铁路工程的BIM技术应用都使用什么协同平台？

针对BIM协同设计问题，目前大量研究主要集中在基于同一个设计软件的协同设计研究，对于多平台的协同设计研究不多。针对铁路工程，提出一种基于多源数据的BIM协同设计平台，结合铁路BIM项目，阐述协同设计平台的应用流程，提出该平台存在的问题和应用前景

铁路工程专业众多，涉及20余个专业，而各个专业根据本专业的特点往往选择不同的BIM设计软件，不同的设计软件必然导致软件间数据交互的困难。即使存在一个超级软件(实际上不可能)能解决各专业的问题，由于铁路工程体量巨大，直接采用原始模型协同仍然存在很大的障碍，而且在不同设计院或部门协同设计时存在知识产权的隐患。

理想的方法是通过IFC实现各软件的数据交换。事实上从IFC发布的第一个版本到现在，已经过去了二十多年，IFC标准在实施过程中仍然存在各种问题，包括颜色缺失、属性缺失、关系缺失、几何缺失、构件类型不一致以及导出的IFC文件过大。而对于铁路工程，铁路IFC标准尚未成为国际标准，软件厂商支持的动力不足，当前阶段，采用IFC标准实现铁路工程BIM协同设计并不现实。

结合铁路工程特点和当前BIM技术水平，本文提出铁路工程多平台BIM协同技术路线:协同设计分成两个层次，数据层面的协同和模型层面的协同。首先各专业根据专业间协作的特点，共同创建协同共享数据库。基于共享数据库，各专业根据数据协同标准和专业数据标准开发本专业的BIM设计软件。然后统筹各专业不同需求，利用合适的图形引擎将不同数据源的BIM设计模型转换为统一的模型数据格式，并根据铁路工程的项目特点建立企业级协同设计平台。最后基于协同设计平台开展专业间的模型层面的协同设计工作。技术路线如下图所示。

多源数据BIM协同设计平台

图形引擎

合适的图形引擎是协同设计平台的核心。目前铁路工程BIM设计主要采用三大主流设计平台：Autodesk、Bentley、Dassault。三大设计平台侧重点各不相同，各有所长，均拥有广大的用户群。因此，协同平台的图形引擎必须可以兼容三大主流平台软件格式。

本文采用兼容Catia、Revit、Bentley、Inventor、Civil3D、Tekla、IFC 等软件格式的图形引擎，在保留原始模型的几何、结构及属性等信息的基础上，将模型转换成轻量化格式文件，基本能满足铁路设计不同专业的需求。图形引擎配备的转换器采用“一次转换”技术路线，针对每种软件单独开发转换器，解决了轻量化模型“变形、信息丢失”的问题。

具体的方法为:采用C++/ CAA/ C#等语言(不同模型格式需采用不同的技术路线)开发，解析原始模型的构件组织结构，找到构件最小单元，分析模型单元的顶点、面、实体几何数据，对其进行Tessellation处理，获得构件的三角面片数据，通过控制Tessellation处理参数(边线步长、曲线弦高等)，可获得模型不同精度的三角面片数据结果，从而获得不同的轻量化模型几何数据。

平台框架

平台采用B/S和C/S混合架构，可以分为数据管理层、基础支持层、持久层、业务层、控制层、表示层，如下图所示。

功能设计

按铁路工程协同设计需求，平台功能包括用户信息管理、项目管理、知识库管理、项目资料、任务管理、资料互提、成果提交、设计管理、资料归档等。详细功能如下图所示。

平台应用实例

项目概况

羊台山隧道群是赣深高铁的控制性工程，场区地貌以丘陵为主，地形起伏，局部陡峭，隧道穿越花岗岩地层。该段线路复杂，羊台山隧道进口段为一般双线隧道，受深圳北联络线接入影响，隧道中部先后出岔引出两条联络线，正线隧道由普通断面过渡为大跨断面，再由大跨断面过渡为燕尾分离式断面。隧道大跨段部分地段四线并行，最大跨度达25. 7 m，最大开挖断面面积达370 ㎡。隧道燕尾分岔小间距并行段长度大;上行联络线DK430+653. 81~ DK430+868段为小间距并行段、两隧道间中间岩柱厚1. 76~8. 00 m;下行联络线DK431+211. 66 ~ DK431+292段为小间距并行段，两隧道间中间岩柱厚1.73~8. 00 m。赣深高铁羊台山隧道群包含羊台山隧道、羊台山1号隧道、羊台山2号隧道、 伯公坳2号隧道、羊台山中桥等工点，其中羊台山隧道全长3 524. 57 m，最大埋深约345 m。

