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[分享]铁路工程设计BIM技术的差异化与解决方案
1.概述
建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)，是指应用数字技术表达建筑项目(如今泛指工程项目)的几何、物理和功用信息，以及支持项目设计、施工、运营及管理全生命周期的技术、办法或过程。BIM具有可视化、协同性、模仿性、优化性和可出图性五大特性。它使得工程项目在设计、施工、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下停止;不但能模仿设计出真实场景的建筑物模型，还能够模仿不能在真实世界中停止操作的事物。单体建筑的BIM技术及其应用已趋于成熟，但铁路工程BIM技术的开发与应用整体上尚处于起步和探究阶段，没有成熟的软件能够运用，没有现成的经历能够自创。目前业主的需求越来越迫切和普遍，有关部门已开端鼎力推进BIM技术在我国铁路工程的开发与应用。今后工程设计单位除了提交设计图纸外，还需求“传模型”，没有用BIM设计才能的单位将失去竞争力，铁路工程设计BIM技术的开发与应用已火烧眉毛。BIM时期曾经降临，这是设计手腕上的一次反动。首先，是在设计观念和习气要改动。过去设计人员只能用绘图这种二维的手腕来反映理想的三维工程项目。随着BIM技术及计算机软硬件的开展，今后设计人员将逐渐过渡到直接用虚拟的三维模型来反映理想的三维工程项目，用数据库来替代绘图。经过树立基于BIM技术带状的铁路工程真实场景模型协同设计平台，完成各专业在同一个全线真实三维场景模型下的协同设计，使工程技术人员对各种工程信息作出正确的了解和高效的应对，从而进步消费效率、节约本钱和缩短工期。依据目前铁路工程BIM技术炽热的开展势头，在将来三五年内该技术的开发与应用将会有一个逾越式开展。
2铁路工程设计BIM技术的差别化
铁路工程项目是一个综合的系统工程，具有点多、线长、面广、投资范围大、技术性强、专业分工巧、参与单位多、流程复杂等特性，有的工程还触及运营中的即有线改造。一条铁路工程项目的建立，从勘测设计、施工到托付运营将构成一个庞大的系统，在这个系统内既有严厉的分工，又有亲密的协作，同时又互相限制。铁路工程与普通工民建筑的BIM技术开发与应用的差别化，详细表现在以下几个方面。
2.1工程呈带状散布，沿途天文环境复杂
全线工程的作业面呈带状散布，每个建立项目长度延绵从几十公里到上千公里，沿途穿山、越岭、跨河，工程地质、地形和环境复杂多变;而普通的工民建筑只是相对集中布置在一个区域，大局部工点是建在曾经完成“三通一平”的简单地形上，地质和四周环境相对单纯。
2.2工程数量宏大，数据海量
通常一条铁路的建立投资都在几亿元以上，有的多达千亿以上。项目常常被划分红数个以至数十个标段，工点数量更是宏大。无论是工程建筑信息还是工程天文信息数据都是海量的，这样的海量数据将需求一个有效的数据管理平台和数据管理形式来管理。
2.3参与专业众多，需求协同设计
在一个铁路项目的设计中通常需求有众多的专业协同工作，如:经调、行车、测绘、地质、线路、路基、轨道、桥梁、隧道、站场、机务、车辆、给排水、通讯、信号、信息、电力、电化、房屋、暖通、环保、工程经济等专业。随着技术进步和建立规范的进步，这些专业不但技术上请求高，而且需求多专业间的亲密配合协同设计，平行穿插作业繁多。
2.4工程属性差别大，不易开发通用软件
由于各专业工程内容的属性不同，其设计的表达方式也有所不同。如:土建工程中设计的表达方式主要是几何构造、受力剖析、强度计算;四电工程中除了视觉层面的外，在设计上更多的表达方式是逻辑关系、负荷计算、信息规则;而关于轨道、路基、隧道、接触网等工程为沿线路走向连续延伸。因而，采用或开发一个通用的软件来处理这些个性化的需求在现阶段是不可能的。
