合数字环境中保持信息共享和不断更新, 即在各种工程信息之间创建实时的、一致性的关联, 对平台中的任何信息更改, 立刻在其他关联的地方反映出来, 使业主、政府管理机构、设计单位、施工单位, 甚至用户都可清楚全面地了解项目进程。基于以上理念, BIM的主要特点如下。
(1) 模型信息的完备性。除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述, 还包括完整的工程信息描述, 例如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能及概况等设计信息;施工工序、进度、成本、质量、监理及人力、机械、材料资源等施工信息;工程安全性能、材料耐久性能等维护信息;对象之间的工程逻辑关系等。
(2) 模型信息的关联性。模型信息中的对象是可识别且相互关联的, 可统计和分析模型信息, 并生成相应的图形和文档。如果模型信息中某个对象发生变化, 与其关联的所有对象都随之更新, 以保持模型信息的完整性和可维护性。
(3) 模型信息的一致性。在建筑生命期的不同阶段, 模型信息是一致的, 同一信息无需重复输入, 而且模型信息能够自动演化, 模型信息对象在不同阶段可简单地进行修改和扩展, 无需重新创建, 避免了模型信息不一致的错误。
3 铁路建设特点
与BIM技术应用较为成熟的建筑行业相比, 铁路建设项目呈现以下特点。
(1) 投资巨大。根据原铁道部2008年调整颁布的《中长期铁路网规划》, 到2020年铁路营业里程达到12万k m以上, 当前和今后较长一段时间内铁路建设都将处于一个高峰期, 近几年的铁路年投入预算均超过6 000亿元, 一条中型客运专线铁路项目投资超过500亿元。
(2) 涉及专业多。建筑工程一般包括建筑、结构、设备、暖通等专业, 而一个典型的铁路建设工程需要站前和站后的线路、测绘、地质、路基、桥涵、隧道、站场、牵引供电、牵引变电、接触网、供电段、机务、车辆、机械、给排水、通信、信息化、电磁兼容、信号、电力、建筑、结构和暖通等多个专业相互配合才能完成。
(3) 建设周期长。建筑项目的建设周期一般为2~3年, 大型建筑项目建设周期一般也不超过5年, 而铁路项目建设周期一般为8~10年, 多数项目建设周期超过10年。
(4) 资源集中。与建筑行业相对分散相比, 我国铁路建设项目由国家统一进行规划建设, 人力、技术、资金等资源相对集中。
根据铁路建设项目的特点, BIM在铁路建设行业的应用将大幅节约项目投入, 为国家节约项目成本, 同时可实现多专业、多单位项目信息的一致性, 加快项目进度, 提高工程质量, 推动铁路行业更加稳步向前发展。
4 BIM在铁路建设行业的典型应用
美国b Sa (building SMART alliance) 曾经对美国工程建设行业领域的BIM应用情况做过详细调查, 总结出BIM在美国市场上的25种不同应用并加以分析研究, 指导工程项目在不同阶段选择合适的BIM应用。我国中建国际设计顾问有限公司 (CCDI) 等机构根据我国建筑行业的特点, 总结出建筑行业规划、设计、施工和运营阶段的20个BIM典型应用。参考国内外建筑行业的BIM典型应用, 结合铁路行业投资大、专业多、周期长等特点, BIM在铁路工程建设全生命周期中的应用见图1。
(1) 铁路场地分析。研究影响铁路选线及建筑物定位的主要因素, 综合考虑地形、地质、水文、环境, 以及空间方位和外观等因素, 建立与周围景观之间的联系。
(2) 铁路建筑策划。建筑策划是在总体规划目标确定后, 通过搭建三维概要模型, 对拟建铁路车站、桥梁、隧道、路基等组件进行模拟试验、定量分析, 确定设计内容, 得出设计依据的过程。
(3) 技术方案论证。采用BIM相关的模型检查软件和分析工具, 基于3D、4D或5D模型, 评估设计方案的优缺点, 通过数据对比和模拟分析, 预测项目在不同环境和各种不确定因素作用下的成本、质量、产出等变化, 找出设计和施工中可能需要应对的问题, 帮助项目各方迅速达成共识, 减少决策时间。
(4) 铁路可视化设计。利用三维可视化设计软件, 为项目团队提供一种“所见即所得”的三维立体实物图形。
(5) 项目协同。将BIM作为底层支撑, 使分布在不同地理位置的不同专业的工作人员通过网络展开协同工作。在同一个信息模型上实现信息自然交互, 大幅提升协同过程的技术含量和综合效率。
(6) 性能化分析。BIM集成了大量的铁路设计、施工及运营维护信息, 直接将信息模型导入相关的性能化分析软件, 无需重复录入专业数据, 可得到相应的分析结果, 降低性能化分析周期, 提高设计质量。
(7) 工程量统计。BIM可真实提供造价管理需要的工程量信息, 支持对各种构件的快速统计分析, 可用于前期设计过程中的成本预估算、不同设计方案建造成本的比较, 以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。
(8) 管线综合。通过搭建各专业的信息模型, 在虚拟的三维环境中及时发现碰撞冲突, 帮助设计人员提高管线综合设计能力和工作效率, 排除施工环节中遇到的碰撞, 提高施工效率, 降低成本和减少工期延误。
