轨道交通BIM方案建议书

项目概况（叶明珠）响应总公司工管中心的号召，在协同、管理的BIM理念基础上，拉林线拟选择拉萨端DK82~DK94连续段落作为BIM试点应用工程。本段主要包括：（1）隧道：扎莫隧道（1232m）、藏中隧道（1047m）（2）桥梁：扎莫101省道特大桥（20×32m梁）、江达特大桥（3×32m+1×24m+35×32m+1×24m梁）、臧冲大桥（2×32m梁+2×24m梁）（3）路基：共7段，约7.1km。（4）车站：扎囊、扎其。（5）其它专业。本段虽然没有非常具有代表性的重难点工程，但铁路行业全专业均可参与BIM试点应用，为后期BIM在专业内应用、专业间协同打下基础，虽非重难点工程但取得的经验和成果更具有普遍性，更利于后期推广使用。应用目标（李俊松）为达到“规范化、标准化、精细化、信息化”的要求，实现项目整体提质增效。本项目拟通过具有可视化、协调性和可优化等特点的BIM技术的试点应用，实现探索BIM应用的场景、验证BIM应用标准、研究基于BIM的项目管理等目标。具体目标如下：促进各方协作。拟成立专门的BIM应用部并建立相应的BIM管理制度，协调促进设计、监理、施工等单位的合作，确保本项目BIM技术试点应用的顺利进行。探索BIM应用的场景。组织设计、施工等参建单位依照统一的应用标准和项目实际要求，探索应用BIM技术进行设计变更、进度跟踪、质量安全、投资控制等方面的实施方法。督促设计、施工等参建单位协作开展施工阶段BIM成果应用的深化研究，并综合BIM试点应用经验总结基于BIM技术的项目管理方法。验证BIM应用标准。督促施工、设计等参建单位落地实施BIM技术，验证《铁路工程实体结构分解指南》、《铁路工程信息模型分类和编码标准》和《铁路工程信息模型数据存储标准》。组织协调各参建单位编制并验证有关构建划分、编码规则、模型精度等交付标准。推进标准国际化工作。形成标准的BIM成果交付流程。组织技术专家、监理等单位，依照交付标准，对设计、施工等参建单位的BIM项目成果进行审核、验收、归档等，形成成果交付的流程。工作内容前期准备（李俊松+叶明珠）(建议考虑使用无人机对局部进行倾斜摄影实景建模，为设计和施工BIM应用提供真实场景)设计阶段本项目实施以Bentley的BIM软件为平台，主要流程及相关软件如下图所示：协同设计（奔特力）以奔特力的ProjectWise为协同平台，建立协同工作环境，创建项目数据库，制订设校审工作流程，实现各专业之间协同设计于管理，保证各专业间模型的共享和互用、各专业间的关联设计与变更，实现设计模型的组装、碰撞检查，以及基于完整模型的工程量统计与二维出图。图：协同设计工作流程具体包括：1）工作环境建立 a)在ProjectWise上建立项目所需的模板库、族库、资源及标准配置； b)建立项目结构树，按规范命名并建立关键文档 可按专业在ProjectWise中建立项目文档结构，如：考虑到多专业协同的高效性、校审流程中便于提交与检索等特性，可将模型命名规则按照如下所示的原则：区域→标段→标段编码→专业→专业编码 c)建立项目组成员，并按角色设定相应的权限2）工作流程管理 a)制定设计阶段和施工阶段BIM实施流程b)在ProjectWise中设定设校审工作流程即提资流程等3）协同设计 a)各专业之间的资料互用、共用 b)BIM设计中各专业的关联引用与变更c)各专业模型的组装及层次关系管理 考虑到铁路项目的特点，模型文件的关系可以按以下方式组织：总总装模型.dgn路基.dgn桥梁.dgn隧道.dgn站场.dgn。。。.dgn地模.dgn地质.dgn线路.dgn4）模型及文件管理 a)各专业的模型及总装模型的查看 b)模型及构件属性的查看 c)文件查看查找及版本历史管理3.2.2标准验证（李俊松+张毅）每个方面0.5页验证线路设计是否符合铁路设计规范根据Bentley软件要求，创建中国铁路线路规范文件，包括平曲线、竖曲线、超高的参数控制等。