2.5专业间存在“信息孤岛”，现用软件大局部没有BIM接口
在铁路勘察设计企业的信息化建立过程中，一开端各专业都是本从本专业的需求动身，对勘察设计的软件和设备停止引进、开发或晋级换代，在此过程中逐渐构成了本专业的数据规范格式。这些专业数据固然能满足本专业铁路勘察设计的业务需求，但是下游专业展开设计经常常需求先经过二次转换或重新录入，才干运用上游专业提供的数据，数据跨专业运用的效率较为低下。随着信息化建立的深化，各设计专业也在逐渐完善本人的专业数据库，增强了对数据的管理和维护，但没有从一个全局性的高度来规划和谐和，使得各专业信息化的水平越深，专业间“信息孤岛”的现象越严重。另外，由于铁路工程BIM技术的应用起步比拟晚，各专业正在运用的辅助设计软件在开发时大局部没有思索与BIM软件的接口问题。
2.6局部专业和设计不宜采用BIM的表达方式
固然BIM技术具有可视化、协同性、模仿性等特性，但不是一切的设计阶段、设计思想和处理问题的方式都能够用BIM的方式来表达，如:计划研讨阶段、预可研阶段，以及经调、行车的剖析计算等，BIM并不是最佳的表达方式。
3处理计划
带状大范围工程设计三维真实感场景技术的研讨胜利，开拓了一个全新的铁路工程设计应用BIM技术途径。从真实场景模型上不但能量测对象的三维位置信息，而且还能反映对象的属性信息，如房屋的层高和新旧、地表植被类型、暴露地土壤类型等。关于地质专业的不良地质、滑坡、断层等信息，从航空的角度更容易判释。真实感场景不但为设计提供了根底信息来源，同时也提供了一个空间平台，使得天文、地质、水文、城市规划、线路设计走向等各方面的空间数据，能够在统一的天文空间上同时表现出来。线路、地质、路基、桥梁、隧道、站场等多个专业都能够在这个空间里停止信息获取、信息发掘、辅助设计、计划比照等工作。同时，各专业在设计过程中生成的BIM模型作为一种三维信息模型，也能够在真实场景模型中呈现。运用航空遥感影像数据和地形数据由计算机生成与现场分歧的的三维真实场景模型，将各专业的剖析与计算、图形与信息交互、设计效果呈现等数据，依照里程坐标集成在一个带状连续的真实场景中，在散布式数据库的管理形式下，完成各专业在真实三维场景模型下的协同设计，既树立一个各专业在三维真实场景下同时展开设计工作的大平台，如图1所示，详细处理计划如下。
3.1平台组成及分工
大平台由若干个专业BIM设计平台和一个真实场景协同设计平台组成。由于各专业的设计内容和流程非常复杂，每个专业需求树立本人相对独立的专业BIM设计平台，主要处理本专业作业中的剖析与计算、模仿与仿真、族库的树立与调用、中间成果及最终成果的生成、设计效果呈现等纵向问题，针对每一项专业性强的设计内容还需求树立相应的设计子系统;同时还要思索施工、运营维护等工程全生命周期BIM的条件。在真实场景协同设计平台上主要摆放各专业上下游互提材料及设计效果呈现等数据，主要是处理数据共享、设计协同及视觉上设计效果呈现等横向问题。各专业的数据在本专业BIM设计平台上“重量化”，在真实场景协同设计平台上“轻量化”。
3.2各专业BIM模型在平台上的呈现办法
铁路全线工程设计是以线路里程为根底的设计形式。树立BIM单体模型坐标与里程坐标之间的转换，将各专业的BIM模型以里程坐标在真实场景协同设计平台这个统一的天文空间中停止套合，处理单体BIM模型孤立存在的问题。采用地形重构技术，对各专业要放置的三维模型与地形停止交融处置，保证模型依照给定的设计高程、天文坐标及其他规则放置后外表与分离处地表分歧，完成地形与三维模型之间的无缝套合。同时，制定各专业放置在三维真实场景平台上模型的比例尺、坐标系规范及模型族库树立规则，确保提交的数据精确融入系统和BIM的模型与模型之间无缝贴合。