羊台山隧道群工程复杂，参与专业较多，是一个理想的协同设计研究对象。本文依托羊台山隧道群工程研究铁路工程BIM协同设计。

协同设计平台工作流程

协同设计平台的工作流程如下：首先项目管理员在后台web端设置项目，包括新建项目、人员安排、权限设置、审核流程类型设置等。前端项目总体及专册根据项目时间节点要求和专业分工分配设计任务，包括成果任务和互提资料任务分配。设计人员完成分配任务后，提交模型至协同设计平台。校审人员在线校审成果模型，包括专业内校审和专业间校审，校审意见反馈和模型调整交叉进行，直至完成所有的模型校审及修改。最后交付最终成果，资料自动归档。整体流程如下图所示。

设计任务分解与工作流程

设计任务可以分为成果任务和资料互提任务。成果任务为模型及图纸任务；资料互提任务为设计过程中需要的其他专业资料。羊台山隧道群BIM设计成果任务以专业和空间位置为原则分解，分解尽量避免任务耦合，涉及的主要专业包括线路、航测、地质、隧道、桥梁、轨道和接触网等。主要专业成果任务分解如下图所示。

根据成果任务分解,在协同设计平台上设置任务结构树，然后完成每个任务的人员分配、时间节点安排、工作流程配置等工作。

除了成果任务，各个专业在设计过程中还需要提供或接受其他专业的一些资料来完成设计工作，这部分任务我们称之为资料互提。根据数据的流转方式，在协同平台上设置资料互提任务，包括任务名称、任务描述、时间节点、指定上传人员和接收人员。互提资料可能是图纸、文档或者模型，但是最重要的是数据互提，各个专业的数据互提如下图所示。

专业BIM设计软件及模型提交

本项目旨在研究多源数据协同平台，因此未限制专业使用某一种软件，各专业根据自身特点选择合适的软件开展BIM设计。线路、地形、地质专业采用Civil3d软件建立各专业模型：桥梁、隧道专业采用CATIAV6平台建立隧道专业模型：轨道专业采用Bentley平台建立轨道模型：接触网专业采用了Revit软件建立接触网专业模型。

地质模型

隧道专业模型

接触网专业模型

各专业通过开发图形转换软件，将BIM模型转换为轻量化模型，然后根据设计管理平台任务树，提交至协同设计管理平台，设计管理平台任务树及总装模型如下图所示。

模型校审管理

在线校审分为专业内成果校审和专业间成果会审。专业内成果校审在设计成果提交后即触发，校审人员将在移动端APP上接收到校审任务，校审人员可以选择在移动端浏览模型、批注，也可以在电脑端借助更多样化的校审工具审阅提交的成果，最后签名提交审查文档驳回或提交下一环节。

专业间成果会审在任务结构树节点任务提交后触发。各专业通过测量工具、剖切工具、碰撞检测工具等会审专业间的模型问题,通过互提资料的方式,提出成果会审意见。专业间成果会审,不是一个串行的协作流程,而是一个并行往复的过程,专业间会有意见的来往,各专业模型不断调整并提交至平台。此时如果遇到无法协调的问题,总体应将冲突的意见通过平台提交至院总工程师,由院总工程师裁定解决。会审流程结束后,提交最终成果,关闭任务结构树编辑功能。

模型校审管理

结论

结合铁路工程特点和当前BIM协同设计难点,提出铁路工程多平台BIM协同技术路线,并进一步提出了数据与模型两个层次的协同方法。

基于铁路工程多平台BIM协同技术路线,从图形引擎、平台框架、功能设计3 个方面详述了基于多源数据的铁路工程BIM协同设计平台。

以赣深高铁羊台山隧道群为试点项目,从工作任务分解、数据互提、模型提交、模型校审等方面验证了铁路工程BIM协同设计平台。

该技术路线摆脱了对单一平台的依赖,具有很强的可复制性,目前已经顺利应用至江阴靖江长江隧道BIM设计和福厦高铁BIM设计。

下一步工作

基于多源数据的铁路工程BIM协同设计平台具有兼容多平台、模型轻量化、保护各专业知识产权等优点，还可以直接转换到施工管理平台。结合当前的任务形势，平台下一步的研究工作重点如下。

(1)协同模型标准。目前的模型标准主要是面向交付的标准，如LOD3. 5 是面向施工图阶段的交付精度，但是对于协同的模型，采用这一标准不一定合适，因为协同设计的关注点往往在于专业接口，涉及专业接口的模型应做细致，而其他模型达到LOD2. 0 可能就足够了。因此，有必要研究协同模型标准，使BIM协同设计更高效。

(2)知识库管理。目前的知识管理模块包括图纸、文档、模型资源库、案例分析、经验教训等静态知识管理。有必要进一步研究知识自主推送、模型智能检

查、图档自动审核等动态知识管理。

(3)与铁路工程运维管理平台接口研究。目前的建设管理模式宜分为两级，一级为全路的运维管理平台，二级为工点级的施工管理。工点级施工平台包含最基础的海量数据，宜由设计、施工单位完成。现有的协同设计平台数据可以直接进入到二级平台即我院开发的施工管理平台，但是与一级平台即铁路工程运维管理平台的数据接口需要进一步研究。