(9) 铁路施工进度模拟。将BIM与施工进度计划关联, 以动态的三维模式模拟整个施工过程与施工现场, 将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D (3D+Time) 模型中, 可直观、精确反映整个项目的施工过程, 对施工进度、资源和质量进行统一管理和控制。
(10) 铁路施工组织模拟。利用BIM项目管理软件对项目进行可建性模拟, 按月、日、时进行施工方案的分析优化, 方便项目管理单位了解整个施工环节的时间节点和工序, 并清晰掌握施工中的难点和要点, 以提高施工效率和施工方案的安全性与合理性。
(11) 铁路数字化建造。BIM与数字化建造系统相结合, 直接用于铁路工程所需构件和设备的制造环节, 采用精密机械技术制造标准化构件, 运送到施工现场进行装配, 实现铁路施工流程 (装配) 与制造工艺或方法 (预制) 的工业化和自动化。
(12) 物料跟踪。基于无线射频识别电子标签 (RFID) 技术的物流管理系统, 记录构件和设备的状态信息, 能够对这些物体实现跟踪管理。BIM可附带构件和设备全面、详细的生产信息和技术信息, 将其与物流管理系统结合可提升物料跟踪管理水平及铁路行业标准化、工厂化和数字化水平。
(13) 施工现场配合。BIM可为施工参与单位提供三维交流环境, BIM相关的项目管理软件和成果集成平台可实现铁路项目的工程进度、人力、材料、设备、成本、场地布置的动态集成管理和信息交互, 并可及时排除隐患, 减少由此产生的变更, 缩短施工时间, 提高施工生产效率。
(14) 铁路竣工模型交付。BIM竣工模型包括施工过程记录的信息, 可真实反映设备状态、材料使用等与运营维护相关的文档和资料, 实现包括隐蔽工程资料在内的竣工信息集成。
(15) 维护计划。BIM结合运营维护管理系统可充分发挥空间定位和数据记录优势, 合理制定维护计划, 分配专人专项维护工作, 降低建筑物在使用过程中出现突发状况的概率。
(16) 铁路资产管理。BIM包括大量的铁路工程信息, 其可导入资产管理系统, 减少该系统初始化在数据准备方面的时间及人力投入。将BIM与射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 技术的资产标签芯片结合, 可实现资产在铁路工程与建筑物中的定位和相关参数信息的快速查询。
(17) 空间管理。BIM可帮助管理团队记录铁路工程和建筑物的空间使用情况, 处理空间的变更请求, 分析现有空间的使用情况, 合理分配空间, 确保空间资源的最大利用率。
(18) 专业分析。BIM结合铁路项目的相关专业分析软件, 按业主使用需求及设计规定衡量铁路建造物性能, 包括能耗分析、内外部气流模拟、照明分析、人流分析等性能评估, 从而验证铁路工程是否按建设需求、特定的设计规定和可持续标准建造, 最终确定、修改系统参数甚至系统改造计划, 以提高铁路工程和构筑物的性能。
(19) 灾害应急。采用BIM和灾害分析模拟软件, 在灾害发生前可分析灾害发生原因, 模拟灾害发生过程, 制定避免灾害发生的措施, 以及人员疏散、救援支持的应急预案;在灾害发生后可为灾害救援人员提供紧急状况地段的完整信息, 有效提高突发状况应对措施及效率。
(20) 铁路信息模型维护。维护贯穿于铁路工程建设项目全生命周期, 利用BIM将项目团队所需更新的信息, 及时在信息模型中整理和储存, 以便各相关利益方随时共享。
5 结束语
BIM在铁路建设工程的推广应用已成为行业发展的必然趋势。与建筑、水电等行业业务较为分散相比, 我国铁路行业应用BIM具备业务资源集中等优势, 必将呈现迅猛之势, 稳步向前推进。铁路行业相关设计、施工、运营及科研院校可在中国铁路总公司等国家机构协调下, 制定统一发展规划和行业标准。针对BIM在铁路行业的典型应用, 有计划、分阶段地开展应用研究和实施工作。
摘要：结合建筑信息模型 (BIM) 技术特点和建筑行业的典型应用, 在分析铁路行业建设项目特点基础上, 提出并分析BIM在铁路建设项目规划、设计、施工和运营维护全生命周期中的应用;建议铁路行业相关单位在国家管理机构的协调下, 制定BIM统一发展规划, 针对BIM在铁路行业的典型应用, 有计划、分阶段地开展BIM应用研究和实施工作。
关键词：建筑信息模型,铁路,建设,应用
参考文献
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[2]H Edward Goldberg.The Building Information Model[J].Cadalyst, 2004, 21 (3) :56-58.
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[5]何关培.BIM总论[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011.