3.3数据库管理方式
针对铁路工程数据量大及专业相对独立的特性，采用散布式数据库构造。该数据库由全局数据库和若干个专业数据库组成。全局数据库存储项目、计划、坐标系、专业、设计人员、规则等具有全局性的数据，以数据索引统领各专业数据库，构成联络。各专业树立本人的数据库，存储本专业的数据，并将数据索引信息注册到全局信息库。各专业的数据依照接口规范放到数据库中，以完成数据发布，专业间经过接口规范及权限来获取各自所需的信息。
3.4现用专业软件上传数据库的途径
关于各专业目前运用的独立软件，无法直接衔接到数据库上，可按下列三种途径来处理，如图2所示。
途径一:经过编写数据转换程序和本地数据管理程序，完成专业软件与协同设计平台的衔接。数据转换程序将各专业的专业数据转换为规范接口数据，并存储到本地数据缓冲位置;本地数据管理程序完成对本地缓冲数据的发布。
途径二:修正现有软件，增加规范数据输出接口，经过数据管理程序发布数据。途径三:重新编写专业软件，软件直接以规范接口输出数据，再由数据管理程序担任发布。以至能够将发布程序直接写入专业软件，直接由专业软件发布。假如现用专业设计软件能停止二次开发，则经过途径二停止软件改造，增加新的接口是最理想的方式;否则就应选择途径一编制新的转换程序，将数据按接口停止转换;而途径三由于要对既有软件停止更新换代，代价太大，不宜采用。
3.5中间互通软件和接口的选定
由于各专业的工程内容属性不同，其设计的表达方式也就有所不同，合适采用的BIM软件也就不分歧。在专业互提材料中，每个专业的上下游专业通常也有好几个，假如没有一个通用的中间互通接口和规范，将招致接口过于复杂和接口设计艰难。鉴于铁路工程设计中不断采用的是AutoCAD系统，各专业在该平台上开发和积聚了大量的应用软件，设计人员对该系统也很熟习;因而，为了使数据接口尽可能的减少和简化，各专业在设计时能够依据专业特性和属性采用个性化的BIM软件，但在进入三维真实场景平台互提材料和设计效果呈现时规则统一采用AutodeskRevit格式。这样，不管各专业采用哪种BIM软件，只需开发该软件与Revit的接口即可。同时开发Revit格式的三维模型数据与三维GIS模型数据的交流软件和制定数据接口规范，使Revit格式的三维模型数据导入之后可以完好保存其原来的各项属性，完成在三维真实场景平台上对各专业的三维模型属性停止查询、调用、编辑、增加、删除等操作。
3.6平台初期拉通的准绳
鉴于铁路工程BIM技术才处于起步阶段，请求开发人员不但要有软件开发技艺，还要熟习设计流程，同时还需求有专业人员的配合;而刚开端对有些学问的认识是含糊和不完好的，通常是在开发过程中逐步理解和控制，并加深了解的;有的是随着项目的推进，被细化或变卦。因而，在现阶段各专业仅合适在视觉和几何外形层面上停止初步拉通。随着项目的推进和认识不时深化，专业间的不时磨合，以及规则、规范的逐渐制定和完善，再加载物理属性信息和剖析计算功用，即完成各专业这个阶段在真实场景协同设计平台上统一摆放的是Revit格式的三维模型。
4结论
带状大范围工程设计三维真实感场景技术的研讨胜利，开拓了一个全新的铁路工程设计应用BIM技术途径。运用航空遥感影像数据和地形数据，由计算机生成与现场分歧的三维真实场景模型;将各专业的工程三维模型依照里程坐标集成在一个带状连续的三维真实场景中，完成铁路工程BIM方式下的协同设计。本文提出的铁路工程设计BIM技术开发与应用的处理计划，对铁道工程设计单位展开BIM工作具有一定的自创意义。
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