咨詢熱線:17736920826
咨詢熱線:17736920826BIM在鐵路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討
本站 2018/7/12 10:02:15
通過(guò)闡述建筑信息模型(BIM)概念，分析基于BIM技術(shù)的全生命周期理念的建筑優(yōu)勢(shì)，并介紹BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外建筑業(yè)及國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：與GIS技術(shù)結(jié)合、綜合管線碰撞檢測(cè)、站場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理、協(xié)同設(shè)計(jì)與作業(yè)、項(xiàng)目各階段的銜接，總結(jié)國(guó)內(nèi)BIM發(fā)展存在的問(wèn)題：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失、三維協(xié)同設(shè)計(jì)理念缺乏、專業(yè)軟件不足、市場(chǎng)認(rèn)知與人才培養(yǎng)問(wèn)題，并提出對(duì)應(yīng)的推行BIM策略，最后提出BIM將引領(lǐng)鐵路建設(shè)向信息化、智能化發(fā)展。
關(guān)鍵詞：BIM；鐵路設(shè)計(jì)；發(fā)展現(xiàn)狀；全生命周期；協(xié)同設(shè)計(jì)
建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)理念最早于20世紀(jì)70年代由喬治亞理工大學(xué)的Chunk Eastman教授提出。BIM是利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)集成了建筑物的物理及功能特性等各種相關(guān)信息的工程模型，既包括幾何信息，還包括非幾何屬性信息，能為工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)直至拆除的全生命周期信息進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)用，為工程決策提供更好的依據(jù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)工程價(jià)值。相比于傳統(tǒng)CAD模型，BIM引入時(shí)間軸和費(fèi)用軸，即5D模型，既可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目虛擬建設(shè)及管理，又可實(shí)現(xiàn)工程計(jì)量和費(fèi)用計(jì)算的自動(dòng)化。據(jù)斯坦福大學(xué)調(diào)研表明，BIM可以減少設(shè)計(jì)變更40%，提高施工現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)率20%～30%[1]。鐵路是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，BIM應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)已是大勢(shì)所趨。
2.1 建筑業(yè)BIM發(fā)展
美國(guó)作為全球BIM發(fā)展與應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者，GSA組織于2003年確立了3D-4D-BIM計(jì)劃，并于2007年要求所有重大項(xiàng)目都要應(yīng)用BIM技術(shù)；在英國(guó)，政府于2011年提出《UK Government Construction Strategy》，旨在推行BIM技術(shù)在政府工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，明確強(qiáng)調(diào)了BIM在未來(lái)英國(guó)建筑業(yè)的重大作用；新加坡發(fā)行了《Singapore BIM Guide》(2012)，并成立了專門基金用于激勵(lì)企業(yè)相關(guān)項(xiàng)目的BIM技術(shù)實(shí)施；韓國(guó)于2010年先后發(fā)布了《建筑領(lǐng)域BIM應(yīng)用指南》、《設(shè)施管理BIM應(yīng)用指南》[2]，提出應(yīng)用BIM時(shí)需注意的方法及要素，用于指導(dǎo)工程各階段進(jìn)展，并要求國(guó)內(nèi)公共設(shè)施建設(shè)在2016年全面應(yīng)用BIM技術(shù)。
