铁路BIM 工程化实施策略研究

解亚龙，马西章，孟 飞

（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；2. 雄安高速铁路有限公司，雄安 071000）

BIM 技术能够有效提升工作协同水平，缩短工期，提高工程质量，降低工程成本，实现工程项目的全生命周期管理。为解决传统铁路建设管理手段存在的不足，提高管理水平，2013 年初，中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）召开专题会议[1]，制定了以BIM 为核心的铁路工程建设信息化总体规划，为铁路工程领域的BIM 技术应用研究提供了理论指导与政策支撑[2]。同时，国铁集团选定了17 个铁路BIM 应用试点项目，如宝兰客运专线石鼓山隧道[3]、泰和赣江特大桥[4]、乌鲁木齐新客站[5]、青莲铁路四电工程[6]和京沈客运专线成段落应用[7]等。随着国内铁路BIM 技术应用的不断成熟，2017 年7 月，国铁集团提出了铁路BIM 工程化应用目标，并编制了京雄城际铁路BIM 工程化应用方案。

铁路BIM 工程化实施是指通过BIM 技术与铁路工程的深度融合，从技术、方法、流程、标准、组织、规章、制度等方面改变传统铁路建设管理模式，提高管理水平，实现铁路工程的全生命周期管理。此概念的提出标志着我国铁路BIM 技术应用研究已经从初期探索阶段[8]进入了系统化应用的新阶段。

当前，铁路BIM 工程化实施存在一些问题[9]，如：实施的目标不明确、效果不明显、应用不深入、规章制度不健全等[10]，阻碍了BIM 技术在铁路工程领域的进一步推广。针对上述问题，本文深入分析原因，有针对性地提出BIM 工程化实施策略，从而确保BIM 技术的价值得到充分体现。

1 铁路BIM 应用问题分析

为推动铁路BIM 技术应用实施，本文从技术、经济、组织和制度4 个方面，深入剖析现阶段铁路BIM 工程化实施过程中存在的问题，如表1 所示。

表1 铁路BIM 工程化实施存在的问题

1.1 技术类问题

技术类问题对铁路BIM 工程化实施具有直接的影响，是现阶段需要解决的首要问题。当前，铁路BIM 技术发展仍相对薄弱，其标准体系虽已初步建立，但适用性尚未得到充分验证，基于BIM 的铁路工程设计和施工还有待深入研究，基于BIM 的铁路工程运维管理相关研究尚处于起步阶段，以及铁路BIM 软件平台较为缺乏等，均不同程度的制约着铁路BIM 技术的深入应用。

1.2 经济类问题

经济类问题制约着铁路BIM 技术的应用和推广。实施BIM 技术无论对设计方还是施工方均需要购买软硬件和进行人员培训等，其成本投入动辄上百万。然而，在短期内BIM 应用所带来的效益却十分有限，投入产出比失调，影响了设计方和施工方应用BIM技术的积极性。

1.3 组织类问题

铁路BIM 技术的真正实施需要对传统的项目组织结构进行调整和优化，如使组织扁平化、设置相应岗位、明确具体职责等。然而，在既有组织模式下，往往由传统岗位人员兼职BIM 岗位，导致BIM应用浮于表面，难以落实。

1.4 制度类问题

现阶段，我国铁路BIM 规章制度体系的建设还较薄弱，BIM 相关规章制度不够健全也是制约铁路BIM 工程化实施的重要因素之一。

2 铁路BIM 工程化实施策略

针对上节中提出的主要问题，本文主要从深化BIM 技术应用、流程再造、标准合同研制、效益量化研究、平台研发、实施指南编制和培训7 个方面提出相应对策。

2.1 深化BIM 技术在铁路工程中的应用

BIM 技术与铁路建设管理业务尚未形成深度结合，仍然是阻碍BIM 实施的核心问题。主要原因是项目参与方对BIM 技术仍然持观望态度，以及对BIM 技术的掌握程度有限。

