B IM技術自20世紀90年代提出至今，已經從概念普及進入應用普及階段，從小範圍、企業內試驗到局部範圍、多方協同試驗，並逐步向全產業鏈協同、全生命週期實施邁進。國內BIM技術在工業與民用建築上應用最多，也最爲廣泛。在交通領域，無論公路還是鐵路均屬於概念普及或初步應用階段。中鐵第一勘察設計院集團有限公司(簡稱鐵一院)自2011年開始基於模擬仿真、真實感三維設計平臺的研究，2013年初開始逐漸加大BIM技術的研發應用工作，在多專業、多項目進行了研究探索。
1 BIM團隊的組建及周例會制度
B IM應用不僅是設計工具的變革，也是一種設計理念、生產方式的變革，是一個長期而艱鉅的變革過程。雖然BIM技術的應用是工程建設發展的必然趨勢，但具有初期投入大，產出較小的特點，BIM技術研發需要企業領導的高度重視、鼎力支援，必須建立一套自上而下的推進機制。2013年初，鐵一院成立以主管院長爲組長的BIM工作設計協調指導小組，各處成立以處長爲主管領導的工作小組，挑選對計算機軟件有濃厚興趣、工作能力強、有朝氣的高學歷年輕人組成各處BIM研發團隊，購進針對BIM工作的高配置電腦及服務器。BIM團隊制定出BIM整體工作計劃，建立周例會工作制度。按每週例會的形式定期對上週工作進行總結、交流，對下達的任務情況進行追蹤檢查，對疑難問題討論確定解決方案，佈置下一週的工作任務及研究內容，將工作分解到個人，分工合作、加強技術交流，對BIM技術的研究應用起到了極大的推動作用。2013年5月份至今，BIM團隊共進行了20餘次BIM技術的培訓、學習和交流。
2 BIM建模平臺的選擇
無論在工民建或水電行業， 佔據B I M 軟件平臺市場大多數份額的主要有3 家公司， 分別是歐特克(A u t o d e s k)、奔特力(B e n t l e y)、達索系統(Dassault Systems)，它們均有各自的BIM系統平臺及數據交換接口，並提出各自的解決方案。目前歐特克在建築上應用最多，奔特力在水電行業應用最成熟，達索系統在建立3D模型方面有獨特之處。那麼在鐵路工程上如何選擇合適的BIM軟件平臺呢?
首先，需要明確BIM應用業務目標。三維設計遠遠比二維設計複雜，目前沒有任何一家公司軟件能夠解決所有BIM問題，也找不到任何一款軟件，其功能、性能、多專業支援、數據交換、擴展開發、價格、廠商實力等各方面都比其他軟件有優勢的。只有根據主要業務目標和項目的實際情況，選擇適合的軟件來完成相應的BIM應用內容。
其次，應對主流的BIM軟件平臺進行深入調研，瞭解其軟件平臺的功能及其公司發展戰略，是否滿足BIM應用的主要業務目標或在可接受的時間內解決所遇到的問題。不僅需要與BIM軟件公司進行溝通交流，聽取其給出的鐵路工程BIM解決方案，更需深入探索使用或深入實際使用企業調研。
第三，綜合分析比較後，找到更適合鐵路工程的BIM軟件平臺。有了明確的BIM應用業務目標，又對各家軟件平臺進行了深入調研，還需要考慮以下因素進行量化的綜合分析比選。
(1)各家軟件平臺針對不同業務、不同專業，各有所長，要找出BIM應用的關鍵業務、關鍵專業。
(2)服務承諾。所關注問題能否在能夠接受或符合制定目標計劃的前提下予以解決。目前沒有專門的鐵路工程BIM軟件平臺，服務承諾對解決遇到的實際問題非常重要。
(3)關注後期施工、業主的需求。不僅考慮設計階段的需求，也對施工組織、多方協同、運營維護等方案提供予以重點關注，提供全生命週期的解決方案更具戰略意義。
