《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）—第一部分橋梁工程篇《高速鐵路橋梁全生命周期BIM技術(shù)研究》

本期項目簡介

完成單位：中國鐵路設(shè)計集團有限公司

主要完成人：蘇偉，宋樹峰，齊成龍，劉思明，苗永抗，張少朋，白鴻國，張鈞達，李艷，劉洪占，鄧江濤，馮沛，陳浩然，陳昊，徐學(xué)斌

項目簡介

（一）項目背景

　　在國家大力推行“新基建”的背景下，云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)不斷創(chuàng)新突破，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)被提到國家戰(zhàn)略高度，同時，國鐵集團進一步確定將BIM技術(shù)作為鐵路工程建設(shè)信息化主要技術(shù)發(fā)展方向。而目前國內(nèi)外在以標(biāo)準(zhǔn)編制、三維設(shè)計、施工模擬、施工管理為代表的鐵路橋梁BIM應(yīng)用領(lǐng)域，缺乏一套成熟的解決方案，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　a)BIM標(biāo)準(zhǔn)的編制及應(yīng)用落地難度大;b)傳統(tǒng)鐵路橋梁BIM設(shè)計方式效率低下;c)已有施工仿真技術(shù)成果真實性不足;d)現(xiàn)有高鐵橋梁工程粗放式建造模式的信息集成度不高;e)傳統(tǒng)二維鋼筋設(shè)計模式容易導(dǎo)致空間干擾及振搗不密實情況。

（二）技術(shù)概況

　　本項目首先開展符合中國鐵路特點并與國際接軌的鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系研究，并將編制的BIM標(biāo)準(zhǔn)植入通用設(shè)計平臺；以此為基礎(chǔ)，將計算機圖形學(xué)理論與開發(fā)架構(gòu)、設(shè)計流程相融合，研發(fā)高鐵橋梁三維BIM設(shè)計系統(tǒng)；融合BIM、云計算、微服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感等信息技術(shù)，開發(fā)鐵路橋梁施工管理平臺；同時開發(fā)工藝級4D仿真軟件，以及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁精細化BIM設(shè)計軟件。

　　最后，在實際工程項目中應(yīng)用上述研發(fā)成果，實現(xiàn)高鐵橋梁全生命周期BIM應(yīng)用價值。

（三）適用范圍

　　本項目研發(fā)成果的適用范圍包括：BIM標(biāo)準(zhǔn)編制及部署、橋梁BIM設(shè)計、橋梁鋼筋精細化BIM設(shè)計與優(yōu)化、基于BIM的橋梁施工仿真、橋梁施工信息化管理等多個內(nèi)容，研發(fā)成果覆蓋了BIM技術(shù)在橋梁全生命周期各個階段的應(yīng)用領(lǐng)域。

（四）獲獎情況

　　本項目于2018、2019年獲buildingSmart國際基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域年度特別獎兩項，于2019年獲中國公路學(xué)會“交通BIM工程創(chuàng)新獎”特等獎，2019年獲天津市勘察設(shè)計協(xié)會優(yōu)秀勘察設(shè)計一等獎，2019年獲“聯(lián)盟杯”鐵路工程BIM大賽一等獎，于2020年獲“龍圖杯”全國BIM大賽一等獎。

項目創(chuàng)新點

　　(1)應(yīng)用領(lǐng)域建模方法，提出鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系層次，建立符合中國鐵路特點的、開放的、可擴展的中國鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架，編制鐵路橋梁BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及國際IFC-Bridge標(biāo)準(zhǔn)；使用代理方案在通用BIM平臺部署這些標(biāo)準(zhǔn)。

　　(2)將計算機圖形學(xué)中的數(shù)學(xué)層、幾何拓撲層、特征層綜合建?；A(chǔ)理論，達索軟件的“模型參考--模型實例”模型二元組織結(jié)構(gòu)，以及達索“組件對象架構(gòu)”編程框架，與專業(yè)化的鐵路橋梁設(shè)計流程相融合，基于通用BIM平臺開發(fā)橋梁BIM設(shè)計系統(tǒng)。

　　(3)以BIM設(shè)計成果和三維數(shù)字地形為輸入條件，基于橋梁結(jié)構(gòu)EBS分解，并與施組緊密結(jié)合，通過對GIS平臺的二次開發(fā)，最終形成具備三維可視化功能的工藝級4D仿真軟件。

　　(4)研究編寫梁體鋼筋空間分布算法，以及鋼束空間曲線擬合算法，在BIM設(shè)計軟件中實現(xiàn)復(fù)雜空間鋼束及鋼筋的快速BIM設(shè)計?；贐IM軟件二次開發(fā)形成預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁精細化設(shè)計軟件。

　　(5)以springcloud技術(shù)構(gòu)建微服務(wù)架構(gòu)體系，開發(fā)融合BIM+GIS技術(shù)的web端、移動端應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)基于云服務(wù)模式的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合及智能建造信息化應(yīng)用，最終形成橋梁施工管理平臺。

應(yīng)用案例

　　本項目的研發(fā)成果將BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁設(shè)計、施工、建設(shè)管理等環(huán)節(jié)，有效提升了鐵路橋梁工程的全生命周期成果質(zhì)量及信息化水平。

　　自2015年至今，中國鐵設(shè)已將參與編制的鐵路行業(yè)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)部署于BIM協(xié)同設(shè)計平臺，并將這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與本項目開發(fā)的橋梁BIM設(shè)計系統(tǒng)，成功應(yīng)用于京雄、牡佳、雅萬、鹽通等高鐵項目的BIM設(shè)計過程中，累計完成BIM設(shè)計項目23個，總里程1015公里，其中橋梁里程381公里；在克塔、陽大等鐵路項目中，完成大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋轉(zhuǎn)體施工及系桿拱橋精細化BIM施工仿真應(yīng)用；在京雄城際、浦梅鐵路中，實現(xiàn)連續(xù)梁零號塊、轉(zhuǎn)體施工結(jié)構(gòu)球鉸位置鋼筋設(shè)計優(yōu)化；在鄭濟黃河橋項目應(yīng)用本項目開發(fā)的橋梁施工管理平臺，實現(xiàn)施工流程信息化管理以及升降機、塔機設(shè)備的數(shù)字化監(jiān)控。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　本科技成果將BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁設(shè)計、施工、建設(shè)管理等環(huán)節(jié)，有效提升了各項目的工程質(zhì)量及信息化水平，推動中國鐵路由傳統(tǒng)建設(shè)體系向新時期智能建造模式的探索和轉(zhuǎn)變。

　　橋梁BIM設(shè)計系統(tǒng)在京雄、牡佳、雅萬、鹽通等高鐵項目的BIM設(shè)計過程中成功應(yīng)用，共節(jié)省約300余萬的人力成本投入，依托以該系統(tǒng)為代表的BIM設(shè)計解決方案，中國鐵設(shè)成功中標(biāo)雄安機場快線R1項目等多個項目，輔助中標(biāo)勘察設(shè)計合同額逾3000萬。

　　在鄭濟黃河橋項目中應(yīng)用橋梁BIM施工管理平臺，實現(xiàn)本橋的信息化管理和數(shù)字工地功能，節(jié)省投資1000余萬元。

　　通過打造高速鐵路橋梁全生命周期BIM技術(shù)體系，從信息化的角度保障我國高鐵橋梁的安全性、經(jīng)濟性、先進性，對促進我國高鐵“走出去”戰(zhàn)略具有深遠的意義。