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立足于鐵路工程建設項目設計階段，對基于BIM的協同設計所涉及的工作流程及構件復用問題進行研究

BIM設計在鐵路行業進行了很多有益嘗試，但是實踐表明，現有軟件功能、資源均不足以支承BIM技術在鐵路行業的大范圍推廣，相比二維設計，BIM設計的優勢并未顯現出來，主要體現在：BIM設計協同能力差、BIM設計資源難以有效利用和共享。本文對BIM設計中面臨的協同工作流程及構件資源共享問題進行研究，提出BIM設計協同方法、BIM模型構件庫等解決方案，將鐵路工程BIM設計方法體系化、標準化，為后續鐵路BIM設計提供借鑒思路。

 協同設計流程

現行設計流程

鐵路工程建設項目設計過程一般分為項目前期、項目實施、項目投產3大階段，又可細分為11個環節：規劃研究、預可行性研究、初測、可行性研究、定測、初步設計、補定測、施工圖設計、配合施工、竣工驗收、項目建成銷號。

鐵路工程設計是多專業協同設計，站前專業：測繪、地質、路基、線路、站場、軌道、橋梁、隧道等；站后專業：四電、建筑、工經、給排水、機輛等。站前、站后各專業在項目實施階段的定測環節到施工圖設計環節協同工作、互為上下序，開展資料互提、審簽和數據共享等工作。

目前，鐵路設計工作有任務分解派發、任務執行、提交設計文件等管理流程，多以會議方式在重要時間節點面對面制定并發布任務分解和執行進度計劃，項目小組使用通信軟件實時在線溝通任務執行進度、提交設計文件。這種管理方式在實際管理中容易造成任務分解版本不一致、提交設計文件版本管理工作量大，任務執行進度不易實時掌握的問題。

BIM模式下設計工作任務管理

任務流程是由多個單位或人員為實現共同的目標而順序或同時需要完成的一系列規范化的任務組成。流程管理是為了提高這些流程任務的組織和執行效率而使用的系統化方法。BIM模式下設計數據和文件存儲在平臺服務器，數據與文件通過一個整體的BIM進行組織和關聯，易于設計文件版本統一管理和控制，各專業設計人員在平臺上協同工作，執行設計任務。

項目總體負責人在平臺上創建和分配設計任務，設計人員在平臺上查看需要執行的任務、在任務上添加平臺中設計文件的鏈接、填報任務執行進度。當某個專業的設計人員更新并提交了本專業的BIM時，基于同一平臺的其他專業設計人員可及時接收到最新的模型更新內容并做出響應，從而避免由于溝通不暢造成的BIM偏差、錯漏或版本不統一等問題。

設計工作任務管理的分解派發、任務執行、進度填報和設計文件提交，人員管理都在統一的平臺，為設計項目的所有參與人員提供了有效的協同模式，有助于提高設計工作任務管理效率。

BIM構件庫

實現BIM設計協同的另一個關鍵問題是BIM資源共享，資源共享的前提建立統一的BIM構件庫。設計單位根據標準創建一些通用的構件并上傳至構件庫，構件庫對標準構件進行審核、分類、存檔和維護，之后進行發布并提供給設計單位使用，使BIM設計資源能夠有效地傳播和復用，提升BIM設計標準化水平。為保證設計資源能夠正常流轉和使用，BIM構件庫需要建立完善的管理和保障機制。

BIM構件庫特點

BIM構件庫是BIM標準構件的有序集合，它應具備以下特點：

（1）應對BIM構件建立統一的入庫標準，主要是對構件的文件格式以及屬性數據進行規范，并在構件入庫前進行檢查。

（2）鐵路工程BIM構件分為不同專業，專業內部按照用途又可細分為不同類別，構件庫應對構件進行分類，方便檢索，另外構件庫應盡可能涵蓋各類型的常用構件。

（3）構件中所包含的屬性信息應符合相應的應用場景要求，避免屬性信息不完整影響使用效果。

（4）BIM構件庫應設置數據訪問權限，用戶只能訪問其權限范圍內的模型構件信息，最大限度的保證數據安全。

（5）BIM構件庫應有專門的管理人員進行定期維護，更新或刪除不再適用的BIM構件。

BIM構件庫的意義

BIM構件是寶貴的BIM資源，對BIM構件進行收集、維護和管理能夠發揮其應有的價值，使資源得到復用，建模效率大幅提高，提升模型創建的標準化水平，其意義體現在以下方面：

