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立足于铁路工程建设项目设计阶段，对基于BIM的协同设计所涉及的工作流程及构件复用问题进行研究
BIM设计在铁路行业进行了很多有益尝试，但是实践表明，现有软件功能、资源均不足以支承BIM技术在铁路行业的大范围推广，相比二维设计，BIM设计的优势并未显现出来，主要体现在：BIM设计协同能力差、BIM设计资源难以有效利用和共享。本文对BIM设计中面临的协同工作流程及构件资源共享问题进行研究，提出BIM设计协同方法、BIM模型构件库等解决方案，将铁路工程BIM设计方法体系化、标准化，为后续铁路BIM设计提供借鉴思路。
协同设计流程
现行设计流程
铁路工程建设项目设计过程一般分为项目前期、项目实施、项目投产3大阶段，又可细分为11个环节：规划研究、预可行性研究、初测、可行性研究、定测、初步设计、补定测、施工图设计、配合施工、竣工验收、项目建成销号。
铁路工程设计是多专业协同设计，站前专业：测绘、地质、路基、线路、站场、轨道、桥梁、隧道等；站后专业：四电、建筑、工经、给排水、机辆等。站前、站后各专业在项目实施阶段的定测环节到施工图设计环节协同工作、互为上下序，开展资料互提、审签和数据共享等工作。
目前，铁路设计工作有任务分解派发、任务执行、提交设计文件等管理流程，多以会议方式在重要时间节点面对面制定并发布任务分解和执行进度计划，项目小组使用通信软件实时在线沟通任务执行进度、提交设计文件。这种管理方式在实际管理中容易造成任务分解版本不一致、提交设计文件版本管理工作量大，任务执行进度不易实时掌握的问题。
BIM模式下设计工作任务管理
任务流程是由多个单位或人员为实现共同的目标而顺序或同时需要完成的一系列规范化的任务组成。流程管理是为了提高这些流程任务的组织和执行效率而使用的系统化方法。BIM模式下设计数据和文件存储在平台服务器，数据与文件通过一个整体的BIM进行组织和关联，易于设计文件版本统一管理和控制，各专业设计人员在平台上协同工作，执行设计任务。
项目总体负责人在平台上创建和分配设计任务，设计人员在平台上查看需要执行的任务、在任务上添加平台中设计文件的链接、填报任务执行进度。当某个专业的设计人员更新并提交了本专业的BIM时，基于同一平台的其他专业设计人员可及时接收到最新的模型更新内容并做出响应，从而避免由于沟通不畅造成的BIM偏差、错漏或版本不统一等问题。
设计工作任务管理的分解派发、任务执行、进度填报和设计文件提交，人员管理都在统一的平台，为设计项目的所有参与人员提供了有效的协同模式，有助于提高设计工作任务管理效率。
BIM构件库
实现BIM设计协同的另一个关键问题是BIM资源共享，资源共享的前提建立统一的BIM构件库。设计单位根据标准创建一些通用的构件并上传至构件库，构件库对标准构件进行审核、分类、存档和维护，之后进行发布并提供给设计单位使用，使BIM设计资源能够有效地传播和复用，提升BIM设计标准化水平。为保证设计资源能够正常流转和使用，BIM构件库需要建立完善的管理和保障机制。
BIM构件库特点
BIM构件库是BIM标准构件的有序集合，它应具备以下特点：
（1）应对BIM构件建立统一的入库标准，主要是对构件的文件格式以及属性数据进行规范，并在构件入库前进行检查。
（2）铁路工程BIM构件分为不同专业，专业内部按照用途又可细分为不同类别，构件库应对构件进行分类，方便检索，另外构件库应尽可能涵盖各类型的常用构件。
（3）构件中所包含的属性信息应符合相应的应用场景要求，避免属性信息不完整影响使用效果。
（4）BIM构件库应设置数据访问权限，用户只能访问其权限范围内的模型构件信息，最大限度的保证数据安全。
（5）BIM构件库应有专门的管理人员进行定期维护，更新或删除不再适用的BIM构件。