在进行定线时，激活编写的铁路线路规范文件，通过规范检查各线形参数是否满足规范要求。验证铁总IFC标准是否满足主要专业的BIM应用要求设计阶段主要利用Bentley的PowerCivil及二次开发产品CivilStationBridge来完成线路、路基、桥梁和隧道的设计，本项目将重点验证铁总的道桥隧IFC标准。根据铁总的IFC标准利用Bentley的ClassEditor建立路基、桥梁、隧道等专业对象和属性的定义模板（Schema），该模板以.xml文件的形式保存。以下是在ClassEditor中该xml的显示，下图是IFC对象及IFC属性类：以下是IFC关系类的模板：桥梁设计时自动装载铁总IFC的Schema，建模过程中自动关联IFC对象及IFC属性利用PowerCivil上二次开发的CivilStationBridge，启动软件时自动加载铁路IFC的Schema文件，在桥梁设计建模时，桥梁构件可自动关联IFC对象类和IFC属性类，用户可输入IFC属性值。下图中，桥梁模型创建后，主梁段实体即为一个IFC对象IfcBridgeGirderSegment，其包含的属性项即为IFC对象定义的属性项。完整的带有IFC对象和属性类的桥梁模型树如下：利用对象及属性创建工具，定义IFC对象并关联相应的专业属性；对于线路、路基和隧道等，由于其模型主要是通过PowerCivil和MicroStation的功能来创建，可利用二次开发的CivilStation的属性添加工具，在模型建立后逐个或批量添加和关联IFC对象类及IFC属性类，下图是属性添加工具的界面：通过以上工具可建立完整的基于IFC对象的路基或隧道BIM模型，下图为一个隧道模型的结构树： 分别检查路基、桥梁、隧道各专业构件定义的完整性及层次关系的正确性利用IFC的关系类，遍历路线模型、路基模型、桥梁模型、隧道模型，形成模型树，检查各结点构件的IFC对象和属性类是否完整正确、层次关系是否符合标准。分别检查路基、桥梁、隧道各专业构件的属性定义是否完整。检查各构件的属性定义是否包含所有的专业属性。亦可通过将模型输出成i-model文件，再将i-model文件输出成excel表格，手工或通过其他程序验证各IFC对象和属性是否正确完整。3.2.3族库建立（各专业）本次统一使用奔特力平台进行建模，各专业描述拉林线试验段各专业需要建立的构件库（族库）及方法等，有图的可配图。（1）线路奔特利软件线路设计分为平面几何和纵断面几何，定线方法符合铁路线路要求，几何元素支持中国铁路线形规范，不需要另行创建族库。（2）测绘奔特力软件中预定义了世界各地常用的坐标系统，一般可直接使用，如有特殊要求，可自行创建。（3）地质利用奔特力软件中的特征定义功能，创建常用的地质岩性材质库。（4）桥梁针对不同的桥梁结构拟采用以下两种方式建立相应的族1）参数化的族对于下部结构采用PCL语言定义参数化的桥梁墩、台和基础族，在标准件数据库中定义各部分的工程含义，根据其编码在调用构件时自动关联IFC对象。2）固定的族对于标准跨度的简支梁体则直接建立梁体的三维模型，并给梁体附加属性；（5）隧道利用Bentley软件的廊道模板定制功能建立常用的隧道断面模板库。（6）路基a)创建常用的路基材料库利用奔特力软件的特征定义功能，定义不同的路基材料特征库。