需要从以下几方面解决该问题：（1）需要具备熟练掌握BIM 技术的专业人员；（2）深入分析铁路工程领域BIM 技术应用的价值点；（3）在实际项目中，针对价值点进行实践和总结；（4）还可结合物联网、云计算、移动互联网等技术，充分发挥BIM技术的价值，提高铁路工程管理水平。

2.2 从技术应用转向流程再造

BIM 不仅是一项技术，更是一种全新的工作模式。因此，铁路BIM 工程化实施并非指单纯的BIM技术应用，而应是技术、组织、制度等全方面的BIM 建设和实践活动。然而，无论是铁路设计，还是铁路施工，都尚未建立BIM 工作流程，导致BIM技术应用与传统铁路建设业务相互割裂，易产生工作程序上的混乱，甚至返工。

针对此问题，应利用BIM 技术对传统铁路设计、施工等业务进行优化和升级，建立基于BIM 的铁路建设管理标准化业务流程。在此过程中，应明确铁路工程各个阶段的参与方及其职责、BIM 交付物及数据流转等内容。

2.3 标准BIM 合同文本研制

BIM 合同文本对于规范当前铁路BIM 技术实施过程中存在的不合理、不规范现象具有重要作用，也是解决BIM 实施过程中各种纠纷的重要依据。

引入BIM 技术后产生的工作模式上的差别，会导致项目参与方责任和义务的变化。随着铁路BIM工程化应用的逐渐深入，这种变化会越来越大。为了保障各参与方的权益，降低风险，推动铁路BIM工程化实施，有必要研制铁路BIM 标准合同文本，并开展配套的培训和宣传工作。

2.4 BIM 经济效益量化研究

欧美等国家的研究显示，BIM 技术能够为建设项目带来相当明显的经济效益。然而，现阶段国内铁路工程领域尚未认识到BIM 技术应用能够带来的经济效益，该方面研究相对缺乏。尤其在铁路BIM工程化实施初期，硬（软）件购买和员工培训等都需要大量资金投入，相比之下，其产出却难以用定性或定量的手段衡量。

从当前的铁路BIM 工程化实施现状来看，亟需开展铁路BIM 工程化应用经济效益方面的研究，以避免过度投入，利用定量手段有效地衡量铁路工程BIM 应用的相关产出，保障各参与方的经济利益。

2.5 铁路BIM 管理平台研发

BIM 软件是铁路BIM 工程化实施的重要支撑。铁路BIM 软件资源的相对缺乏，严重制约着BIM 技术在铁路工程项目中的推广应用。只有实现以BIM技术为核心的多种信息技术的深度融合应用，才能真正提升铁路工程建设管理的标准化和精细化水平。而铁路BIM 管理平台的研发，是在软件层面实现BIM、3D GIS、无人机、大数据、物联网、区块链等新一代信息技术的深度融合。

在铁路BIM 管理平台研发过程中，应充分发挥国铁集团的引领作用和铁路BIM 联盟的统筹指导职能，研发国产化的、拥有自主知识产权的铁路BIM管理平台。

2.6 铁路BIM 实施指南编制

BIM 实施指南能够引导和规范铁路BIM 工程化实施。然而，由于铁路工程的专业和技术密集性都远高于一般建筑工程，使得建筑领域相关指南难以完全满足铁路BIM 工程化实施的要求。因此，应编制满足铁路工程领域自身实际需要的BIM 实施指南。

铁路BIM 工程化实施指南的编制应建立在充分的工程实践经验的基础上，并借鉴相关行业的标准规范，以保证其科学合理性。此外，该标准指南的编制还应紧密结合BIM 技术的研究发展趋势，以具备一定的先进性和前瞻性。在内容上，该指南应规定铁路BIM 工程化实施相关的技术应用、组织架构、软硬件资源、各方权责利、取费标准等相关事项。

