BIM技术在铁路勘察设计中的应用现状与发展展望

（轨道交通工程信息化国家重点实验室 中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043）

近年来，随着我国社会经济的快速发展和“一带一路” 战略的大力实施，BIM技术在我国铁路行业的应用逐步兴起，技术理论研究持续深入。同时，BIM 在部分重点铁路工程项目中得到试点应用，截至目前已有十多个铁路BIM 试点项目通过初步验收，部分重点项目正在按照基于BIM 三维协同设计和四维可视化项目管理的方式进行建造[1]。聚焦于铁路工程项目全生命期内的经济、社会和环境效益，在铁路工程项目全生命周期内普及和深化BIM应用，提高各参与方的工作质量和效率，推进BIM的全过程应用，已成为政府、行业主管部门和企业三方的共识[2-3]。BIM技术在中国应用最广泛的就是建筑服务系统的碰撞检测与集成优化，而在其它项目上的应用相对滞后[3-4]。因此，本文针对BIM技术在铁路勘察设计阶段的应用进行探讨，可为相关的设计企业和部门提供参考和借鉴，对于推动BIM技术在铁路勘察设计阶段的应用具有很好的引导和探讨价值。

1 BIM 理念

BIM（building information modeling）概念源自美国，译为建筑信息模型。针对美国BIM 国家标准对BIM 的含义的解释，可以理解为BIM是工程建设项目全生命周期所有信息的数字化表达，集成工程建设项目全生命期数据的工程数据模型，可以通过共享手段为工程建设所有参与方提供高效、可靠的决策依据，促使各参与方高效、协同、一体化地完成建设作业[5-6]。主要具有可视化性、协调性、模拟性、优化性、可出图性、一体化性、参数化性以及信息完备性8个特点。

2 BIM技术在铁路勘察设计中的应用现状

铁路勘察设计BIM技术的应用主要体现在3个阶段：①工程可行性研究阶段；②初步设计阶段；③施工图设计阶段。铁路工程BIM 应用主要体现在路基、桥梁、隧道、站房与四电集成等专业设计中。在桥梁方面，开展桥梁BIM 应用工作，主要包括参数化建模、三维协同设计、工程量统计、设计库管理、碰撞检查、二维工程图、施工仿真和运维管理等工作；在隧道方面，建立基于施工细度全隧道模型，包括洞门模型、明暗洞模型、辅助坑道模型、附属洞室模型与防排水模型；在站房方面，开展以BIM技术为平台的站房三维建模与施工图交付标准。同时，在四电、路基等方面，也开展了诸多有益探索研究和BIM技术可视化模型设计[7-8]。

2.1 BIM技术在可行性研究阶段应用

铁路工程可行性研究阶段可应用BIM 对设计运营功能、工程规模、工程投资等进行分析，验证工程项目可行性、优化设计方案，保证设计方案的合理性、适用性和经济性。具体体现在：①利用BIM 数据集成与管理平台集成铁路工程项目中路基、桥梁、隧道、站房与四电集成等专业方案设计模型，分析铁路工程与周边环境建（构）筑物的位置关系，实现铁路工程设计与铁路网、城市发展建设协同；②可进行景观效果分析、噪音影响分析、征地拆迁分析、地质适宜性分析、规划控制管理、投资估算分析、施工安全风险分析、设计方案可视化以及控制因素分析等其他应用。

2.2 BIM技术在初步设计阶段应用

铁路工程初步设计阶段可应用BIM技术对设计方案或重大技术问题的解决方案进行综合分析，论证技术上的适用性、可靠性和经济上的合理性。具体体现在：①建立比选设计方案模型，从方案的可行性、功能性、美观性等方面进行分析，选择最优设计方案；②利用初步设计模型可视化展现设计方案并进行方案分析以及与周边环境的协调性检查和环境影响分析，直观、可视化展示模拟视频和控制要素，以利于进行方案沟通交流；③可进行施工工法模拟、工程量统计、管线碰撞检查、限界优化设计、工程管理等其他应用。

