达索系统牡佳铁路BIM应用

寂静回声

2017年，国铁集团工程管理中心在牡佳铁路布置了全线全专业BIM技术和信息化应用相关工作。牡佳铁路全长374.744 km，全线包含多处拱桥、大跨度连续梁、T构、道岔梁等复杂结构，按照国铁集团推进铁路建设信息化管理、全面提升铁路“设计-施工-运维”管理水平的总体要求，在牡佳铁路BIM项目中全面遵守铁路BIM联盟标准，创建了全线、全专业精细化BIM设计模型，实现了基于精细化模型的多参与方数据共享与协同工作，同时，通过BIM设计模型向施工阶段的交付，在施工阶段实现了BIM技术在深化设计、施工模拟、作业指导、预制加工等方面的应用。

本项目采用达索系统的软件作为主平台并辅助一定的二次开发，达索软件的Catia模块用于三维BIM建模，Enovia模块用于项目协同管理。预先在达索软件通过自定义的方式部署了中国铁路BIM数据存储标准包，即CR-IFC标准，以及铁路工程BIM分类和编码标准，及CR-IFD标准。

一旦用户创建了某个类型的对象，系统就会自动按标准为之配置属性。同时，使用达索EKL脚本语言，将模型中的设计参数与构件属性关联，从而在BIM设计过程中，构件属性值自动根据参数计算出来。最终在牡佳铁路BIM 项目中成功实现了铁路BIM标准的编制和验证。

牡佳铁路BIM项目，是一个全线、全专业、全员参与的系统性BIM应用工程，采用“建设单位主导，各参与方协同工作”的实施组织方式，各参与方都组建了自己的BIM实施团队。

在这样一种组织背景下，本着“施工模型宜在设计模型基础上创建”的原则、同时为了满足牡佳铁路BIM应用各参与方精细化模型数据共享和协同工作的需要，本项目采用“基于互联网信息共享技术架构、分布式部署服务器”的方案，搭建了牡佳铁路精细化模型应用管理平台。

本应用管理平台架构如上图所示，在建设单位哈牡公司部署主服务器，三维管理平台、软件数据库等部署在主服务器上，各参建标段各自部署1台文件服务器，用于存储图形文件。

各标段客户机在从事BIM建模、应用等工作时访问各自的文件服务器；各标段文件服务器每天定时向公司主服务器同步相关BIM模型数据；各标段在三维管理平台上从事相关工作时直接访问主服务器。

基于 Enovia平台的项目管理

Enovia作为达索平台下的分支模块，在牡佳BIM项目中，与作为虚拟设计核心引擎的CATIA模块一起实现了铁路工程全生命周期解决方案。由于本项目涉及到站前、站后多个专业，专业间存在上下序工作流程衔接、专业内存在工作任务分配的问题，同时，人员权限也需要合理配置，以规范对中间成果的管理，除此之外，尚需一种严密的审核与交付机制以确保最终产品的质量，而所有这些潜在风险都可以通过Enovia 规避。

Enovia采用树型逐级分解的任务管理模式，各节点的负责人都有创建子任务和分配子任务的权利。根据WBS标准分解本BIM 项目的工作任务，以专业、标段作为顶层分解原则，下层具体任务节点包括骨架、模板、建模、专业间发布、审核等，并为每项工作任务分配了具体的责任人。

Enovia平台使得牡佳铁路BIM项目的总体进度得到了有效控制，完整记录了项目开展全过程的工作、交付、版本和审批流程，各参与人员能第一时间发现并整改项目开展过程中的问题，避免了常规管理方式中经常出现的工作反复现象。