在中國(guó)，建筑業(yè)發(fā)展迅猛，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，信息化建筑理念逐漸被重視，BIM的發(fā)展雖不如以上國(guó)家，但BIM的優(yōu)勢(shì)正在被廣泛認(rèn)可。2009年，香港成立了BIM學(xué)會(huì)，同年房屋署發(fā)布了BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，確定了2014-2015年將BIM技術(shù)全面應(yīng)用于房屋項(xiàng)目；2013年，北京正式啟動(dòng)《民用建筑信息模型(BIM)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》編制工作，這是國(guó)內(nèi)第一部地方BIM標(biāo)準(zhǔn)；2015年6月，中國(guó)住建部印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》[3]，要求實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目全生命期的BIM應(yīng)用，通過(guò)設(shè)計(jì)資源共享充分發(fā)揮BIM在全生命周期中的優(yōu)勢(shì)。BIM在中國(guó)的發(fā)展情況見(jiàn)圖1。
圖1 BIM在中國(guó)的發(fā)展
2.2 鐵路行業(yè)BIM發(fā)展
2013年12月，中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟成立，由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院等8家單位共同發(fā)起，旨在為中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理全生命周期管理提供支撐平臺(tái)[4-5]；2015年9月，國(guó)內(nèi)知名鐵路高校西南交通大學(xué)BIM工程研究中心揭牌成立，契合鐵路工程業(yè)界需求，為深入開(kāi)展鐵路行業(yè)BIM研究工作做準(zhǔn)備；2015年9月，鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院正式啟動(dòng)陽(yáng)(泉北)大(寨)鐵路BIM技術(shù)研發(fā)工作，成立了陽(yáng)大BIM應(yīng)用小組，意在提高工程總承包項(xiàng)目信息化管理水平；2015年11月，由中鐵四局主建的(北)京沈(陽(yáng))客專TJ-5標(biāo)，是國(guó)內(nèi)首個(gè)鐵路BIM技術(shù)施工試點(diǎn)項(xiàng)目，標(biāo)志著鐵路施工大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)；2015年12月，廣東省發(fā)布了《2015年度城市軌道交通領(lǐng)域BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃》，目的是推進(jìn)廣東省城市軌道交通向智能化發(fā)展[6]。綜上所述，一場(chǎng)基于BIM技術(shù)的鐵路行業(yè)革命已經(jīng)到來(lái)。
隨著我國(guó)鐵路的高速發(fā)展，大批鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目正在進(jìn)行。因鐵路項(xiàng)目具有投資大、工期長(zhǎng)、技術(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量提出很高要求。傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)僅關(guān)注項(xiàng)目中的某一階段或某一方面[7]，易導(dǎo)致某階段各專業(yè)間或不同階段間各參與方信息難以共享、傳遞，容易形成信息孤島，無(wú)法滿足復(fù)雜鐵路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，而B(niǎo)IM技術(shù)注重的是項(xiàng)目整體進(jìn)程，可實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同設(shè)計(jì)與作業(yè)，保證信息的及時(shí)傳遞，大大降低返工次數(shù)，提高工作效率、節(jié)約成本，目前已得到國(guó)內(nèi)各鐵路相關(guān)單位重視。
建筑業(yè)BIM應(yīng)用日趨成熟，但鐵路行業(yè)BIM應(yīng)用尚處于初級(jí)階段[8]，遠(yuǎn)未發(fā)揮BIM在全生命周期中的工程價(jià)值，盡管已取得部分成果，但仍應(yīng)注意以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
3.1 與GIS的結(jié)合