常见常用的路基模板库（7）站场（8）站房站场和站房可考虑以下族库：（仅供参考）转向架工作台车轮车床 转向架静载试验台 机械手维修车间平台移车台闸机（9）轨道拉林铁路全线采用了三种轨道类型，分别为弹性支承块无砟轨道、双块式无砟轨道及有砟轨道。弹性支承块无砟轨道由钢轨、扣件、支承块、橡胶套靴、弹性垫板、道床板等组成，双块式无砟轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、支承层等组成，有砟轨道由钢轨、扣件、轨枕、有砟道床等组成。此外，还包含道岔、伸缩调节器等。下面分别描述了所需要建立的构件的类型及方法。钢轨：钢轨为60kg/mU75V钢轨，钢轨为沿线路方向的连续结构，采用廊道方式建模，建立对应的横断面模板，同时赋予相应材质。对于钢轨焊接接头，为间隔分布的结构，建立土木单元结构，并赋予相应材质。钢轨应包含无缝线路相关非几何信息。60kg/m钢轨横断面扣件：扣件包含预埋铁座式弹性扣件、WJ-8型扣件及弹条Ⅱ型扣件，每种扣件包含多种不同的组成零件。扣件为沿线路方向一定间距布置的单一重复结构，采用创建土木单元的方式建模，即建立各种扣件的土木单元即可，同时赋予相应材质。预埋铁座式弹性扣件WJ-8型扣件弹条Ⅱ型扣件轨枕：包含弹性支承块轨枕（含橡胶套靴和弹性垫板）、双块式轨枕及有砟轨道Ⅲ型轨枕。建立上述三种轨枕的土木单元即可，同时赋予相应材质。弹性支承块轨枕有砟轨道Ⅲ型轨枕双块式轨枕道床板：弹性支承块无砟轨道及双块式无砟轨道道床板及支承层均为现浇钢筋混凝土结构，采用廊道方式建模，分别按照各自的断面形式建立横断面模板即可，同时赋予相应材质。有砟道床：有砟道床为沿线路方向的连续铺设结构采用廊道方式建模，分别按照各自的断面形式建立横断面模板即可，同时赋予相应材质。道岔及钢轨伸缩调节器：采用建立土木单元的方式建模，建立道岔及伸缩调节器的简化三维构件。有砟道岔无砟道岔（10）接触网接触网专业利用OHL来完成轨道交通的相关电气设计。Bentley的接触网应用软件基于MicroStation基础平台，并可以基于ProjectWise协同平台上进行相关的电气设计。将工程构件和设备的各种真实属性通过参数的形式进行模拟，并进行相关的数据统计和模拟分析计算。通过参数调整，可驱动构件形体发生改变以及性能模拟比较，满足设计要求。分类建立接触网BIM模型路基接触网模型，包括：支柱基础、拉线基础、中间柱、转换柱、下锚柱、道岔柱、硬横跨、软横跨等。桥梁接触网模型，包括：桥基础、桥支柱、大限界框架等。隧道接触网模型，包括：吊柱、弓形腕臂、下锚等。（11）供变电 变电设备：（12）通信（13）信号该试验段包括区间和车站，因此需要建立的构建库包括区间及车站内的信号设备，可分为室外、室内设备。室外设备信号机，包含各型进站、出站、调车、区间通过信号机。道岔转辙机、安装装置、锁闭装置等。轨道电路室外设备。室外设备箱盒、电缆、标志牌。室内设备联锁、列控、CTC、监测、电源等设备的机柜及终端。机械室室内各种组合、柜、架。各型继电器、断路器、整流器、防雷模块。电码化设备、轨道电路室内设备。室内各种线缆。可请厂家提供各型设备工业化设计的尺寸数据，利用奔特力软件进行构件建模。3.2.4工程算量（李俊松）总体思路0.5页隧道方面的表格0.5页总体思路：按按铁总IFC定义SchemaPowerCivil装载Schema自动创建IFC对象及属性交互创建IFC对象及属性在PowerCivil等中按IFC对象汇总统计工程量输出i-Model文件算量软件打开i-Model文件汇总统计工程量工程量清单工程量清单基于铁路IFC的BIM模型创建IFC的对象时自动获得几何对象的体积数量，也可添加对象的数量（如部分钢筋未创建时可直接指定钢筋的数量），不同专业模型的构件对象全部按ECData来管理和创建属性，生成i-model后也可直接组装各专业模型，打开i-model文件遍历全部ECData即可汇总统计指定构件或全线的工程数量。