中国铁路设计集团：铁路BIM研发与应用

BIM （Building Information Modeling）是指创建并利用信息模型对工程项目的设计、建造和运维全过程进行管理和优化的过程、方法和技术。

基于 BIM 技术的信息模型，可以实现工程的虚拟化设计、可视化决策、协同化建造、透明化管理，将极大地提升工程决策、规划、勘察、设计、施工和运营管理的水平，减少失误，缩短工期，提高工程质量和投资效益。

BIM 源于美国，发展迅猛，发达国家普遍在建筑领域大力推广BIM，如英国政府强制要求自2016年全部应用BIM，新加坡则要求2015年前应用BIM。

我国建筑业紧跟世界潮流，接连出台文件推动 BIM 应用。住建部2015年下发《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，明确到2020年末，重点项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用BIM的项目比率达到90%。

一、铁路 BIM 研发应用的意义

铁路工程投资庞大、专业多、技术复杂、建设周期长、参与方众多。铁路BIM必将有力支撑铁路优质设计、高标准建设、乃至智慧运营管理。中国铁路大规模、高标准建设方兴未艾，特别是当前中国高铁已成为国家亮丽的名片，并积极实施“走出去”战略的大背景下，铁路BIM研发意义重大。

2013年中国铁路总公司发文将 BIM 确立为铁路信息化的主要技术框架，牵头成立中国铁路BIM联盟，强力推动铁路BIM研究与应用。2014年铁总安排了17个 BIM 试点项目。

基于 BIM 的协同设计是设计理念重大革新、设计手段的重大升级，是新形式下精细化设计、信息化交付核心技术。 BIM 成果为智慧铁路建设与管理提供数据基础。

中国铁路设计集团有限公司（简称中国铁设，CRDC）于2014年成立“ BIM 研发项目部”，集中专业人员54人，集 BIM 标准编制、协同设计研究、生产应用“三位一体”，按照“标准先行、平台支撑、试点验证”的技术路线，依托工程项目大力推进BIM研发应用。

二、标准制定与国际化

为保证铁路 BIM 信息模型能够在工程全生命周期内有效共享和传递，必须建立一个完备的铁路BIM标准体系。

（一）标准编制

在中国铁路总公司和铁路 BIM 联盟的领导下，积极参与铁路 BIM 标准制定。

一是中国铁设主持制定了《中国铁路 BIM 标准体系框架》，明确了：中国铁路BIM标准体系包括技术标准和实施标准两大部分。技术标准分为信息语义标准、数据存储标准、信息传递标准。实施标准主要从资源、行为、交付物、协同管理四方面指导和规范 BIM 应用。

图1 中国铁路 BIM 技术标准体系

二是牵头编制的《铁路工程信息模型分类和编码标准》（IFD）已由铁路 BIM 联盟批准发布实施(铁路 BIM 联盟推荐标准)。标准在ISO 12006-2体系框架下扩展，与建筑和地理信息领域国际标准兼容。

三是牵头编制的《铁路工程信息模型数据存储标准》（IFC）已由铁路 BIM 联盟批准发布实施（铁路 BIM 联盟推荐标准）。该标准用于指导、规范铁路 BIM 软件开发、实施标准编制，涵盖线路、轨道、路基、桥梁、隧道、站场、地质7个专业。

四是编制了《铁路工程结构分解及命名标准》《铁路工程协同设计骨架及命名标准》《铁路 BIM 模型配色标准》《铁路工程协同设计信息传递标准》等系列企业BIM实施标准，用于指导和规范 BIM 设计。

（ 二）标准国际化

为扩大在国际上的影响力，提升中国铁路软实力，服务于中国铁路“走出去”战略，推动铁路BIM标准国际化，铁路 BIM 联盟多次组织参加国际标准化组织（buildingSMART）会议，持续发布中国铁路 BIM 标准研究和应用成果，主动承揽国际标准编制任务。

中国铁路 BIM 标准得到了国际标准化组织的高度认可，《铁路工程信息模型数据存储标准》（IFC）已发布为国际公开规范(bSI SPEC)。

图3 中国铁路 BIM 标准国际发布

2017年4月，中国铁路 BIM 联盟在国际标准化组织下，牵头成立铁路IFC国际标准编制项目组，成员包括德、法、瑞、奥等国铁路组织，拟将铁路IFC标准纳入到IFC5标准中，继而进一步成为ISO16739标准。

三、铁路BIM平台研究与搭建

以铁路工程全寿命周期 BIM 应用为目标，中国铁设统一规划，将BIM技术应用平台分为三部分研发，相互协调，同步推进。一是自主研发铁路三维协同设计系统，完成快速规划和方案设计；二是引进领先的 BIM 设计平台，通过开发实现铁路BIM设计和交付；三是引进领先的3D GIS系统，开发实现铁路 BIM 建设管理系统。

（一）自主开发三维协同设计平台

中国铁设从2009年开始铁路三维协同设计技术研究，针对铁路长大干线特点，研发具有完全自主知识产权的铁路三维协同设计平台,将勘察设计模式从二维串联流水线式设计，转变为三维并行协同设计。

图4 中国铁设三维协同设计系统框架

铁路三维协同设计系统架构分为数据库、中间层服务器、客户端设计平台三大部分。基于网络数据库实现多专业设计数据的统一存储和访问。客户端设计平台为自主研发的三维图形平台，具有大数据管理能力和交互设计能力。

目前，已经能够使用该系统完成线路选线设计，路、桥、隧、站专业工点设计，四电和给排水设备管线布设，段所基站选址和系统总图展示。系统在多个铁路工程中应用，多专业协同设计，提高了整体效率；三维场景直观生动，突破了二维图纸视觉局限；设计成果集成，提高了系统性设计质量。

