立足于鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，對(duì)基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)所涉及的工作流程及構(gòu)件復(fù)用問(wèn)題進(jìn)行研究
BIM設(shè)計(jì)在鐵路行業(yè)進(jìn)行了很多有益嘗試，但是實(shí)踐表明，現(xiàn)有軟件功能、資源均不足以支承BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的大范圍推廣，相比二維設(shè)計(jì)，BIM設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)并未顯現(xiàn)出來(lái)，主要體現(xiàn)在：BIM設(shè)計(jì)協(xié)同能力差、BIM設(shè)計(jì)資源難以有效利用和共享。本文對(duì)BIM設(shè)計(jì)中面臨的協(xié)同工作流程及構(gòu)件資源共享問(wèn)題進(jìn)行研究，提出BIM設(shè)計(jì)協(xié)同方法、BIM模型構(gòu)件庫(kù)等解決方案，將鐵路工程BIM設(shè)計(jì)方法體系化、標(biāo)準(zhǔn)化，為后續(xù)鐵路BIM設(shè)計(jì)提供借鑒思路。
協(xié)同設(shè)計(jì)流程
現(xiàn)行設(shè)計(jì)流程
鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程一般分為項(xiàng)目前期、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目投產(chǎn)3大階段，又可細(xì)分為11個(gè)環(huán)節(jié)：規(guī)劃研究、預(yù)可行性研究、初測(cè)、可行性研究、定測(cè)、初步設(shè)計(jì)、補(bǔ)定測(cè)、施工圖設(shè)計(jì)、配合施工、竣工驗(yàn)收、項(xiàng)目建成銷號(hào)。
鐵路工程設(shè)計(jì)是多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，站前專業(yè)：測(cè)繪、地質(zhì)、路基、線路、站場(chǎng)、軌道、橋梁、隧道等；站后專業(yè)：四電、建筑、工經(jīng)、給排水、機(jī)輛等。站前、站后各專業(yè)在項(xiàng)目實(shí)施階段的定測(cè)環(huán)節(jié)到施工圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)協(xié)同工作、互為上下序，開(kāi)展資料互提、審簽和數(shù)據(jù)共享等工作。
目前，鐵路設(shè)計(jì)工作有任務(wù)分解派發(fā)、任務(wù)執(zhí)行、提交設(shè)計(jì)文件等管理流程，多以會(huì)議方式在重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)面對(duì)面制定并發(fā)布任務(wù)分解和執(zhí)行進(jìn)度計(jì)劃，項(xiàng)目小組使用通信軟件實(shí)時(shí)在線溝通任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度、提交設(shè)計(jì)文件。這種管理方式在實(shí)際管理中容易造成任務(wù)分解版本不一致、提交設(shè)計(jì)文件版本管理工作量大，任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度不易實(shí)時(shí)掌握的問(wèn)題。
BIM模式下設(shè)計(jì)工作任務(wù)管理
任務(wù)流程是由多個(gè)單位或人員為實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)而順序或同時(shí)需要完成的一系列規(guī)范化的任務(wù)組成。流程管理是為了提高這些流程任務(wù)的組織和執(zhí)行效率而使用的系統(tǒng)化方法。BIM模式下設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和文件存儲(chǔ)在平臺(tái)服務(wù)器，數(shù)據(jù)與文件通過(guò)一個(gè)整體的BIM進(jìn)行組織和關(guān)聯(lián)，易于設(shè)計(jì)文件版本統(tǒng)一管理和控制，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在平臺(tái)上協(xié)同工作，執(zhí)行設(shè)計(jì)任務(wù)。
項(xiàng)目總體負(fù)責(zé)人在平臺(tái)上創(chuàng)建和分配設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)人員在平臺(tái)上查看需要執(zhí)行的任務(wù)、在任務(wù)上添加平臺(tái)中設(shè)計(jì)文件的鏈接、填報(bào)任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度。當(dāng)某個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員更新并提交了本專業(yè)的BIM時(shí)，基于同一平臺(tái)的其他專業(yè)設(shè)計(jì)人員可及時(shí)接收到最新的模型更新內(nèi)容并做出響應(yīng)，從而避免由于溝通不暢造成的BIM偏差、錯(cuò)漏或版本不統(tǒng)一等問(wèn)題。
