基于BIM的轨道交通实验平台建设
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摘要：文章在分析我国铁路行业BIM技术应用前景的基础之上，根据铁路行业人才培养的需求，考虑铁路行业发展的需要，结合铁路“四电”专业课程的特色，提出了基于BIM的轨道交通实验平台建设方案，并在兰州交通大学的实验教学建设当中加以研究和实践。
关键词：实验平台建设；轨道交通；BIM
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）15-0275-02
一、引言
BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）当前在建筑行业的运用相对成熟，但在我国铁路领域的运用刚刚起步，属于铁路领域新技术。随着BIM技术在工程建设领域广泛应用，三维模型取代二维图纸传递信息已成大势所趋。BIM技术能够快速发展，与高校在BIM技术课程体系建设、人才培养模式开展方面做出的工作有很大关系。美国的亚利桑那州立大学、德克萨斯大学、加州州立大学等多所大学都将BIM技术引入到课程教学中，强调理论与实践相结合。在国内，已经有部分高校将BIM技术引入到教学研究中。清华大学与广联达公司共同成立BIM研究中心，对BIM应用软件的集成、工程项目管理系统、三维实体建模等进行了研究；同济大学与鲁班软件公司达成协议，就如何将BIM技术应用于教学进行了合作签约；天津理工大学借助BIM的仿真技术开展工程项目管理课程；深圳大学在工程制图课程中结合BIM技术对建筑构件进行可视化教学。
在铁路“十三五”规划当中，研究BIM技术在铁路设计、施工、运营的全生命周期中的应用是“十三五”铁路科技创新重点任务之一。主要的研究内容包括：研究铁路全生命周期BIM模型架构顶层设计和构建技术，研究基于“互联网+”的BIM模型信息收集、存储、传递的集成体系，研究多层次、多平台、多应用技术条件下的BIM模型综合管控技术，研究铁路BIM技术标准、实施标准及相关应用规范。近期，铁路总公司总经理陆东福在视察中国铁设时就指出，要抓住当前大数据、物联网、人工智能等技术快速发展的机遇，将BIM技术在铁路设计选线、工程建设管理、铁路运营维护等环节的接续运用，推进铁路数字化、智能化建设。铁路建设需要大量具备专业知识同时掌握BIM应用的人才，因此作为为铁路建设培养大量人才的高等学校，建设与轨道交通专业紧密相关的BIM实验平台是满足铁路建设人才培养的需要，是铁路特色学校建设与发展的需要，是轨道交通铁路特色专业建设与发展的需要，是轨道交通铁路特色专业教学的需要。
BIM技术的最大优点在于全生命周期价值的发挥，即BIM技术可贯穿于铁路工程建设的设计、施工和运维三个阶段，通过三维协同设计和三维立体显示，提高设计效率和质量，以及有效解决设计中的差错漏碰；也能通过三维模型展示和四维信息化显示，直观地有效管理施工过程；更能通过对设计、施工过程中形成的三维立体模型和四维的信息储存，形成对运营和维护管理的有效信息，方便运营和维护管理，提高运营管理质量和效率。因此，BIM技术对铁路现代化建设和管理意义重大，各级铁路建设和管理者均十分重视。基于BIM的轨道交通实验平台建设能够使教师和学生紧跟铁路发展的最新动向，为铁路设计、施工、运维等单位培养需要的人才；轨道交通专业的发展方向必须符合铁路建设的发展要求，基于BIM的轨道交通实验平台建设满足了轨道交通专业发展的需要；基于BIM的轨道交通实验平台建设对交通控制专业教学、科研以及人才培养具有重要的作用。
二、BIM在铁路工程建设中的应用现状
BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为参建各方提供协同工作的平台，在提高生产效率、建筑质量、节约成本和缩短工期方面有明显效果。这一理论最早出现于建筑工程领域，目前在该领域的理论研究与时间相对于铁路行业较为领先。与建筑工程相比，铁路建设是一项庞大复杂的系统性工程，需要各阶段内多专业间的密切配合，频繁地进行多种形式的信息的交互，并且多个建设参与方要共同进行沟通协作来完成。