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[8]朱江.BIM在铁路设计中的应用初探[J].铁道工程学报, 2010, 10 (145) :104-108.
BIM铁路工程 篇5
1前期调研与技术准备
1.1制定信息编码
由于BIM技术强调对工程项目的全生命周期管理,因此要求模型信息在设计、施工、运维阶段能够顺利地传递。而且BIM技术强调设计过程中各专业间的协同设计,要求模型信息在同一阶段不同的设计者之间顺利地传递,因此制定统一的信息标准就成为BIM技术发展的重要步骤。
BIM数据标准和实施标准包含以下要点[1]:
(1)是不同软件之间可以自动进行信息交换的数据标准。
(2)是所有软件都支持的中间文件,软件之间的信息交换通过该中间文件来实现。
(3)该数据标准应具有两大特征:公开的标准(支持所有软件);结构化的标准(支持自动交换)。
(4)该数据标准由数据存储标准、信息传递标准、信息语义标准3部分组成(见图1)。数据存储标准解决格式兼容的问题,信息传递标准解决有序沟通的问题,信息语义标准解决语义统一的问题。
1.2确定软件平台
由于BIM技术并非起源于铁路行业,因此现在所能够购买到的BIM设计类软件全部都无法完全适应铁路行业的应用。由于铁路行业本身具有工程体量大、呈带状分布、设计结构众多、专业间上下序复杂等特点,对BIM软件的要求较高[2]。首先需要软件平台具有较好的开放性,拥有较强的用户定制以及自主开发能力,并且能够允许不同专业间的多专业协同设计;其次,由于铁路工程体量较大,需要软件平台对于大数据的处理能力较强。
2建立实体模型
2.1隧道骨架线
建模采用骨架建模思路,即在项目开始阶段首先确定工程骨架线,然后以骨架线为基础搭建实体模型。由于铁路工程的带状特征,选取线路左线作为骨架线较为合理。
线路左线根据各专业间缺口里程,划分一级骨架线,各专业再将一级骨架线根据内部需要划分为二级或三级骨架线用来定位实体模型。隧道专业骨架线结构树见图2。
2.2参数化工程模板
为了减少重复建模的工作量,需要将已经建立好的模型制作为工程模板,即通过建立带有逻辑关系的模板将一类模型归纳,并通过不同的实例化输入条件和参数适应不同的边界条件。虽然建立模板的过程会消耗部分时间,但是在日后模板的重复使用过程中可以节约许多工作量。
由于隧道工程中不同的围岩条件会对应不同的设计参数,如初支、二衬厚度、钢筋直径等。相同的支护形式,不同的设计参数显然应该被包含在同一模板当中以减少模板建立的工作量。因此参数化就成为工程模板建立过程的重要步骤,而在同一模板当中控制不同设计参数的方法就是参数化设计。
如图3所示,钢筋设计中常用的设计参数都已经在结构树上罗列,可供设计者直接选取修改。
参数化设计中的参数可以分为两类:一类为本构件设计者直接设计的参数,如图3中内外侧保护层厚度以及各类型钢筋的直径及间距[3];第二类为非本构件直接设计参数,如图3中的二衬厚度和仰供厚度,属于其他构件的设计参数,需要在本构件当中引用。此类参数设计者无需修改将会自动参照等于指向构件的设计参数,如二衬厚度会直接与二衬构件当中设计者设定的厚度参数相等。隧道专业目前所有模板遵循数据同源准则,即不同模板内的同一参数来源相同且只需要输入一次,在提高效率的基础上也保证了数据的准确,不会造成二衬构件中的二衬厚度与钢筋构建中的二衬厚度不相等的情况。
3专业间协同设计与专业内协同设计
3.1专业间协同设计
铁路工程设计是一个涉及多专业的复杂设计过程,在设计中各个专业之间需要进行频繁的资料交流和共享,因此一个合理的专业间设计协同流程就显得尤为重要[4]。
目前铁道第三勘察设计院集团有限公司采用的方式是:将需要进行交流的资料发布在专业间节点以实现资料的共享。通过发布的命令可以有效地将专业内的修改以及与其他专业的沟通很好地分割开来,不会出现专业内很小的修改都会影响到整个铁路工程的所有专业,只有在修改完成后更新发布,才会对其他专业产生影响。专业间节点见图4。
目前该模式仍然具有一定的局限性。虽然各专业都将所需共享的资料发布,但是并未区分究竟提给哪个专业,各专业只是将自己需要发布的内容用平铺形式发布在专业间节点本专业的小节点下。其他专业在需要使用的时候就在相对应的节点下寻找。各专业更新自己的发布对其他专业并没有实时通知,需要大量的口头交流。另外,专业内部的修改会引起整个工程或其他专业怎样的变化,会不会导致下序专业的模型无法更新等问题,由于经验不足尚未完全得到解决。
3.2专业内协同设计
铁路工程专业内部设计并不是由同一人完成,因此需要设计流程满足多人同时设计的要求。
