BIM助力設(shè)計世界級工程大瑞鐵路

大瑞鐵路起于大理，止于瑞麗，全長約330公里，是中國符合I級單線電氣化干線鐵路標準的客貨共線鐵路，設(shè)計時速140公里/小時，線路總投資257億。大瑞鐵路BIM試點項目包括怒江特大橋和高黎貢山隧道。其中，怒江四線特大橋為全線跨度最大、技術(shù)含量高的重點工程之一，建成后將是世界最大跨度的鐵路拱橋。高黎貢山隧道位于怒江車站至龍陵車站區(qū)間，隧道全長約34公里，建成后將是亞洲第一長鐵路隧道。該項目作為泛亞鐵路的一部分，對改變少數(shù)民族地區(qū)人民的生產(chǎn)生活狀態(tài)、帶動地方經(jīng)濟發(fā)展和促進滇西片區(qū)的多民族共同繁榮具有極為重要的作用。

項目由中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司與云桂鐵路云南公司承接，中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司隸屬于世界雙500強企業(yè)，是國內(nèi)最大型工程綜合勘察設(shè)計企業(yè)之一，此次負責(zé)大瑞鐵路BIM項目的設(shè)計、三維建模以及Bentley專業(yè)軟件二次開發(fā)和建設(shè)管理平臺開發(fā)。云桂鐵路云南公司是中國鐵路總公司與云南省合資設(shè)立的鐵路公司，此次擔(dān)任大瑞鐵路BIM項目的總體角色，負責(zé)協(xié)調(diào)設(shè)計單位、施工單位和監(jiān)理單位的工作協(xié)調(diào)和分配。

面對項目模型體量巨大的世界級工程，項目面臨巨大挑戰(zhàn)，二維軟件已很難表達多專業(yè)銜接和復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。中鐵二院與云桂鐵路云南公司項目團隊在試用其它平臺未能解決項目中面臨的諸多問題的前提下，最終選用Bentley軟件，構(gòu)建了復(fù)雜的地質(zhì)、橋梁和隧道三維模型，實現(xiàn)測繪、地質(zhì)、線路、橋梁和隧道三維模型間的信息互通，并將中國鐵路BIM標準應(yīng)用于Bentley軟件，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息的有效把控。同時，項目團隊對橋梁和隧道等結(jié)構(gòu)進行分類，形成結(jié)構(gòu)樹，方便建模及后期的施工管理，有效地對隧道變更設(shè)計進行把控，實現(xiàn)設(shè)計BIM模型向建設(shè)管理平臺的轉(zhuǎn)化。

構(gòu)建復(fù)雜的地質(zhì)、橋梁、隧道三維結(jié)構(gòu)模型

高黎貢山隧道位于中國的橫斷山脈，地形、地質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有三高（高地溫、高地應(yīng)力、高地震烈度）、四活躍（活躍的新構(gòu)造運動、活躍的地?zé)崴h(huán)境、活躍的外動力地質(zhì)條件和活躍的岸坡淺表改造過程）集于一體的地質(zhì)特征；怒江特大橋拱軸線為懸鏈線方程，拱圈桿件長度和傾角隨位置不同而變化，拱圈鋼桁節(jié)點的構(gòu)造非常復(fù)雜。項目首先面臨的就是如何對體量巨大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地質(zhì)、橋梁、隧道進行三維建模。

項目團隊采用Bentley相關(guān)軟件并進行了持續(xù)的二次開發(fā)，基于Bentley PowerCivil開發(fā)了鐵路隧道三維設(shè)計程序，編寫了襯砌擴展IFC定義工具集、創(chuàng)建區(qū)間隧道工具集、編輯區(qū)間隧道工具集、創(chuàng)建豎井工具集、編輯豎井工具集和模型轉(zhuǎn)換工具集，方便了構(gòu)建鐵路隧道三維模型各項工作流程的開展，并實現(xiàn)了隧道設(shè)計變更的有效把控；基于Bentley ProStructures開發(fā)了鋼桁拱橋三維節(jié)點設(shè)計程序，編寫了K型、拱柱和主桁間等智能參數(shù)化節(jié)點，成功的實現(xiàn)了鐵路鋼桁結(jié)構(gòu)智能參數(shù)化節(jié)點；基于MicroStation二次開發(fā)了地質(zhì)三維設(shè)計程序，程序在數(shù)據(jù)管理端或圖形端將地質(zhì)勘探得到的鉆孔等數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)自動創(chuàng)建三維地質(zhì)模型，并可以根據(jù)實際情況進行動態(tài)調(diào)整。