地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)是一種特定的空間信息系統(tǒng)，能查詢和分析建筑物所處的地理相關(guān)環(huán)境信息，對(duì)環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬[9]。與其他建筑物相比，鐵路是一種線狀結(jié)構(gòu)，地理空間跨度大，在選線時(shí)GIS能提供鐵路設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)以便進(jìn)行決策分析，確定最合理的走線方案，并通過(guò)三維形式展現(xiàn)出來(lái)。選線確定后，GIS技術(shù)可以對(duì)工點(diǎn)內(nèi)環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析，如確定工點(diǎn)存放臨時(shí)設(shè)備的最優(yōu)位置、工點(diǎn)內(nèi)危險(xiǎn)區(qū)域，跟蹤監(jiān)測(cè)建筑材料如何通過(guò)供應(yīng)鏈等。
BIM注重項(xiàng)目本身“內(nèi)環(huán)境”，GIS則負(fù)責(zé)項(xiàng)目周圍“外環(huán)境”，兩者結(jié)合可以為工程設(shè)計(jì)與施工發(fā)揮更大作用。此外，鐵路工程建設(shè)涉及多個(gè)專業(yè)，通過(guò)GIS可以將各專業(yè)BIM模型整合并表現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)全線路的BIM展示。
3.2 綜合管線碰撞檢測(cè)
綜合管線是車輛基地的專項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，其涉及專業(yè)廣且信息繁雜，最能體現(xiàn)工程的經(jīng)濟(jì)性與質(zhì)量水平。一直以來(lái)，車輛基地內(nèi)系統(tǒng)眾多且復(fù)雜，機(jī)電管線更是異常龐雜，傳統(tǒng)二維管線綜合設(shè)計(jì)中水暖電3個(gè)專業(yè)分別獨(dú)立進(jìn)行，各專業(yè)內(nèi)圖紙又會(huì)分為若干張，檢查管線排放的差錯(cuò)漏碰問(wèn)題往往比設(shè)計(jì)更花費(fèi)時(shí)間和精力，同時(shí)二維圖紙表達(dá)不夠直觀、系統(tǒng)，圖紙內(nèi)很多問(wèn)題難以發(fā)現(xiàn)，從而為工程埋下隱患。
將BIM技術(shù)應(yīng)用于管線綜合，可以在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)三維模型直觀表述設(shè)計(jì)意愿，初期可通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題，后期可通過(guò)碰撞檢測(cè)軟件檢查，如用Navisworks進(jìn)行全面檢測(cè)并生成報(bào)告，可清楚表達(dá)所有碰撞問(wèn)題，以便快速調(diào)整修改，避免了后期設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)大量的調(diào)整和返工。
3.3 站場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理
站場(chǎng)是鐵路工程建設(shè)的節(jié)點(diǎn)，也是鐵路客貨服務(wù)運(yùn)營(yíng)管理的中心�；贐IM技術(shù)的三維模型，在建模初期就集成了非幾何屬性信息。BIM模型在設(shè)計(jì)、施工階段錄入的站場(chǎng)設(shè)備信息，如設(shè)備型號(hào)、管理單位、維修周期與內(nèi)容等，為后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供了數(shù)據(jù)支持，顯著提高了運(yùn)營(yíng)管理階段對(duì)前期工程信息的利用率。
此外，BIM模型通過(guò)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可及時(shí)發(fā)送、傳遞信息，幫助管理人員辦理客、貨運(yùn)業(yè)務(wù)，管理列車接發(fā)、會(huì)讓等。相比傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)管理階段的割裂，BIM為站場(chǎng)檢修設(shè)備及管理等提供了有力的信息支持，充分發(fā)揮了BIM中“I”的優(yōu)勢(shì)。
3.4 協(xié)同設(shè)計(jì)與作業(yè)(圖2)
鐵路工程建設(shè)涉及專業(yè)多達(dá)二十幾個(gè)，站前專業(yè)如線路、站場(chǎng)、橋梁、路基等，站后專業(yè)如暖通、給排水、機(jī)械、電力等專業(yè)[10-11]，每個(gè)專業(yè)內(nèi)或不同專業(yè)間都要密切配合與協(xié)作，確保信息溝通順暢、準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)抽象復(fù)雜，多專業(yè)圖面零亂繁雜，很難直觀表述模型的設(shè)計(jì)意圖，特別是工程進(jìn)行時(shí)因圖紙差錯(cuò)導(dǎo)致的返工，單專業(yè)錯(cuò)誤可能導(dǎo)致其他專業(yè)的圖紙變更，大幅增加了設(shè)計(jì)工作量，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度，甚至增加項(xiàng)目成本。