专业内协同通过用户角色确定,由负责人将任务分配给各设计者,各设计者可以任意打开浏览所有节点,但只能对自己负责的节点进行修改和保存。
由于目前尚未建立一个可以包含所有专业数据的数据库,因此隧道专业独自编制了一个可以包含隧道设计所需要绝大多数参数的Excel表格。所有的设计参数按要求的格式在表格中选择或填写,各模板或模型所需数据全部来自该设计表格,有效地做到了数据同源。
但是采用Excel表格模式具有较大的缺陷,首先,Excel与数据库相比,在处理大数据方面差距较大。当数据量庞大时Excel难以进行高效管理,只能依靠设计者的经验进行管理。其次,Excel表格在设计时更加容易出错,如设计者在使用过程中误修改或删除某些不应该由设计者修改的单元格,将造成数据链接的错误。
4 BIM技术对设计工作的作用
从设计角度来看,BIM技术对于设计工作的提高主要表现在两个方面,一是提高设计效率,二是提升设计质量。
目前,BIM设计的效率相比传统二维设计还有较大差距,但是可以预见通过模板库的不断完善,设计流程的不断优化,BIM设计的设计效率也会逐步提高。从提升设计质量来讲,目前对于专业最大的进步在于,隧道洞门处边仰坡刷坡与地形的相互关系同传统的二维设计相比,更加准确。对于隧道洞门位置的选取以及洞门排水系统的设计有较大的借鉴意义。
如图5所示,由于在传统二维设计中,洞口边仰坡刷坡边界是由设计者根据经验估计得出,往往与实际相差较大,特别是在坡率较陡的位置。图中所示刷坡为采用BIM设计的刷坡情况,截水天沟为二维设计中的天沟位置,很明显可以看出在红色虚线部位两者发生了干涉碰撞。
BIM设计方法在洞门位置选择方面也可以提供比二维设计更加方便准确的设计思路。如图6所示,图(a)为阳大铁路南岭隧道进口洞门二维设计原始位置,图(b)、图(c)分别为洞门位置向外移5 m、10 m两种情况。通过将洞门刷坡做成模板的方式可以一次性快速将某一位置的刷坡显示出来。之后通过参数的调整使刷坡沿线路前后移动,并显示对应的刷坡情况。可以清晰地看到不同洞口位置所对应的刷坡情况,有效指导洞门位置的选择。
5存在的问题
虽然在京沈客专李家梁隧道中应用BIM技术,较好地依靠骨架建模及模板化提高了设计效率,并拥有了一套较为可行的协同设计流程。但是由于铁路行业BIM应用时间较短,目前仍存在许多不足之处。
(1)模板库的建立尚不完善。铁路行业的模板库从京沈客专试验段开始建立,而模板库的建立是一个从无到有、从多到少的漫长过程。不同运行时速、不同支护方式的相互交叉会造成模板库中待建模板的工作量非常巨大。解决这一问题的方式除了依靠时间积累外,还需要提高模板的适用性,使一个模板可以适应更多条件,从而大幅减少模板建立的工作量。
除了模板类型严重不足外,已经建立的模板在参数化程度上也存在不断完善的空间。目前为设计者开放的设计参数仅仅是最基本的设计参数,仅能够满足一般的设计状况,一旦出现特殊状况需要特殊设计时,现有模板就会因为自身局限性无法使用,只能够通过手动修改模型的方式来完成,大大降低了设计效率。
(2)工程量的自动计算仍无法达到工程要求。工程量的计算是设计过程的重要环节,及时计算出工程量是有效控制工程成本的有效方式,也是设计变更的重要依据。京沈客专试验段探索了工程量的自动计算方法,但是由于编码尚不完善,仅对部分构件进行了试验。结果输出的工程量虽然较为准确,但是输出格式不符合工程要求,为平铺式罗列(见图7)。系统自动将所有构件依次罗列在表格第一列,无论是否需要计算其工程量,并且各构件间没有从属及逻辑关系,与实际应用的工程量表格(见图8)有较大差距。两者之间如何结合仍然是需要解决的问题。
6结束语
以京沈客专李家梁隧道为案例,阐述目前BIM技术在铁路行业应用取得的成果以及存在的问题。对铁路工程设计阶段较为关心的协同设计、参数化设计、工程量计算等问题进行探讨并提出未来研究方向。在短期内,BIM技术急需解决的问题应该是提高工作效率及工作质量,只有让使用BIM技术的人员意识到BIM技术带给自己的提高和便利,才会使更多的人主动学习并使用BIM技术,才能够将BIM技术深入推广开来。
参考文献
[1]何关培.实现BIM价值的三大支柱——IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技术,2011(3):108-116.
[2]石耀勇,兰婷.浅析BIM技术在铁路建设中的应用[J].铁路工程造价管理,2014(5):65-67.
[3]李丽,马婷婷,袁竹.BIM技术在铁路隧道设计中的应用[J].铁路技术创新,2014(5):45-48.