如针对隧道：首先利用PowerCivil和MicroStation的功能创建隧道的几何模型；利用IFC的对象及属性定义工具创建隧道对象及属性，并获取构件的数量；按隧道IFC对象汇总隧道的工程数量3.2.5管理模式研究（胡光常）1）项目团队 a)信息中心（BIM中心）为总负责； b)各专业至少2~3人，其中1人为专业负责人； 3)跨世纪（Bentley服务商）为服务依托单位。施工阶段3.3.1施工模型建立（各专业总结施工模型包含的内容，奔特力写各专业建模思路）本次统一使用奔特力平台进行建模，各专业总结施工模型包含的内容，有图的可配图。建模思路（奔特力）施工BIM模型建模流程如下：设计设计BIM模型深化设计？按EBS对设计模型按施工分部分项进行切分构件关联EBS编码及属性补充施工阶段所需要的属性关联施工组织进度计划输出i-model形成施工BIM模型利用ProStructures等进行深化设计YN在设计BIM模型的基础上进行配筋等深化设计，可利用ProStrucutures进行；按照铁总的EBS标准，利用Bentley软件功能对设计模型按施工要求进行切分；将各构件关联相应的EBS编码及属性；常规钢筋可以不做三维设计，在施工阶段创建EBS构件可添加钢筋数量等属性，以便在施工阶段计算成本；利用Project定义施工组织进度计划，并关联到EBS构件；将模型输出为i-model文件，利用Bentley的Navigator可进行施工模拟，也可利用跨世纪开发的电子沙盘直接进行施工模拟和施工管理。以上与EBS关联等操作需利用跨世纪公司基于Bentley平台二次开发的功能。说明：对于常规的简支梁桥可直接利用跨世纪二次开发的CivilStationBridge来设计建模，建模时每个构件对象不仅自动关联了IFC对象和属性，还关联了EBS编码及属性，在施工阶段不需要手工交互关联构件的EBS编码，这样大大简化了施工BIM模型的创建过程。（1）线路线路名称、铁路等级、正线数目、速度目标值、牵引类型、牵引质量、限制坡度、最小曲线半径、机车类型、到发线有效长度、闭塞类型、新建长度、运营长度，桥隧比，投资，控制工程。（2）测绘（3）地质（4）桥梁 桥梁专业参考测绘、地质和线路的BIM模型，在获取相关专业BIM模型信息的基础上进行桥梁的孔跨布置，利用CivilStationBridge程序快速建立简支桥梁BIM模型，下部结构可根据地形情况自适应调整，引入桥梁弯道计算程序精确的调整梁体和墩台位置。利用CivilStationBridge来创建桥梁模型，不仅可自动关联IFC对象和属性，还可以施工单元为构件直接关联EBS编码，进而快速形成施工阶段的分部分项模型，并关联施工组织计划，形成完整的施工BIM模型。（5）隧道利用PowerCivil的廊道功能快速建立隧道模型，通过MicroStation的模型布尔运算功能可处理隧道的通道、竖井等模型。通过属性添加工具，可将隧道各构件关联IFC对象和属性，并且附加EBS编码。施工阶段需要将隧道模型按指定长度进行切分，利用跨世纪开发的切分工具，可让各切分段自动继承IFC属性及EBS编码，从而大大减少施工阶段EBS编码的交互工作，以下是一个基于EBS编码按施工段分解的隧道BIM模型树：（6）路基 利用PowerCivil的廊道功能创建路基，再利用属性添加工具关联IFC对象和属性，并绑定EBS编码，施工阶段利用跨世纪开发的工具对路基进行分段，各分段路基自动继承EBS编码及IFC属性，关联施工进度计划后形成施工BIM模型。