圖2 基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)與作業(yè)
應(yīng)用BIM技術(shù)能夠使各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與作業(yè)，在設(shè)計(jì)初期及時(shí)溝通，進(jìn)行模型匯總整合，及時(shí)修正錯(cuò)誤，確保設(shè)計(jì)信息及時(shí)準(zhǔn)確的呈現(xiàn)，將傳統(tǒng)方式下項(xiàng)目后期出現(xiàn)的問(wèn)題提前解決。完善的BIM模型可最大限度降低圖紙變更帶來(lái)的損失，從根本上減少因此而產(chǎn)生的人力、物力的浪費(fèi)。
3.5 項(xiàng)目各階段的銜接
鐵路工程項(xiàng)目要經(jīng)歷立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)幾個(gè)階段[12]，以二維圖紙表述的建筑設(shè)計(jì)，使項(xiàng)目各階段內(nèi)無(wú)法及時(shí)更新圖紙信息，為其他參與方提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在項(xiàng)目工程進(jìn)行中，每一方設(shè)計(jì)變更都會(huì)導(dǎo)致另一方在相應(yīng)文件中做出調(diào)整，一旦出現(xiàn)修正不及時(shí)，都會(huì)使工期延長(zhǎng)，傳統(tǒng)方法建造過(guò)程中，設(shè)計(jì)、施工單位的隔離與信息閉塞，使雙方溝通困難，讓設(shè)計(jì)方案無(wú)法按時(shí)施工或出現(xiàn)錯(cuò)誤。
BIM模型彌補(bǔ)了鐵路項(xiàng)目每個(gè)階段各參與方可能存在的問(wèn)題，通過(guò)項(xiàng)目在各階段的信息共享，使各方更緊密的合作。BIM將設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)知識(shí)結(jié)合在一起，順暢銜接并共同服務(wù)于項(xiàng)目，打破傳統(tǒng)企業(yè)間的壁壘[13]。
4.1 存在問(wèn)題與障礙
盡管BIM相比CAD技術(shù)有多方面的優(yōu)勢(shì)，但目前在鐵路行業(yè)發(fā)展過(guò)程中仍存在不少問(wèn)題與障礙。
4.1.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失
國(guó)內(nèi)的BIM標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，處于研究和制定階段，相對(duì)滯后，部分應(yīng)用鐵路建設(shè)的BIM案例都是根據(jù)項(xiàng)目或企業(yè)自身情況而定，僅用于某類工程試點(diǎn)，無(wú)法廣泛應(yīng)用，缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)某種程度制約了BIM的普及。
4.1.2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)理念缺乏
2D設(shè)計(jì)作為鐵路設(shè)計(jì)交付成果已是行業(yè)慣例[14]，即各專業(yè)在設(shè)計(jì)過(guò)程中單獨(dú)完成各自部分，匯總后反復(fù)修改核對(duì)后再交付。這種離散分步設(shè)計(jì)方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響鐵路項(xiàng)目整體進(jìn)程[15]。BIM帶來(lái)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)理念促進(jìn)了鐵路設(shè)計(jì)各專業(yè)學(xué)科交叉與密切合作，但項(xiàng)目協(xié)同化設(shè)計(jì)要求在同一環(huán)境和同一標(biāo)準(zhǔn)下，各專業(yè)并行工作且溝通及時(shí)，而現(xiàn)實(shí)中各專業(yè)的軟件平臺(tái)難以兼容、遵循標(biāo)準(zhǔn)及理念不同、信息安全無(wú)法保證等問(wèn)題阻礙了BIM這一理念的發(fā)展。
4.1.3 專業(yè)軟件不足
現(xiàn)在市場(chǎng)上功能完善的BIM軟件多為國(guó)外軟件，國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)BIM軟件較少，且適合應(yīng)用于鐵路工程項(xiàng)目的更少，國(guó)外軟件與中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范不匹配，突出了軟件的本土化問(wèn)題，不少鐵路設(shè)計(jì)院也在嘗試進(jìn)行BIM軟件二次開(kāi)發(fā)，但方向主要集中于方便建模、出圖及展示等，無(wú)法真正發(fā)揮BIM的優(yōu)勢(shì)，另外開(kāi)發(fā)專業(yè)軟件周期長(zhǎng)、難度大，前期投入較多，短期無(wú)法實(shí)現(xiàn)收益，讓很多企業(yè)望而卻步，也是亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。