BIM铁路工程 篇6
关键词：BIM,项目管理,协同设计,GIS,融合
近年来, 以BIM技术为代表的三维设计技术的应用, 在缩短工程周期、降低工程成本、提高设计水平和质量方面具有促进作用, 并日益成为勘察设计企业转型升级的重要手段之一。越来越多的项目业主、设计企业和施工单位都想通过应用BIM技术实现自身的转型升级。几年来, 铁路行业各大设计院、施工单位在工程设计、施工等方面开展了形式多样的BIM应用研究, 并取得了一定程度的突破。从这些工程应用的效果看, BIM技术在铁路行业的应用还存在很多难点和问题, 主要有:BIM应用平台不完备、地形地质模型与构筑物模型难以深度结合、BIM与GIS技术结合的应用还不成熟等。这些难点和问题在一定程度上阻碍了BIM技术在铁路行业的应用, 也降低了其应用价值。
1 BIM应用中的难点分析
1.1 关于BIM平台
1.1.1 建模软件平台
目前BIM软件平台比较多, 在楼宇、异型建筑、水电站等领域案例较多, 应用较好, 但应用到铁路行业又各有不足, 体现在以下两方面。
一是不能满足铁路特有专业本身的设计需要。主要体现在软件本身没有适应于铁路行业的模型标准, 其内含的模板、构件、样式、出图格式等不能满足铁路设计要求。在模板 (族类型) 方面, 没有适应铁路行业的桥梁、隧道、路基、轨道等基础模板。用户自定义的模板不具备内在的关联与约束, 增加了使用难度。在构件 (族库) 、样式、出图格式等方面, 铁路行业的内容非常缺乏, 需要用户自己去逐步开发、定义、配置, 这不但加大了工作量, 而且对用户的要求很高, 致使软件普及困难。另外, 有些软件还存在范围限制、容量限制等问题。
二是不能满足专业间的接口需要。由于目前BIM软件各有千秋, 不同的专业需要不同的软件来完成BIM工作, 而不同软件之间的接口还很不畅通, 造成专业间协同困难。首先是模型不能互相识别, 即不能实现接口;其次是即使可以通过一些方式实现对接, 但存在模型信息丢失问题;再次是模型导入软件后, 往往不能对各种属性及几何形状进行编辑, 如有更改, 则需要重新在原软件中编辑, 重新导入。这些接口及兼容问题, 不仅在不同厂家的软件之间存在, 而且同一厂家不同软件之间也存在, 给专业之间的协同带来了极大的困难。
要解决这些问题, 需要大量而艰苦的开发工作, 大体有3个层次:
(1) 软件平台自身完善开发。从BIM设计的角度看, 需要在软件的基础类型、模板、样式等方面增加铁路专业的内容, 或便于扩展为铁路专业的内容。从接口的角度看, 在铁路行业发布统一的IFC标准后, 各软件需要支持该标准, 逐步实现模型信息的无损接口。
(2) 专业BIM软件开发。专业公司或设计企业, 根据专业特点和需求, 对通用的软件平台进行二次开发, 形成如铁路桥梁、隧道、站场、路基等专业的辅助设计软件。
(3) 企业自身的应用工具开发。BIM设计应用企业, 根据自身的专业特点、管理特点、数据接口特点和应用需求, 对软件平台进行适当的二次开发, 形成工具软件, 以提高局部的设计效率。
1.1.2 项目管理平台
随着BIM技术在工程项目中的应用, 对项目管理平台的要求也不断提高, 基于BIM的项目全生命周期管理平台也提上日程。该平台的主要特点有: (1) 项目周期完整, 项目周期包括概念设计、勘察设计、建设管理 (包括施工) 、运营维护乃至报废管理等全过程管理; (2) 项目信息齐全, 包括项目实体信息 (BIM) 、设计施工图纸、各类文档资料等, 囊括了与项目相关的各类信息; (3) 信息可继承、可追溯, 项目每一个周期的信息资源不仅需要完整保存, 同时要在后面的各周期能够继承和使用; (4) 物理模型和数据信息深度关联, 可通过BIM模型检索到各类信息。
具备上述特点的项目管理平台开发难度大、周期长, 由一个企业或一个团队承担不具优势。中国铁路BIM联盟可组织有关方在一定标准框架内, 分别完成项目全生命周期内不同阶段的项目管理平台, 然后经过整合, 形成完整的铁路项目全生命周期的管理平台。目前, 铁路工程管理平台正在研发, 铁路IFC标准也开始研究, 可在该平台研发技术和应用经验的基础上, 逐步拓展至其他建设阶段。
1.1.3 协同设计平台
由于铁路项目多专业、多进程的特点, 需要专业间相互配合、密切协作。协同设计平台是方便专业协作、提高设计质量的有效途径。在BIM技术条件下, 各专业的设计成果更为直观, 专业之间的协同也更为紧密, 对BIM协同设计平台的需求日益迫切。一个理想的BIM协同设计平台应具备的基本要素有:各专业的BIM模型能够集成, 并可利用相应的工具进行模型检查;专业变更能够快速反映到模型中, 相关专业能够及时了解;具备设计成果的权限与版本控制功能;具有设计流程控制和质量控制措施。
