BIM在铁路设计中的应用初探

本文在针对铁路设计中存在的问题展开探讨和分析的基础上，初步了提出将BIM技术应用到铁路设计中的设想和规划。完全实现铁路行业的BIM设计是一个长期的过程，需要铁路设计各专业的通力配合与共同创造，它的实现不仅仅是带来一次设计技术的进步和更新换代，也将促使铁路施工和运营方式的一次转型，对整个铁路行业将会产生深远的影响。

1.推广BIM的必要性

　　根据铁道部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km以上，复线率和电化率分别达到50%和60%以上。所以，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。作为铁路建设的基础性和前提性工作，铁路设计无疑在很大程度上决定了铁路建设成果的质量，其影响效应贯穿铁路的规划、设计、建造和运营的全生命周期，也是促进铁路行业可持续发展与资源及环境友好的重要决定因素。因此，如何在确保铁路设计质量的同时，采用先进的技术手段提高设计效率，促进铁路建设的又好又快发展，是当前铁路设计中亟待解决的重要课题。

　　铁路设计是一项庞大复杂的系统性工程，需要设计团队内部的多专业间密切配合，频繁地进行多种形式的设计信息的交互，并且与业主、施工单位、监理等多个建设参与方进行沟通协作来完成，共同地将设计成果实现为铁路建筑物实体。

　　当前，参与铁路设计的各专业都有专门的辅助设计软件，但在设计过程中以及最终的设计结果都采用的是传统的二维平面图的形式，这种方式虽然在一定程度上提高了设计效率，但用二维的手段来表达庞大复杂的空间三维铁路实体本身并不符合人类的认知和思维习惯，软件只是起到了辅助设计的作用，达不到所见即所得的可视化效果，工程师在进行设计时不能发挥最大的创造性。由此引发了在铁路建设过程中产生一系列问题，主要表现为以下几个方面：

　　其一是专业间信息沟通不及时、不顺畅。铁路设计各专业都是在独立的知识和软件平台中进行设计，专业间接口繁多，设计过程中相当一部分的信息共享和交换是由人工完成的，不能实现设计信息的集成和自动化传达，这就使得工程师们有时需耗费大量时间来处理和理解其他相关专业提交的设计数据，并经常发生由于设计变动的更新延迟而导致返工的人力、时间的浪费现象，影响铁路设计效率的进一步提高。

　　其二是设计意图表达和理解不明确。铁路项目在勘测设计过程中需要与业主、当地政府进行设计方案影响因素的采集和协商，最终的设计成果需要施工单位去严格和准确地执行，才能保证设计成果的科学性和设计意图的正确实现。设计方将成果向业主和施工方交底时，绝大部分采用的是二维平面图的形式，甚至有的附属工程设计只有文字说明，施工方不能准确地理解设计意图，这将直接影响到工程建设的进度和质量，导致合理的设计意图得不到合理的实现，并造成人力物力财力的浪费。例如，当前客运专线排水工程中存在着一些问题和隐患，一部分原因就在于：施工技术员在复杂的现场情况下对二维的排水设计图纸和文字说明理解不透彻，从而随意指导施工甚至不施工。

　　其三是设计成果不能有效地服务于铁路运营、维护和管理。铁路在建造完成后，其运营时期将长达十几年甚至几十年，在此期间通常需进行多次大规模的铁路养护和维修。当前铁路养护虽然采用了一些较为先进的机械装备，如轨检车、起道拨道设备等，但多数铁路问题的发现还依赖于人力，并且养护过程中需要在海量的设计图纸中来查找问题路段的设计资料，由于设计单位通常不参加铁路养护，设计成果有时不能得到正确的理解，导致养护维修工作效率低下。

　　以上几个问题虽只是针对铁路建设而提出的，但其在建筑行业中具有普遍性，相似的现象在建筑、公路、电信、管道、市政设施等其它工程建造业的设计过程中也同样存在。为此，借鉴装备制造业的成功经验，国内外学者和软件开发商将工程项目生命周期各阶段的信息以面向对象的方式集成起来，提出了“建筑信息模型”（BuildingInformationModeling,BIM）的概念和解决方案。

　 　2.BIM的概念和应用

　 　2.1BIM的概念

　　建筑信息模型（BuildingInformationModel）是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，这个概念的定义最早是由美国乔治亚技术学院建筑与计算机专业的查克·伊斯曼（ChuckEastman）博士于30年前提出的：“建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息”。