設(shè)計(jì)工作任務(wù)管理的分解派發(fā)、任務(wù)執(zhí)行、進(jìn)度填報(bào)和設(shè)計(jì)文件提交，人員管理都在統(tǒng)一的平臺(tái)，為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的所有參與人員提供了有效的協(xié)同模式，有助于提高設(shè)計(jì)工作任務(wù)管理效率。
BIM構(gòu)件庫(kù)
實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)協(xié)同的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是BIM資源共享，資源共享的前提建立統(tǒng)一的BIM構(gòu)件庫(kù)。設(shè)計(jì)單位根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建一些通用的構(gòu)件并上傳至構(gòu)件庫(kù)，構(gòu)件庫(kù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件進(jìn)行審核、分類、存檔和維護(hù)，之后進(jìn)行發(fā)布并提供給設(shè)計(jì)單位使用，使BIM設(shè)計(jì)資源能夠有效地傳播和復(fù)用，提升BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平。為保證設(shè)計(jì)資源能夠正常流轉(zhuǎn)和使用，BIM構(gòu)件庫(kù)需要建立完善的管理和保障機(jī)制。
BIM構(gòu)件庫(kù)特點(diǎn)
BIM構(gòu)件庫(kù)是BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的有序集合，它應(yīng)具備以下特點(diǎn)：
（1）應(yīng)對(duì)BIM構(gòu)件建立統(tǒng)一的入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，主要是對(duì)構(gòu)件的文件格式以及屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范，并在構(gòu)件入庫(kù)前進(jìn)行檢查。
（2）鐵路工程BIM構(gòu)件分為不同專業(yè)，專業(yè)內(nèi)部按照用途又可細(xì)分為不同類別，構(gòu)件庫(kù)應(yīng)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類，方便檢索，另外構(gòu)件庫(kù)應(yīng)盡可能涵蓋各類型的常用構(gòu)件。
（3）構(gòu)件中所包含的屬性信息應(yīng)符合相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景要求，避免屬性信息不完整影響使用效果。
（4）BIM構(gòu)件庫(kù)應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限，用戶只能訪問(wèn)其權(quán)限范圍內(nèi)的模型構(gòu)件信息，最大限度的保證數(shù)據(jù)安全。
（5）BIM構(gòu)件庫(kù)應(yīng)有專門的管理人員進(jìn)行定期維護(hù)，更新或刪除不再適用的BIM構(gòu)件。
BIM構(gòu)件庫(kù)的意義
BIM構(gòu)件是寶貴的BIM資源，對(duì)BIM構(gòu)件進(jìn)行收集、維護(hù)和管理能夠發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，使資源得到復(fù)用，建模效率大幅提高，提升模型創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)化水平，其意義體現(xiàn)在以下方面：
（1）通過(guò)對(duì)構(gòu)件資源進(jìn)行整合形成BIM資產(chǎn)，在鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期內(nèi)傳遞和共享，提高BIM設(shè)計(jì)的效率。
（2）BIM構(gòu)件資源能夠?yàn)锽IM擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)提供有效數(shù)據(jù)源，例如基于BIM的仿真分析、碰撞檢測(cè)、運(yùn)行維護(hù)等。
（3）BIM構(gòu)件庫(kù)是BIM標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要環(huán)節(jié)，為建立企業(yè)級(jí)BIM資源庫(kù)提供借鑒思路。
BIM構(gòu)件庫(kù)設(shè)計(jì)
本研究在分析路外企業(yè)對(duì)BIM建模需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵路行業(yè)工程建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)和專業(yè)設(shè)置，將BIM構(gòu)件庫(kù)的功能設(shè)置如下：
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支持BIM構(gòu)件的上傳、下載、在線瀏覽及批量操作等常規(guī)功能。
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建立完整的構(gòu)件分類體系和編碼標(biāo)準(zhǔn)，為構(gòu)件建立索引。
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采用傳輸加密、存儲(chǔ)加密以及用戶身份認(rèn)證等技術(shù)手段保護(hù)數(shù)據(jù)安全，對(duì)構(gòu)件資源的訪問(wèn)進(jìn)行權(quán)限控制。