目前, 市场上的类似软件要么缺少BIM模型集成功能, 要么缺少流程控制功能, 其主要困难一方面在于不同专业使用不同的BIM软件, 其设计成果的集成十分困难, 即使集成起来, 要修改变更也非常麻烦;另一方面, 主流BIM设计软件都是国外的产品, 在三维设计方面比较突出, 但在设计流程控制、质量控制等方面比较缺乏, 而国内软件在三维模型的处理方面又有很大不足。
由于以上各种因素, BIM协同软件平台的发展比较缓慢。尽管任务艰巨, 困难重重, 仍需要设计企业及软件厂商紧密结合, 大力推进。目前, 在制定协同标准的情况下, 可先解决主要专业之间的三维协同 (应用的软件平台一致最好) , 再逐步完善过程控制, 并陆续覆盖其他专业, 循序渐进地实现BIM协同设计平台的建设。
1.2 关于地形、地质模型
一般工民建项目场址在有限的范围内, 其地形、地质在完成一定的工程处理后, 在BIM模型中可忽略或简化。而铁路工程则不然, 大量的构筑物需要与地形模型和地质模型交叉融合, 尤其是隧道和路基挡护构筑物与二者的交叉融合, 尚存在较大的困难。
1.2.1 地形模型
由于铁路普遍采用航测手段, 数字地模已经成熟并大量应用, 但工程构筑物模型如何完整地嵌入地形模型中, 目前还存在一定难度。地形模型通常是表面模型, 适合于大场景展示工程项目, 这就需要把工程构筑物实体模型加载到地形模型中。这种模型融合存在的问题是:一是地下工程无法很好展现, 比如加载隧道模型, 进出口位置与地形结合比较困难, 需要特殊的处理;二是地形与构筑物接触部位需要特别处理。此外还有模型定位等。
如果把工程分成两种模型来设计, 在地形模型中进行开挖、放坡、平整等场地处理, 在实体模型平台中进行构筑物设计, 然后通过接口工具进行贴合, 使地形与建筑融合为一体, 即可解决上述问题。目前条件下, 这种方式的操作比较繁琐。毕竟同一建筑物在两个平台中设计, 有很多不便的地方, 工作效率较低。因此, 还需要通过二次开发实现参数化设计, 尽量减少手工的操作, 方便设计人员, 提高设计效率。
1.2.2 地质模型
单独建立地质模型, 目前的技术是可以实现的, 但将工程构筑物融合进去, 并且是动态融合, 尚有较大困难。这里“动态”一是指实施构筑物时对地质体的开挖与建造, 如隧道施工过程中的开挖、量测、变更、支护、衬砌等都是一个动态过程。如果仅仅是一个静态的两种模型融合, 那将失去BIM技术应用的意义。二是指与其他模型软件的兼容, 比如地质模型要能够在设计软件中, 与隧道模型深度结合, 即隧道模型的建立过程, 要放在对地质模型不断开挖的基础上进行, 这样才能真实体现施工过程。
目前, 实现这种动态融合过程还没有成熟的具体方案和措施, 没有可供参考的工程实践。然而, 地质模型单独存在, 则只能浏览、观赏, 只有融入其他模型软件, 且实现动态融合, 才有实用价值。因此, 还需要集各方力量, 对这一问题进行深入研究, 争取在较短时间内取得突破。
1.3 BIM与GIS
铁路工程项目是一个庞大而复杂的系统, 不同于单体或有限范围内的一般建筑。施工是以单体构筑物为单元, 但要对一条铁路甚至数条铁路线进行整体管理, 包括设计、建造、运维各阶段的整体管理, 则需要一个系统。这个系统不同于一般管理系统, 而是一个大数据量、三维图形、真实场景于一体的管理系统, 需要引入BIM+GIS的做法来实现, 这也是铁路BIM应用不同于其他行业的重要区别之一。
BIM+GIS技术, 是利用BIM技术整合工程建筑物本身的信息, 利用GIS技术整合建筑物外部环境的信息, 把微观领域的BIM技术和宏观领域的GIS技术进行融合, 既能满足构筑物BIM信息的管理, 又能满足空间信息的管理, 特别适合长大铁路项目的综合管理, 其主要特点有: (1) 各种模型在同一平台上的融合。在需要宏观管理时, 能够进行大范围的操作, 在需要微观管理时, 则能够对构筑物细节信息操作。 (2) 信息无损嵌入及拓展、更新。在两种模型结合过程中, 既不能损失GIS应有的信息与功能, 也不能损失BIM的信息和功能, 且BIM包含的信息随着项目生命周期的变化, 需要不断补充和扩展。 (3) 按铁路线状特点, 以里程及高程为基准的定位模式。GIS技术以坐标定位, BIM定位还比较复杂, 如果实现以铁路习惯来定位, 将更加方便使用。