BIM构件库的意义
BIM构件是宝贵的BIM资源，对BIM构件进行收集、维护和管理能够发挥其应有的价值，使资源得到复用，建模效率大幅提高，提升模型创建的标准化水平，其意义体现在以下方面：
（1）通过对构件资源进行整合形成BIM资产，在铁路工程建设项目全生命周期内传递和共享，提高BIM设计的效率。
（2）BIM构件资源能够为BIM扩展应用系统提供有效数据源，例如基于BIM的仿真分析、碰撞检测、运行维护等。
（3）BIM构件库是BIM标准化工作的重要环节，为建立企业级BIM资源库提供借鉴思路。
BIM构件库设计
本研究在分析路外企业对BIM建模需求的基础上，结合铁路行业工程建设项目特点和专业设置，将BIM构件库的功能设置如下：
支持BIM构件的上传、下载、在线浏览及批量操作等常规功能。
建立完整的构件分类体系和编码标准，为构件建立索引。
采用传输加密、存储加密以及用户身份认证等技术手段保护数据安全，对构件资源的访问进行权限控制。
为其它BIM 扩展应用提供数据接口。
基于以上需求，对BIM构件库进行架构设计，系统采用B/S模式，前端基于JavaScript、WebGL构建浏览器三维显示引擎，用户可使用手机端App或PC端浏览器查看BIM构件与属性信息。服务端基于C/C++构建模型参数生成与Web服务。基于面向对象数据库存储模型与业务数据。前后端之间的数据传输采用JSON协议格式。
BIM构件创建和利用
BIM构件的创建以满足各阶段的BIM应用为原则，构件的创建过程包含三维模型建立、几何信息添加、非几何信息添加等，还包括构件的分类、管理、维护等信息的添加，构件的创建内容主要包括：
（1）各专业分别建模，每个专业根据约定的交付成果创建构件模型。
（2）各专业的BIM 构件创建应当以三维模型为基础，根据构件信息深度要求添加必要的几何及非几何信息，最终形成构件模型。
（3）BIM 构件的创建还包括对构件的持续性修改、管理、维护和记录。
在BIM构件的利用方面，依托BIM构件库系统功能，实现了构件的下载、编辑和上传构件功能。使现有BIM建模软件平台可以连接统一的BIM构件库，进行多样化查询、浏览构件的信息和各种属性信息、同步更新构件，以及将相应的版本的铁路BIM构件载入到BIM应用软件中进行编辑、使用与更新。
应用效果
三维BIM模型构件库在京张高铁全线的BIM设计和三站三隧的精细化设计中进行了应用验证，为建立三维BIM设计协同设计模式和构件级设计资源共享积累了有益经验，具体应用效果如下。
铁路公共建筑与铁路其它专业在同一平台作业的设计工作并实现数据格式统一，专业间可以做到相互调用，相互参考，及时发现问题并反馈问题，及时更改。
各专业的设计信息均呈现在一个平台上，打破信息壁垒，避免因信息不对称造成的滞后，专业设计过程中需要其他专业的设计参数可以进行实时抓取，并产生关联关系记录。信息变更提醒功能，某设计信息变化后，与其关联的相关设计内容均收到变更提醒，避免信息滞后产生的差错漏碰。
在清河站、张家口南站等站房中利用BIM模型构件库管理和复用BIM构件，进行三维BIM场景构建，从而在设计过程中最大限度提高资源效率。成果经验可复制到全路高铁建设项目上，复杂的建造过程透明化、可视化，推动铁路建设从信息化、数字化走向智能化。
全专业在同一工作环境下开展协同设计，以三维模型为载体对设计信息进行维护，可实现信息集中管理和共享。依托BIM构件库，可实现BIM构件资源的整合和复用，为装配式建模提供数据源，从而提高设计工作的效率和标准化水平
内容来源：
铁路BIM联盟成员单位——
中国铁道科学研究院集团有限公司刘北胜，尹逊霄，郭歌，李慧；
北京交通大学顾爽.
铁路工程BIM协同设计与构件共享研究[J].铁路计算机应用.
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