基于骨架驱动与模型引用的专业间BIM协同设计

牡佳BIM项目通过三个主要步骤实现了专业间协同设计：基于“骨架-模板”方法的专业间骨架引用；规范化的模型组织结构；在Enovia平台进行上下序工作流程管理。

基于“骨架-模板”方法的专业间骨架引用

“骨架-模板”是在达索平台开展BIM设计时常用的方法。这种方法将BIM模型的某些关键元素作为建模基准，这些关键元素就被称为骨架，此方法既省去了传统机械设计中的装配操作，实现结构单元的定位，又通过基于骨架的结构单元实例化，在指定关键元素的同时确定单元边界，提高了铁路工程结构BIM 建模的效率，同时实现了BIM模型对骨架自适应。鉴于“骨架-模板”的优势，以往的铁路工程BIM项目专业内建模实践中广泛采用了这种方法，牡佳铁路BIM项目将此方法扩展应用到了专业间协同设计领域。通过上序专业发布骨架元素、下序专业参考引用的方式，结合达索软件内含的自动响应机制，当上序发布的骨架发生调整后，下序专业自动更新，从而实现了专业间BIM协同设计。

规范化的模型组织结构

由于铁路工程具有点多线长，数据量庞大的特点，如果对如此庞大的模型缺乏有效的组织管理，在通过骨架驱动和模型引用实现协同设计的过程中容易造成引用关系上的死循环，除此之外，规范化的模型组织结构也是提高BIM设计效率和保障模型顺畅交付的基础，因此，有必要对海量铁路工程BIM数据在平台中进行层次分明的组织，从而实现BIM价值的最大化。出于上述需求，牡佳铁路BIM项目在IFC、IDM和IFD这三种标准研究成果的基础上，开展了铁路BIM工程结构分解标准的编制和验证工作。

在Enovia平台进行上下序工作流程管理

通过梳理传统二维设计上、下序资料，本项目对BIM环境下的专业间上下序工作流程、资料内容和接口形式进行了研究。各专业通过Enovia协同设计管理平台，向上序专业提出要求，根据这些要求，各专业在进行BIM设计时，以点、线、面、实体、坐标系等形式，按照BIM工程结构分解标准，在规定的节点位置为下序专业预留相应骨架。

下序专业同样根据BIM工程结构分解标准，到上序专业模型结构中按需索引骨架元素，开展本专业BIM设计。如桥梁专业按照接触网专业要求为其预留坐标系，作为接触网立柱的定位骨架，如下图所示。

作为牡佳铁路BIM项目的主平台，达索软件最初是机械、航空领域的专业设计工具，与它们相比，铁路工程具有构件数量更多、几何造型更简单的特点。以往的其他铁路BIM项目在开展工作时大多借鉴机械、航空行业的手段，使用“骨架-模板”方法，通过达索action功能批量实例化桥梁构件，这种方法在某种程度上虽然实现了批量建模，但是存在建模效率低、内存负荷严重的缺陷。

针对上述问题，在牡佳铁路BIM项目中开发了一系列的桥涵工程建模工具，覆盖了连续梁、框架涵、桥墩、基础等多种常用构件，这些工具嵌入到达索软件内部，使用达索/组件应用架构(component appljcation architecture，CAA)二次开发语言实现，用户交互界面友好、建模效率高、内存消耗低，确保了牡佳铁路BIM项目的成功实施。

牡丹江特大桥T构梁位于牡丹江火车站咽喉区。其门式墩上跨既有铁路线，两侧一侧为河堤，一侧为既有火车行车线。在如此复杂的施工环境下，机械设备的选型、进场路线和站位规划，以及施工过程中设备与周围构筑物的干涉都会关系到方案能否顺利实施。因此，对本工点开展了基于BIM技术的虚拟仿真。

先通过无人机倾斜摄影采集了T构梁附近的点云数据，使用实景建模技术创建环境模型，并将设计交付的BIM模型和环境模型同时载入到Autodesk Navisworks软件叠加。施工工程师在Navisworks模型上测量与施工相关既有构筑物的间距，拟定合理的施工方案(一个或多个)。最后依照施工工程师拟定的施工方案，在Navisworks软件中进行施工过程仿真，验证方案是否存在干涉与碰撞，确定最优解决方案。