具备这些特点的, 以BIM+GIS技术为基础的管理系统, 目前还处于探索阶段, 尽管有一些研究成果, 但离实际应用还有一定的距离, 还需要继续深入地研究。
2 对策建议
2.1 政策引导
中国铁路总公司和中国铁路BIM联盟作为铁路行业BIM技术应用的引领者, 经过近年来的组织与推动工作, 在BIM应用研究方面取得了有目共睹的成绩。BIM应用研究工作要得到持续深入的发展, 政策层面的引导尤为重要:一是规划指引。根据铁路行业的建设特点制定BIM技术在一定时期内的整体发展计划, 有利于引领BIM应用研究在设计、施工、运维各环节的发展节奏, 提升整体发展水平。二是标准制定。尤其是交付标准的制定, 可把设计与施工、施工与运维等环节的信息传递标准化, 同时促进设计、施工、运维信息化管理工作的规范化。
2.2 资源整合
中国铁路BIM联盟提供了一个很好的平台, 可以整合多方面的资源完成BIM应用研究的推动工作。一是集中资源完成行业顶层设计, 制定行业BIM应用研究的技术发展路线。二是集中资源完善行业管理平台, 为设计、施工乃至运维提供接口, 促进各阶段BIM应用研究的发展。三是整合资源促进铁路行业BIM应用的国际化发展。在以往的信息化过程中, 强调引用国际标准, 更多地是为了兼容性;要强调行业技术的国际化, 首先要在技术标准的扩展、制定方面得到国际标准组织的认可。四是推动行业内BIM应用研究工作的信息共享与交流工作, 同阶段不同单位和不同阶段不同单位分工合作, 共同研发, 互相促进, 成果共享, 提高应用研究效率。
2.3 面向市场
有了行业性的政策引导和资源整合这样的基础, 铁路行业的设计、施工、运维企业, 可以更好地面向市场, 获得优势资源, 完善自身的发展需求。设计企业会从设计的工具平台、协同平台等方面入手, 以质量和效率为重点, 研究产品的BIM交付工作。施工企业则更注重项目管理与BIM的结合, 进而实现进度、质量、成本的精细化管理。运维企业则以设计、施工运维信息为基础, 把静态设施、设备信息与动态运维过程相结合, 达到高效管控的目的。
3 结束语
BIM铁路工程 篇7
铁路客站工程是一项专业性极强的综合性工程, 专业多、接口错综复杂、技术难点多, 利用BIM技术的参数化、可视化等特点, 能有效的提高施工效率, 降低施工风险, 改善施工安全和质量。目前基于BIM信息技术已经在铁路客站中有较广泛的应用, 大中型客站中已有相当部分客站采用BIM技术进行辅助施工, 并且取得了一定的成效, 如兰州西站、哈尔滨北站、天津西站、南京站、海西线东方站等。下面结合兰州西站工程就BIM技术对铁路客站施工质量安全方面的典型应用进行介绍。
1 基于BIM信息技术的复杂施工节点模拟
复杂施工节点模拟包含两方面的内容:一是利用BIM技术对具有复杂工序、专业接口多的施工节点进行模拟, 比如市政地铁与车站地下室交汇处施工节点, 工序复杂, 涉及专业多, 工艺难度大, 此时采用BIM施工模拟技术, 能很好的进行施工组织模拟, 提高工效和施工质量;二是利用BIM技术对工艺复杂或加工难度大、构造独特的节点进行模拟优化, 比如对结构复杂的雨棚梁柱节点、站房中多构件相交的劲性柱节点或造型独特的钢结构屋面节点等进行模拟优化。此类型节点工艺复杂, 质量要求高, 采用BIM技术的分解施工, 能得出合理的施工工序和质量控制办法, 并且能以图文影像的方式, 对施工人员进行培训, 从而提高施工成效, 改善施工质量。
1.1 复杂施工节点工序模拟优化
通过4D施工模拟实现在工程建设前对客站工程复杂施工节点的施工组织文件及施工进度计划文件内容进行模拟, 可对施工组织文件中安排有冲突的地方在施工前进行优化, 合理安排施工, 并与工程实际进度相比较, 直观地显示工程实际进度与原计划进度超前和滞后的部分, 及时调整施工方案, 保证工程如期完成。兰州西站工程的4D施工模拟见图1。
1.2 复杂节点模拟优化
客站工程中的某些复杂节点, 设计往往不能很好地考虑其施工操作的可行性或加工的经济性问题, 对于此类节点, 利用BIM技术三维可视特点和具有时间维度的动态特点, 可以完美地模拟其节点的具体施工, 检验优化节点的设计和施工。
兰州西站劲性梁柱节点的BIM模拟见图2。原设计此劲性梁柱节点采用套筒与钢柱焊接的方式, 由于套筒密集, 并且分上下两排, 之间的间隙小, 在施工时焊接难度大, 会造成部分套筒下部与钢柱不能完全焊接, 存在工程质量风险因素。经过BIM模拟优化后, 将原设计中的套筒连接改为环板连接, 优化后对钢筋的加工尺寸、焊接要求、施工难度都降低了, 保证了工程质量。