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為其它BIM 擴(kuò)展應(yīng)用提供數(shù)據(jù)接口。
基于以上需求，對(duì)BIM構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用B/S模式，前端基于JavaScript、WebGL構(gòu)建瀏覽器三維顯示引擎，用戶可使用手機(jī)端App或PC端瀏覽器查看BIM構(gòu)件與屬性信息。服務(wù)端基于C/C++構(gòu)建模型參數(shù)生成與Web服務(wù)；诿嫦?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模型與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。前后端之間的數(shù)據(jù)傳輸采用JSON協(xié)議格式。
BIM構(gòu)件創(chuàng)建和利用
BIM構(gòu)件的創(chuàng)建以滿足各階段的BIM應(yīng)用為原則，構(gòu)件的創(chuàng)建過(guò)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(gòu)件的分類、管理、維護(hù)等信息的添加，構(gòu)件的創(chuàng)建內(nèi)容主要包括：
（1）各專業(yè)分別建模，每個(gè)專業(yè)根據(jù)約定的交付成果創(chuàng)建構(gòu)件模型。
（2）各專業(yè)的BIM 構(gòu)件創(chuàng)建應(yīng)當(dāng)以三維模型為基礎(chǔ)，根據(jù)構(gòu)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(gòu)件模型。
（3）BIM 構(gòu)件的創(chuàng)建還包括對(duì)構(gòu)件的持續(xù)性修改、管理、維護(hù)和記錄。
在BIM構(gòu)件的利用方面，依托BIM構(gòu)件庫(kù)系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的下載、編輯和上傳構(gòu)件功能。使現(xiàn)有BIM建模軟件平臺(tái)可以連接統(tǒng)一的BIM構(gòu)件庫(kù)，進(jìn)行多樣化查詢、瀏覽構(gòu)件的信息和各種屬性信息、同步更新構(gòu)件，以及將相應(yīng)的版本的鐵路BIM構(gòu)件載入到BIM應(yīng)用軟件中進(jìn)行編輯、使用與更新。
應(yīng)用效果
三維BIM模型構(gòu)件庫(kù)在京張高鐵全線的BIM設(shè)計(jì)和三站三隧的精細(xì)化設(shè)計(jì)中進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，為建立三維BIM設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)模式和構(gòu)件級(jí)設(shè)計(jì)資源共享積累了有益經(jīng)驗(yàn)，具體應(yīng)用效果如下。
鐵路公共建筑與鐵路其它專業(yè)在同一平臺(tái)作業(yè)的設(shè)計(jì)工作并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，專業(yè)間可以做到相互調(diào)用，相互參考，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并反饋問(wèn)題，及時(shí)更改。
各專業(yè)的設(shè)計(jì)信息均呈現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)上，打破信息壁壘，避免因信息不對(duì)稱造成的滯后，專業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要其他專業(yè)的設(shè)計(jì)參數(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)抓取，并產(chǎn)生關(guān)聯(lián)關(guān)系記錄。信息變更提醒功能，某設(shè)計(jì)信息變化后，與其關(guān)聯(lián)的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容均收到變更提醒，避免信息滯后產(chǎn)生的差錯(cuò)漏碰。
在清河站、張家口南站等站房中利用BIM模型構(gòu)件庫(kù)管理和復(fù)用BIM構(gòu)件，進(jìn)行三維BIM場(chǎng)景構(gòu)建，從而在設(shè)計(jì)過(guò)程中最大限度提高資源效率。成果經(jīng)驗(yàn)可復(fù)制到全路高鐵建設(shè)項(xiàng)目上，復(fù)雜的建造過(guò)程透明化、可視化，推動(dòng)鐵路建設(shè)從信息化、數(shù)字化走向智能化。
全專業(yè)在同一工作環(huán)境下開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)，以三維模型為載體對(duì)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)信息集中管理和共享。依托BIM構(gòu)件庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)BIM構(gòu)件資源的整合和復(fù)用，為裝配式建模提供數(shù)據(jù)源，從而提高設(shè)計(jì)工作的效率和標(biāo)準(zhǔn)化水平
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