（7）站场（8）站房（9）轨道拉林铁路全线采用了三种轨道类型，分别为弹性支承块无砟轨道、双块式无砟轨道及有砟轨道。弹性支承块无砟轨道由钢轨、扣件、支承块、橡胶套靴、弹性垫板、道床板等组成，双块式无砟轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、支承层等组成，有砟轨道由钢轨、扣件、轨枕、有砟道床等组成。此外，还包含道岔、伸缩调节器等。下面分别描述了所需要建立的构件及模型。构件钢轨：钢轨为60kg/mU75V钢轨，钢轨为沿线路方向的连续结构，采用廊道方式建模，建立对应的横断面模板，同时赋予相应材质。对于钢轨焊接接头，为间隔分布的结构，建立土木单元结构，并赋予相应材质。钢轨应包含无缝线路相关非几何信息。60kg/m钢轨横断面扣件：扣件包含预埋铁座式弹性扣件、WJ-8型扣件及弹条Ⅱ型扣件，每种扣件包含多种不同的组成零件。扣件为沿线路方向一定间距布置的单一重复结构，采用创建土木单元的方式建模，即建立各种扣件的土木单元即可，同时赋予相应材质。预埋铁座式弹性扣件WJ-8型扣件弹条Ⅱ型扣件轨枕：包含弹性支承块轨枕（含橡胶套靴和弹性垫板）、双块式轨枕及有砟轨道Ⅲ型轨枕。建立上述三种轨枕的土木单元即可，同时赋予相应材质。弹性支承块轨枕有砟轨道Ⅲ型轨枕双块式轨枕道床板：弹性支承块无砟轨道及双块式无砟轨道道床板及支承层均为现浇钢筋混凝土结构，采用廊道方式建模，分别按照各自的断面形式建立横断面模板即可，同时赋予相应材质。有砟道床：有砟道床为沿线路方向的连续铺设结构采用廊道方式建模，分别按照各自的断面形式建立横断面模板即可，同时赋予相应材质。道岔及钢轨伸缩调节器：采用建立土木单元的方式建模，建立道岔及伸缩调节器的简化三维构件。有砟道岔无砟道岔模型轨道结构装配模型为轨道区段模型，本试点中，将根据试点段落的轨道结构布置情况，分别建立弹性支承块无砟轨道区段模型、双块式无砟轨道区段模型、有砟轨道区段模型及道岔区段模型，再由上述各区段模型装配得到整体的轨道结构模型。模型应包含几何信息和必要的非几何信息。（10）接触网1施工模拟鉴于接触网工程的复杂性，为避免施工人员对施工图的误解，直观的指导施工，提高施工质量可开展各项施工模拟。进行基坑开挖、支持装置及悬挂装置安装、导线架设模拟接触网工程在路基、桥梁、隧道内的安装形式各不相同，通过施工模拟直接指导施工，提高施工质量、方便管理。施工组织模拟通过Navigator及配套系统实现施工虚拟、工法转换分析、施组调节、工期预测等功能，达到施组优化的目的，从而达到控制工期的目的。其它模拟可根据需要开展预案模拟、应急演练模拟等。2施工现场三维交底在建立好的设计BIM模型的基础上，利用其三维模型、附属信息，结合选定的平台和二次开发插件，实现施工现场的三维动画、三维模型、关键步骤连环画交底技术，为施工现场的管理提供帮助。运用BIM技术预先对现场工作人员进行培训和技术交底，并且可以通过模型准确的计算出各个位置零部件的规格，指导工人现场下料，提高施工效率，减少材料浪费。3现场变更基于三维BIM模型，根据实际情况，调整相应模型、信息，对于比较简单的变更，可快速进行工程统计对比，统计工程量差。（11）供变电（12）通信（13）信号 对信号专业来说施工模型大致包含信号电缆敷设、室内外设备的安装。3.3.2轻量化展示（奔特力）利用Bentley软件平台功能将BIM模型文件(dgn格式）发布为i-model为文件，可以轻量化设计BIM模型和施工BIM模型。