同时, 针对复杂节点, 利用BIM技术对工人组织专项交底, 将二维图纸转换成三维施工模拟, 直观、形象、易懂。使工人掌握了复杂节点的关键工序, 对复杂节点施工质量提供了可靠的保障。
2 基于BIM信息技术的施工安全防护模拟
基于BIM信息技术的施工安全防护模拟主要包含两方面内容:一是采用BIM技术对安全防护装置进行模拟, 检验防护装置是否满足安全施工需要;二是群塔防碰撞模拟, 检验塔吊施工的安全性。
2.1 安全防护装置模拟
安全管理是生产企业的命脉, 也是客站工程施工管理的红线。传统施工管理中, 往往只能根据经验和相关规范要求编写相关安全措施, 针对性不强。采用BIM模拟安全防护现场, 寻找安全防护的关键部位, 得出有效防护措施, 安全性得以提高。
兰州西站既有线安全防护装置模拟示意见图3。该站房贴近既有铁路线, 最近距离只有2 640 mm, 在BIM模型中进行防护网的安装位置、防护高度以及安装方式优化, 在保证既有线运输安全的前提下, 尽可能地方便施工, 另外结合塔吊作业模拟, 考虑塔吊作业时对既有线造成的安全隐患。
2.2 群塔防碰撞模拟
大型客站站房面积大, 施工工期紧张, 往往要求多个工作面进行同时施工, 因此, 在客站施工范围内, 需要设置多台塔吊, 如何防止多塔吊的相互干扰和和对既有线安全区域的冲撞, 是施工安全的重要命题。
采用BIM技术, 在塔吊安装前, 在BIM模型中对塔吊进行模拟布置和运行, 可以有效地检验塔吊的设置是否能满足作业需求, 同时, 也可以根据塔吊模拟运行, 调整塔吊标臂标高, 设定塔臂限位器安装位置, 或设定既有线安全防护网限位器的位置, 实现作业半径交叉区域塔吊有序作业, 保证吊装的货物不得超越既有线防护网及既有线的正常运输安全。图4为客站群塔防碰撞模拟示意, 利用BIM技术的群塔防碰撞模拟, 塔吊布置合理, 施工作业效率提高, 施工安全得到了保障。
3 客站施工物料跟踪及信息化管理
随着建筑行业标准化、工厂化、数字化水平的提升, 以及建筑使用设备复杂性的提高, 越来越多的建筑及设备构件通过工厂加工并运送到施工现场进行高效的组装。而这些建筑构件及设备是否能够及时运到现场, 是否满足设计要求, 质量是否合格将成为整个建筑施工建造过程中影响施工计划关键路径的重要环节。基于BIM系统结合FRID技术的物流管理信息系统对物体的过程信息有非常好的数据库记录和管理功能, 从而解决建筑行业对日益增长的物料跟踪带来的管理压力。铁路客站工程庞大, 结构构件多, 同样具有上述标准化加工生产和物料跟踪的特点要求, 比如钢结构雨棚, 站房钢结构屋架及玻璃幕墙和屋面等, 这些结构构件数量庞大, 样式类似, 很容易在加工和安装时混淆, 采用BIM技术结合FRID技术的物流管理信息系统, 在BIM模型中即赋予特有的构件名称、材料、样式、位置、数量等信息, 而在之后的备料、加工、运输、进场、物料堆放、安装、维护等每个流程, 都可以根据构件的标签信息进行查询检验, 缩减了对各种类型构件分类、归类、定位等工作, 提升了管理工作效率, 并且在安全质量方面也得到了保证。目前基于BIM技术的物料跟踪及信息化管理已经在客站工程的前期即工厂设计、加工、出厂环节有较为广泛的应用, 而在后期等阶段尚未广泛应用, 有待进一步推广。
4 结论
BIM技术已经广泛应用于建筑工程中, 而在铁路客站工程中的应用也必将快速展开。兰州西站采用BIM技术在铁路客站施工质量安全控制方面开创性地进行了应用。该客站建设基本完成, 与同类型、规模的其他客站相比, 该工程工期缩短, 施工中修改变更大幅减少, 工程质量优良。实践证明, 将BIM信息技术应用于铁路客站施工中, 能有效地提高施工成效, 改善施工质量和安全。
摘要：结合兰州西站工程, 探讨了BIM信息技术在铁路客站工程施工质量安全方面的典型应用, 重点阐述了基于BIM信息技术的复杂施工节点模拟、施工安全防护模拟、客站施工物料跟踪及信息化管理等内容。研究结果表明:将BIM信息技术应用于铁路客站施工中, 能有效地提高施工成效, 改善施工质量和安全。对铁路同类型车站和类似结构应用BIM信息技术具有参考指导意义。
关键词：BIM,信息技术,铁路客站,质量安全,安全防护,碰撞,施工物料,信息化管理
参考文献
[1]住房与城乡建设部.关于推进BIM技术在建筑领域内应用的指导意见[S], 2003.