运营、设计及软件开发等相关部门都在大力推进铁路数字化发展。从铁路设计开始到施工，一直到运营维护，都可以用一个完整的模型整合在一起，这样可确保将铁路系统从设计阶段到运营阶段的各个技术点统一在一个完整的数据平台之上，为设计者、施工者、运营管理者提供一个有效的数据基础，让他们协同实现各自在不同环节的工作目标。
BIM究其根本是一个集大数据的大平台模型，BIM的最终表现形式为可视化的多维度、多功能、多用途的计算机图形模型，所以BIM模型最终是以多维度、多功能、多用途的模型计算机图形的形式展现在显示设备上。这就对计算机的图形处理能力提出了严峻的考验。再反观如今的铁路建设工程项目往往体量巨大，大跨度桥梁隧道等比比皆是。庞大的海量工程信息加上巨大的工程体量使得BIM模型非常巨大，即使再最高端的民用计算机设备上运行起来也是未免显得捉襟见肘。目前为解决此现象，行业内的通用做法是配置超高端的定制计算机，外加每台计算机专门配置运行模型需要的软件程序。完成如此巨大的项目工程来说，需要几十台此类软硬件设备。同时考虑到铁路建设工程的施工、运维等阶段的实际使用情况，需要在工地现场运用，这样对移动办公就提出了更高的要求。
三、研究思路与方法
1.研究思路。①基于BIM的轨道交通实验平台建设必要性和可行性。在对铁路设计、施工、运维等单位进行大量调研的基础之上，掌握BIM在铁路行业的应用现状，了解BIM在铁路行业今后的发展趋势，从而明确项目建设的必要性；在对相关高等学校和科研单位调研的基础之上，掌握项目的国内研究水平，明确项目实施的可行性。②研究建设基于BIM的轨道交通实验平台所需的硬件基础。首先，BIM利用地理信息系统、铁路线路和勘测数据，创建了既有铁路线路模型和附属工程模型，在此基础上再进行信号、通信、供配电、接触网等的详细设计，因此需要在多个软件之间进行无缝环境的整合和可视化。其次，BIM系统中的设备、线路、附属工程设施等要能够检查设计方案的可行性和可施工性，最终的设计效果图可以实现三维显示。第三，BIM模型不仅具有图形显示的功能，还具有相应的物理特性和管理信息等内容。研究并搭建能够实现以上这些功能的硬件，并优化硬件系统。③对比BIM各软件的特点，提出实现实验平台的软件。BIM涉及到的应用软件主要包括：Revit、Catia、Inventor、Bentley Micro Station与GeoStation等，各个软件都有自身的特点和优势，BIM技术属通用基础平台，其专业性不够，技术适应性差，缺乏统一的专业间交互数据格式支持。搭建基于BIM的轨道交通实验平台软件系统，需要结合专业特点和需求，对比各个软件的实际应用，提出切实可行的软件系统实现方案。④提出基于BIM的轨道交通实验平台的建设方案。在对硬件系统、软件系统分析、论证的基础之上，提出基于BIM的轨道交通实验平台的建设方案并加以实施。本系统虽然是实验平台，但系统功能和逻辑必须与现场真实设备一致，因此对于本系统的测试与验证，可完全按照真实系统进行。根据实验平台中出现的问题，对系统进行优化，完善建设方案。
2.研究方法。结合课题的研究方向及内容，提出研究带动建设、建设促进研究的项目研发方式；同时在科研项目的带动下，使BIM技术在轨道交通领域的全新应用得以实践。具体研究及应用的情况如下：①在铁路的相关设计、施工、运维等单位做了大量的调研工作，掌握了BIM在铁路行业中的应用现状及发展趋势。②研究BIM现有软件，熟悉各个软件的特点。③研究“铁路四电工程BIM设计”，了解实验平台建设的硬件基础。
四、总结
城市轨道交通工程中土建工程BIM技术的应用难度并不大，价值体现也不高。设备系统部分却较为复杂，由车辆、轨道、通信、信号、供变电、接触网等十多个系统组成，BIM技术在这一领域具有较大的应用空间。到目前为止，基于BIM的铁路信息化管理平臺尚处于研究阶段，因此，采用研究带动建设、建设促进研究的实验平台建设方式，使BIM技术在轨道交通领域的全新应用得以实践。
参考文献：
[1]铁路“十三五”发展规划.2017，（11）.http：//www.nra.gov.cn/
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