在以下环境下可以展示轻量化的i-model文件：ProjectWise协同软件平台IE浏览器中PDF文件中移动设备上的APP应用中（OpenRoadsNavigator、BentleySite等）3.3.3可视化交底（奔特力）竣工资料交底包含三部分内容：三维模型模型对象结构树及相关属性模型关联文件，包括图纸、文档、图片、视频等Bentley的BIM模型输出成轻量化的i-model文件后，几何模型依然完整可视；模型对象属性通过ECData的方式输出，各专业的模型可通过i-model组装在一起，并且各专业的属性以ECData的方式输出，保证了模型所有对象属性的可视性；另外，模型对象还可通过超链接的方式关联相关的文件，如图纸、文档、视频、图片等，输出i-model后，这些关联文件依然可绑定到模型上，在浏览模型时同样可浏览关联文件，这样就保证了模型完整的、可视化的技术交底。 使用Bentley的Navigator(PC端和移动端）可浏览查看交底模型。使用Adobe的PDF文件也可浏览三维交底模型。使用i-model在移动设备上移交模型：输出PDF文件移交模型：3.3.4设计变更管理（奔特力）设计阶段和施工阶段全部基于ProjectWise来进行协同管理，所有图纸、模型及相关文档全部保存在ProjectWise的数据库中，项目参与人员按权限来存取数据和文件。由于基于Bentley平台所有模型都是DGN格式，在施工阶段模型轻量化后发布为i-model文件，当需要做设计变更时，通过i-model文件可追溯到相关的dgn文件，对需要变更的部分做修改后重新发布成i-model文件，并与原来的未变更部分的i-model文件进行组装，从而完成设计变更。要实现方便的变更，应利用Bentley的文件参考。Bentley的模型文件是采用联合模型的方式，即各专业完成各自的专业设计并形成专业设计文件，需要其他专业模型时可将其参考进来，也可把本专业的模型文件作为其他专业的参考文件，最后将各专业的模型文件全部参考在一起即形成了完整的项目模型。当某各专业发生变更时，只需修改该专业的模型，其他引用该专业模型的文件及总装文件都会随之自动发生更新。各专业的模型文件必须保存在ProjectWise中，当某各专业的模型文件发生变化时，其他引用该专业的模型文件在打开时才可以及时看到参考文件发生了变更，从而及时更新。3.3.5根据需要奔特力在自行增加施工阶段BIM应用点建立施工电子沙盘，实现施工信息、施工方案、施工组织计划及施工进度等的可视化，为施工项目的主要参与方提供一个的软件平台，主要实现以下内容：施工场地模型及三维设计模型的漫游显示及信息查询；施工预制场、临时建筑的显示；施工分部分项及施工组织计划的导入及编辑修改；施工进度计划和实际进度的模拟、查看和分析；施工工艺、工序的模拟与分析；设计模型碰撞、错误检查；施工阶段信息维护、管理。利用电子沙盘来实现施工过程管理的可视化，是全面实现施工BIM管理的基础，充分利用BIM技术在可视化方面的优势，实现施工信息的可视化，并以电子沙盘形式展现出来，是该项目的一个创新点。目前的平台软件在施工方面只能提供通用的功能，为此，我们计划针对本项目的需求，开发施工电子沙盘。软件平台以MicroStationCE版为平台进行二次开发实现电子沙盘的主要功能。MicroStationCE版为64位版本，处理大体量模型的能力较强。MicroStationCE版有较完善的开发接口，支持.Net及C++开发，能较方便地实现各种所需功能；MicroStatonCE版自身的模型处理能力较强，能方便地进行模型剖切、碰撞检查、输出i-model文件等功能，利于后续功能的进一步扩充。模型准备在运用电子沙盘之前应创建好项目所需要的各类模