利用Bentley軟件及對其持續(xù)的二次開發(fā)，在鐵路領(lǐng)域進行復(fù)雜的線路、地質(zhì)、隧道、橋涵、路基等的三維設(shè)計研究，對交通行業(yè)的BIM技術(shù)推廣起到一定的引領(lǐng)和示范作用。

圖示：鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點模型

圖示：地質(zhì)模型

構(gòu)建基于BIM 技術(shù)的建設(shè)管理平臺

項目團隊在設(shè)計階段采用ProjectWise作為協(xié)同平臺，對參與的各專業(yè)和用戶進行權(quán)限和流程設(shè)置，由于采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，方便快捷的進行了多專業(yè)間的三維協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)了測繪、地質(zhì)、線路、橋梁和隧道三維模型間的信息互通。

首先是利用二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)格式轉(zhuǎn)換工具，采用模型和屬性分離的方式，將設(shè)計EBS模型轉(zhuǎn)換為施工BIM模型，再轉(zhuǎn)換為建設(shè)管理BIM模型，方便了各方獲取并利用信息。

再是編寫了Bentley PowerCivil與GIS平臺的模型轉(zhuǎn)換接口，實現(xiàn)了設(shè)計BIM模型向建設(shè)管理平臺的流轉(zhuǎn)。BIM+GIS解決工程建設(shè)項目單體工程與項目整體的信息管理 BIM模型提供結(jié)構(gòu)詳細的幾何和屬性信息，三維GIS進行構(gòu)筑物地理位置定位、空間分析和大場景展示。

最后結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，構(gòu)建以BIM模型為中心、以互聯(lián)網(wǎng)為紐帶，建立統(tǒng)一的集成信息協(xié)同平臺，減少溝通時間和環(huán)節(jié)，實現(xiàn)高效的信息傳遞與數(shù)據(jù)共享，將其應(yīng)用于鐵路工程設(shè)計、施工、運行和維護全生命周期，有效控制工程質(zhì)量、進度、投資、安全、風(fēng)險等項目要素，為參建各方提供協(xié)同工作平臺，為進一步提高建設(shè)管理水平發(fā)揮重要作用，帶來了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖示：三維施工場地布置

推動中國鐵路IFC標準進步

項目團隊對Bentley平臺的EC框架進行二次開發(fā)，定制了中國鐵路專業(yè)構(gòu)件，并且將中國鐵路IFC/IFD/EBS編碼等標準應(yīng)用在BIM模型中。這主要得益于項目團隊基于MicroStation v8i 開發(fā)了Railway IFC Manager插件，可以實現(xiàn)對任意MicroStation對象的中國鐵路IFC定義，通過對ECObjects接口開發(fā)將中國鐵路BIM標準應(yīng)用于專業(yè)設(shè)計軟件，有效的進行了信息分類和有效控制。這對中國和全球起到一定的行業(yè)引領(lǐng)和示范作用，通過設(shè)計與施工階段的驗證、更新、完善，推動中國的鐵路IFC標準成為BuildingSMART(IAI)組織編寫的國際標準中的一部分，推動國際標準的進步。

交付經(jīng)濟與社會雙價值

項目團隊采用二次開發(fā)的隧道三維設(shè)計軟件、鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計程序和地質(zhì)三維設(shè)計程序提高了設(shè)計效率。通過ProjectWise制定了新工作流程，增強了多專業(yè)間的協(xié)作，幫助項目組提前完成了設(shè)計項目，使整體進度更加高效流暢。

該項目在社會價值發(fā)面也是發(fā)揮著巨大的作用。由于該工程處于中國高黎貢山國家級自然保護區(qū)，擁有著獨特的地理地貌和豐富的動植物資源，被世界野生生物基金會（WWF）列為具有國際重要意義的A級自然保護區(qū)。項目組通過精確的BIM模型進行施工場地布置優(yōu)化、徑流分析減少水土流失、棄渣場地選擇、棄渣防護優(yōu)化、綠化方案優(yōu)化和隧道施工方法優(yōu)化等多種措施相結(jié)合，減少對自然環(huán)境的影響，有效保護珍貴原生生態(tài)。