（1）通過對構件資源進行整合形成BIM資產，在鐵路工程建設項目全生命周期內傳遞和共享，提高BIM設計的效率。

（2）BIM構件資源能夠為BIM擴展應用系統提供有效數據源，例如基于BIM的仿真分析、碰撞檢測、運行維護等。

（3）BIM構件庫是BIM標準化工作的重要環節，為建立企業級BIM資源庫提供借鑒思路。

BIM構件庫設計

本研究在分析路外企業對BIM建模需求的基礎上，結合鐵路行業工程建設項目特點和專業設置，將BIM構件庫的功能設置如下：

• 支持BIM構件的上傳、下載、在線瀏覽及批量操作等常規功能。

• 建立完整的構件分類體系和編碼標準，為構件建立索引。

• 采用傳輸加密、存儲加密以及用戶身份認證等技術手段保護數據安全，對構件資源的訪問進行權限控制。

• 為其它BIM 擴展應用提供數據接口。

基于以上需求，對BIM構件庫進行架構設計，系統采用B/S模式，前端基于JavaScript、WebGL構建瀏覽器三維顯示引擎，用戶可使用手機端App或PC端瀏覽器查看BIM構件與屬性信息。服務端基于C/C++構建模型參數生成與Web服務。基于面向對象數據庫存儲模型與業務數據。前后端之間的數據傳輸采用JSON協議格式。

BIM構件創建和利用

BIM構件的創建以滿足各階段的BIM應用為原則，構件的創建過程包含三維模型建立、幾何信息添加、非幾何信息添加等，還包括構件的分類、管理、維護等信息的添加，構件的創建內容主要包括：

（1）各專業分別建模，每個專業根據約定的交付成果創建構件模型。

（2）各專業的BIM 構件創建應當以三維模型為基礎，根據構件信息深度要求添加必要的幾何及非幾何信息，最終形成構件模型。

（3）BIM 構件的創建還包括對構件的持續性修改、管理、維護和記錄。

在BIM構件的利用方面，依托BIM構件庫系統功能，實現了構件的下載、編輯和上傳構件功能。使現有BIM建模軟件平臺可以連接統一的BIM構件庫，進行多樣化查詢、瀏覽構件的信息和各種屬性信息、同步更新構件，以及將相應的版本的鐵路BIM構件載入到BIM應用軟件中進行編輯、使用與更新。

應用效果

三維BIM模型構件庫在京張高鐵全線的BIM設計和三站三隧的精細化設計中進行了應用驗證，為建立三維BIM設計協同設計模式和構件級設計資源共享積累了有益經驗，具體應用效果如下。

鐵路公共建筑與鐵路其它專業在同一平臺作業的設計工作并實現數據格式統一，專業間可以做到相互調用，相互參考，及時發現問題并反饋問題，及時更改。

各專業的設計信息均呈現在一個平臺上，打破信息壁壘，避免因信息不對稱造成的滯后，專業設計過程中需要其他專業的設計參數可以進行實時抓取，并產生關聯關系記錄。信息變更提醒功能，某設計信息變化后，與其關聯的相關設計內容均收到變更提醒，避免信息滯后產生的差錯漏碰。

在清河站、張家口南站等站房中利用BIM模型構件庫管理和復用BIM構件，進行三維BIM場景構建，從而在設計過程中最大限度提高資源效率。成果經驗可復制到全路高鐵建設項目上，復雜的建造過程透明化、可視化，推動鐵路建設從信息化、數字化走向智能化。

全專業在同一工作環境下開展協同設計，以三維模型為載體對設計信息進行維護，可實現信息集中管理和共享。依托BIM構件庫，可實現BIM構件資源的整合和復用，為裝配式建模提供數據源，從而提高設計工作的效率和標準化水平

內容來源：

鐵路BIM聯盟成員單位——

中國鐵道科學研究院集團有限公司劉北勝，尹遜霄，郭歌，李慧；

北京交通大學顧爽.

鐵路工程BIM協同設計與構件共享研究[J].鐵路計算機應用.

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