2.3 BIM技术在施工图设计阶段应用

铁路工程施工图设计阶段可应用BIM 对设计方案进行综合模拟及检查，进一步优化方案中的技术措施、工艺做法等，在初步设计的基础上辅助编制可供施工和运营维护阶段使用的设计文件。具体体现在：①利用BIM 数据集成与管理平台实现对设计图纸和BIM 交付成果的集中存储与管理，进行工程进度与成本管理；②利用施工图设计模型，开碰撞检查，辅助优化设计；③利用施工图设计模型输出各清单子目工程量与项目特征信息，根据工程量清单中的分部分项优化完善模型数据，辅助编制、校核工程量清单，提高各阶段工程造价的效率与准确性；④可进行建筑能耗分析、日照分析、结构计算分析、岩土工程分析等其他应用。

3 BIM技术在铁路勘察设计应用中存在问题

目前BIM 在铁路勘察设计方面的应用仍处于起步阶段，目前主要是通过初测获取可行性研究设计所需的相关数据，定测获取初步设计和施工图设计所需的相关数据，为项目的方案比选提供依据和参考[9]。但是BIM 在铁路工程勘察设计方面的大力推广和应用还存在一定的难度。具体存在以下几个方面的问题[10]：

（1）缺乏铁路勘察设计方面的BIM技术人才。由于铁路工程专业就业方向针对性较强，目前我国主要是原铁道部直属院校开设有铁道工程专业，但是这些院校针对铁路工程方面BIM技术人才的培训较少。铁路勘察设计方面BIM技术的普及，人才是核心要素，需要既懂专业又精通软件的复合型人才。因此，开设有铁路工程专业的高等院校要大力开展BIM 人才培养，积极开展和铁路勘察设计企业之间的BIM技术交流培训，提高BIM技术人才的创新性和实践性，以免学与用脱节，要培养一批综合素质和专业技术均较高的BIM技术人才。

（2）缺乏统一标准和顶层设计，没有形成针对中国铁路工程的BIM技术标准和完全本土化的BIM技术平台。BIM 译为建筑信息模型，最先应用在建筑工程方面，随着社会经济的快速发展和铁路行业技术革命的不断推动，在铁路工程勘察设计方面有了初步应用，但是目前为整理、统一BIM技术在铁路工程方面的统一标准，BIM 平台门类繁杂，部分模块尚未完全实现国产化，和铁路行业标准不匹配，缺乏顶层设计，导致不同铁路勘察设计企业使用过程中沟通、交流、协作不畅，最终影响BIM技术在铁路行业类的大力推广使用。

（3）BIM技术在铁路工程全生命周期应用的优势未体现。目前BIM技术在项目设计、施工、运营维护各阶段的应用中各自为阵，完全割裂，无法进行有效的信息共享与沟通交流，没有有效的融汇贯通在全生命周期。设计、施工以及运营维护都只停留在自发的层面，未形成统一的管理和体系。虽然，目前中国铁路行业已形成了BIM 联盟，但是行业政策引导和激励还不够明显，迫切需要从国家层面出台铁路工程BIM技术应用的纲领性文件，引导和督促各勘察设计企业制定相关制度和政策，层层引导、激励和推进BIM技术在铁路工程方面的应用。

4 结语

我国作为建筑-工程-施工（architecture-engineering-construction，AEC）的大国，整个工程行业最终都会趋向一个高度信息化、标准化、集成化、协同化的状态。随着当前BIM技术的不断发展和完善，我国“一带一路”战略大力实施，铁路“走出去”的步伐不断加快的同时，铁路工程行业也不可避免的要将BIM技术应用到规划、勘察、设计、建造和运营维护等全生命周期，应用BIM技术能建立以工程实体、时间和工序为主体的多维度的结构化数据库，将项目数据精确细化到构件级，在铁路勘察设计阶段充分利用其可视化性、协调性、模拟性、可出图性、信息完备性等优点，为整个勘察设计阶段提供更好的数据和模型支持，保证勘察设计结果的优化性和科学性，并为后续的施工和运营维护工作提供支持和帮助，实现各环节的协调工作，从而可以提高铁路工程建设的效率与效益。随着社会经济的不断发展，铁路工程领域必将进一步掀起BIM技术应用的热潮，不断推动我国铁路行业的转型升级和健康、持续和走出去的发展。