2.7 BIM 培训

考虑到现在各企业和项目的相关人员均缺乏足够的BIM 知识和开展BIM 实施所需的专业技能，因此要有序地、多层面开展铁路BIM 培训工作。本文将铁路BIM 培训分为3 个阶段：（1）BIM 概念普及，主要内容为BIM 概念、发展现状和相关政策等；（2）BIM 专业技能培训，包括BIM 建模、BIM 模型应用和BIM 相关标准培训等；（3）铁路项目BIM 实施指导，在实际铁路工程项目中为相关人员提供BIM 培训与指导。

3 案例验证

京雄城际铁路是连接北京至雄安的快速通道，正线线路全长92.8 km，其中新机场至雄安东段长58.9 km。为落实BIM 工程化实施相关要求，各参建单位开展了新机场至雄安东段路基、桥梁、隧道、站场、站房、轨道、通信、信号、接触网等13 个专业从设计、施工到运维的全过程BIM 应用实践。

3.1 编制BIM 工程化应用标准指南

京雄城际铁路各参建单位结合铁路BIM 联盟相关标准及京雄项目BIM 应用需求，系统地编制了京雄城际铁路BIM 工程化应用相关标准指南，为BIM技术在京雄城际铁路建设过程中的标准化应用提供了有力支撑。

3.2 开展BIM 技术应用培训

针对项目管理人员和技术人员BIM 技术相对薄弱的问题，组织开展BIM 技术培训，包括BIM 知识普及和BIM 软件平台操作等，为京雄城际铁路BIM工程化应用提供了专业人员保障。

3.3 研发铁路BIM 平台

搭建了基于CATIA 的京雄城际铁路BIM 协同设计平台，开展了全专业BIM 协同设计研究，建立了京雄城际铁路BIM 模板库。研发的基于BIM+GIS 的京雄城际铁路建设管理平台，实现了基于数据驱动的安全管理、设计管理、投资管理、质量管理、环保管理和进度管理，有效提升了施工管理的标准化和精细化水平，如图1 所示。

图1 基于BIM＋GIS 的京雄城际铁路建设管理平台功能架构

3.4 深化BIM 技术应用

开展了基于BIM 的京雄城际铁路施工图审查，开发了基于BIM＋GIS 的京雄城际铁路电子沙盘，如图2 所示。

图2 基于BIM+GIS 的京雄城际铁路电子沙盘

结合工程系统分解结构（EBS，Engineering Breakdown Structure），实现了基于BIM 的京雄城际铁路施工组织计划管理，如图3 所示，形象进度管理，如图4 所示，从而将BIM 技术真正用在辅助工程施工重难点和项目管理的过程中。

图3 基于BIM 的京雄城际铁路施工组织计划管理

图4 基于BIM 的京雄城际铁路形象进度管理

根据EBS 中详细的工程数量信息和单价（清单价、劳务价和成本价），结合计划进度信息和实际进度信息，实现基于BIM 的施工成本管理，如图5 所示。

图5 基于BIM 的京雄城际铁路施工成本管理

基于上述实施策略，京雄城际铁路的施工为基于BIM 技术的数字建造的广泛应用奠定了基础，为实现建设运维一体化，构建数字铁路全生命周期管理体系，全面形成数字孪生铁路，满足各类应用场景的虚实交融提供了先决条件。

4 结束语

本文基于铁路BIM 工程化实施现状的调研，从技术、经济、组织和制度4 个方面归纳总结了铁路BIM 工程化实施过程中存在的问题。从深化BIM 技术应用、基于BIM 的工作流程再造、标准BIM 合同文本编制、BIM 经济效益量化研究、铁路BIM 管理平台研发、BIM 实施标准指南编制和专业人员培训等方面提出了相应的实施策略，并依据京雄城际铁路的工程实施给出了铁路BIM 工程化实施的验证案例，为铁路BIM 的工程化实施提供了参考。