4.1.4 市場(chǎng)認(rèn)知問(wèn)題
目前鐵路行業(yè)BIM基本只用于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要是應(yīng)業(yè)主需求而試用于鐵路上某些特殊需要的項(xiàng)目，為業(yè)主作可視化展示。全生命周期的BIM應(yīng)用要求投入成本高，需要相關(guān)軟硬件設(shè)施的配合，可供參考BIM案例較少，使相關(guān)中小型企業(yè)因技術(shù)和實(shí)力不足在接受新技術(shù)獲得改變的過(guò)程中會(huì)猶豫不決，還處于觀望態(tài)度，無(wú)法感受BIM帶來(lái)的實(shí)際價(jià)值。
4.1.5 人才的缺乏
人才先行是BIM推廣和應(yīng)用的關(guān)鍵。BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)從軟件開(kāi)始，現(xiàn)在鐵路行業(yè)接受培訓(xùn)學(xué)習(xí)BIM軟件的往往是新人，學(xué)習(xí)軟件能力強(qiáng)，但缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，而老員工通常覺(jué)得先進(jìn)技術(shù)不如經(jīng)驗(yàn)做事效率高，觀念落伍，學(xué)習(xí)意愿不足，導(dǎo)致實(shí)際培訓(xùn)效果不理想，嚴(yán)重限制了BIM在企業(yè)中的發(fā)展，企業(yè)迫切需要一套完整的人才培訓(xùn)體系與方法。
4.2 發(fā)展對(duì)策
鐵路建設(shè)具有專業(yè)眾多、技術(shù)繁雜的特點(diǎn)，BIM應(yīng)用與推廣難度大。要想使BIM在鐵路行業(yè)廣泛使用，可以結(jié)合鐵路行業(yè)特點(diǎn)，效仿鐵路工程試點(diǎn)成功案例，組織制定鐵路標(biāo)準(zhǔn)框架和體系標(biāo)準(zhǔn)；還應(yīng)兼顧各專業(yè)特點(diǎn)，建立良好的三維協(xié)同設(shè)計(jì)管理體制及執(zhí)行計(jì)劃，增強(qiáng)各專業(yè)協(xié)調(diào)工作能力，另外保證模型信息安全性尤為重要；同時(shí)BIM的軟件推行需要政府支持，政府可以采取激勵(lì)措施，鼓勵(lì)企業(yè)自主開(kāi)發(fā)專業(yè)軟件，保護(hù)國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)BIM軟件版權(quán)，構(gòu)建產(chǎn)品服務(wù)支持體系；當(dāng)今BIM技術(shù)主要應(yīng)用于房屋建筑，鐵路作為基礎(chǔ)設(shè)施，其BIM技術(shù)的應(yīng)用剛剛開(kāi)始，BIM利于鐵路的智能建造、鐵路信息智能管理，適應(yīng)國(guó)家鐵路科技發(fā)展規(guī)劃需求，政府部門應(yīng)配合并出臺(tái)相關(guān)政策扶持，提高其在中小企業(yè)中的認(rèn)知；同時(shí)也要要求各企業(yè)制定培訓(xùn)計(jì)劃和考核制度，重點(diǎn)培訓(xùn)新老員工的BIM技術(shù)水平，強(qiáng)化BIM專業(yè)知識(shí)和軟件應(yīng)用能力，逐漸使BIM應(yīng)用普遍化、全面化。
BIM是建筑業(yè)的一次革命，其發(fā)展帶來(lái)的不僅是技術(shù)的進(jìn)步、建筑效益的提高，更改變了建筑企業(yè)的思維模式。鐵路既是國(guó)民不可或缺的公共基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是我國(guó)先進(jìn)技術(shù)走出國(guó)門的一把鑰匙，其建設(shè)更應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)。雖然目前鐵路BIM技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐發(fā)展緩慢，還存在諸多問(wèn)題，但其帶來(lái)的工程價(jià)值顯著，我們要用正確、長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光去看待其發(fā)展，不能急于求成。相信BIM技術(shù)一定會(huì)穩(wěn)步推進(jìn)鐵路行業(yè)建設(shè)，在不久的將來(lái)取代CAD，引領(lǐng)鐵路建設(shè)向信息化、智能化的更高層次發(fā)展。
更多相關(guān)信息 還可關(guān)注中鐵城際公眾號(hào)矩陣 掃一掃下方二維碼即可關(guān)注