图5 线路选线设计

图6 路基工点设计

图7 桥梁工点设计

（二）引进领先的 BIM 设计平台

为实现 BIM 精细化设计与交付，中国铁设引进全球领先的BIM设计平台，经开发，基于同一数据库，实现了全专业全过程的协同设计。

图8 系统架构图

在多专业协同设计和构筑物冲突检查、排水工程深化设计、隧道洞口位置比选、工程接口系统设计、室内管综设计、站场管线设计、防雷分析、通信无线覆盖范围分析、管道水力分析、功能空间检查、有限元分析等方面优势突出，数据信息在全专业间高度共享。

1.搭建协同设计 BIM 平台

平台采用多层B/S架构，将数据层、逻辑链路层、操作层分开，能够负载均衡和外延扩展，并建设了 BIM 专用机房，满足BIM大信息量数据存储、管理、传输的需要。

支持全专业同步开展 BIM 设计，设计数据分构件保存于同一数据库，各构件之间保持关联关系，构件之间可相互驱动更新。

制定了铁路BIM标准实施策略，通过开发将铁路IFC标准植入平台，模型能够承载BIM标准所规定的非几何信息，支持 BIM 模型的分类应用和计算分析。

2.创新“工程结构树+骨架驱动”协同设计理念

创造性通过设计骨架、设计模型、交付模型3棵不同的“结构树”组织设计全过程模型，随设计进展树不断生长。

图9 设计骨架树

图10 设计模型树         图11 交付模型树

各专业共同设计和维护骨架树，并通过该树传递信息，骨架间保持关联关系，一处更新处处更新；设计模型引用骨架结构树及其参数信息，经专业模板或软件实例化为模型，受骨架驱动，并以标准结构树统一管理；通过开发，由平台自动将模型拆分成标准构件，并以交付标准结构树进行组织对外交付。

3.设计模型、设计审核、设计管理紧密结合

设计任务管理依据工程结构树创建，并分级派发；设计完成后在管理平台中提交，通过审核流程后，由管理平台将任务推送至完成状态，将设计模型推送至发布状态，并自动归档。

图12 BIM协同设计管理

（三）开发3D GIS+ BIM 的应用平台

将BIM与3D GIS技术融合，实现研究多源异构数据高效管理，充分发挥GIS的海量地形管理能力和 BIM 构件化精细模型构建优势，开发新一代铁路信息模型建设管理平台（CRDC_RIM），围绕工程进度、投资、质量、安全，实现工程建设过程信息化、规范化管理。

平台按照“一个门户，五个系统”建设，一个门户即统一认证、统一鉴权、一点接入和全网服务；五个系统：综合管理系统、技术管理系统、现场管理系统、范围管理系统和监控量测系统。突破 BIM 与GIS融合、多源异构数据管理关键技术。

图13 CRDC_RIM平台主界面

四、BIM应用探索

（一）设计阶段应用

完成了京沈客专 BIM 试点、阳大铁路、印尼雅万高铁先开段等项目BIM设计。应用 BIM 模型，进行工程设计系统性、合规性和冲突检查，优化设计方案，提高了设计质量。部分专业实现了基于BIM信息的工程量计算。

1.在京沈客专 BIM 试点项目实现站前专业协同的BIM设计

图14 京沈客专BIM模型

2.在阳大铁路实现全专业协同设计，全面支持IFC标准

图15 阳大铁路 BIM 模型

图16 阳大铁路阳泉北站站房与桥梁主体结构模型

3. 在雅万高铁项目上应用开发的专业软件，设计效率大幅提升

图17 雅万高铁 BIM 模型

图18 雅万高铁洞口BIM模型

（二）BIM在施工中的应用

在多个项目中应用CRDC_RIM平台开展施工阶段BIM应用。在阳大总承包项目中，实现了施工过程控制的精确管理、 BIM 施工仿真、为保障施工进度和质量、减少返工，发挥了积极作用；在济青客专青阳隧道和京沈客专望京隧道BIM项目中，开展基于BIM的技术交底、进度填报、安全风险、视频监控系统、变形监控管理与预警等管理。

1. 施工过程控制的精确管理

平台以图形化的施工进度填报为基础，实现了施工进度数据的快速和标准化采集，驱动工点 BIM 模型进行三维形象进度展示，同时结合工程量清单，可以自动进行验工计价和工程数量统计，以及对当前风险管理进行预警分析等。

图19 进度填报

图20 三维形象进度

2.  BIM 施工交底与仿真

基于 BIM 模型实现了可视化技术交底、精细化工序仿真，便于快速开展施工作业，指导实际施工，提高施工质量。

图21 转体施工模拟

3. 多系统集成管理

在三维平台中实现多系统集成管理，如盾构姿态监控系统、视频监控系统、拌合站、试验室等监控量测系统等，对安全、质量、进度进行有效把控。

图22 盾构姿态监控系统集成

五、展望

当前 BIM 在铁路领域应用已取得可喜成果，但仍处起步阶段，标准编制、平台搭建、应用探索等方面任重道远。

期待政府、行业出台纲领性文件，加强顶层设计，建立价值分配机制，形成市场化的应用 BIM 费用标准，更有力地指导和推进铁路BIM研究应用。

中国铁设将大力推进 BIM 技术研发工作，联合兄弟单位，牵头制订好国际铁路 BIM 标准，努力打造出世界先进的 BIM 协同设计平台，为数字铁路、智慧铁路发展和铁路“走出去”战略，贡献力量。