(4)二次開發的開放性。任何一個軟件平臺不可能解決所有專業所有問題，而且隨着新項目的不同總會遇到新的問題。因此需要軟件平臺提供完善的二次開發接口，可自行開發或與第三方合作開發軟件插件，爲解決新問題提供渠道。
(5)購買及使用成本。不同軟件公司的發展戰略不同，其軟件的購買及使用成本也不同，甚至差距很大。有的只提供基礎的軟件平臺，專業化的需要二次開發，有的可提供專業化的、完善的“落地”服務。提供服務不同，其購買成本會相差較大。不同軟件的本地化也不同，有些甚至沒有漢化版，對使用者的素質要求也不同，其使用成本也是必須考慮的因素之一。
綜上所述，首先應有明確的BIM應用業務目標，其次對主流的BIM軟件平臺進行深入調研，在此基礎上綜合考慮軟件平臺主要性能特點、服務承諾、後期需求、二次開發、應用成本等內容，予以量化的分析比選，找到最適合鐵路設計院的BIM軟件平臺。
3 高效率高質量建模是基礎
BIM爲建築資訊模型的簡稱，是以三維模型爲基礎，集成建築工程項目各種相關資訊的工程數據模型。從BIM概念可知，BIM模型是3D模型與工程資訊的有機結合，三維模型是基礎，是工程資訊的載體，而工程資訊則是BIM模型的靈魂。高效率高質量建模是設計院研究BIM技術需首要解決的關鍵問題。
以試點項目爲依託，逐漸完善專業構件庫。爲提高構件利用效率，所有構件均採用參數化設計。模型除幾何模型外，應包含正確、必要的資訊，包括幾何尺寸、空間位置、分類資訊、編碼資訊、關鍵屬性、關鍵參數等，對於模型、構件、屬性建立統一的分類命名規則。
B IM模型根據不同的用途，又分爲專業設計模型、BIM綜合協調模型、BIM瀏覽模型。不同的模型需要不同的.建模精度，即不同模型精細度和資訊粒度。對所有構件模型編制管理軟件進行統一管理，包括設計、審覈、入庫、調用等過程控制。
4 多項目多應用點研究探索
4.1 清涼山隧道十岔溝中橋
首先依託西成客運專線清涼山隧道十岔溝中橋項目進行BIM技術研究，基於歐特克平臺建立相應的族庫，組裝成橋隧BIM模型，在此基礎上研究了利用模型出圖、計算詳細工程數量、施工順序模擬、4D施工工法模擬、NWC格式交付標準等，以及與航測、地質、通信、信號、接觸網等專業的模型融合，橋隧專業基於工作集的協同設計研究。在匯入真實的地形數據資訊後模擬工程實際場景，進行了清涼山隧道十岔溝中橋整體漫遊展示。同時編寫完成《鐵路工程BIM模型交付標準》(初稿)，把橋樑、隧道、地質及地形等模型給施工單位進行了交付，施工單位在交付模型基礎上，進行施工資訊添加，形成工程建造階段的管理平臺。
4.2 西成線阿房宮站BIM項目
參與了阿房宮站的BIM模型建立。採用Revit建立站內涵洞模型，包括正交和斜交涵洞洞身結構族、洞口八字翼牆結構族、翼牆基礎和泄牀基礎結構族，並完成了涵洞參數庫的建立;建立正交和斜交箱形橋模型，包括箱身和翼牆等結構族。
4.3 陝西鐵路工程隧道實訓基地
隧道專業以陝西鐵路工程隧道實訓基地爲例進行了BIM技術的應用研究。隧道實訓基地建築長度90 m，控制寬度32 m，按時速200 km鐵路單線隧道斷面標準設計，採用明洞結構回填形式模擬山嶺鐵路隧道圍巖，內部佈設隧道施工工序。該項目雖然只有90 m，但涵蓋的內容卻十分豐富，包括各種施工工法的開挖、支護、綁紮鋼筋、架設鋼架、安裝模板、防水板安裝、預埋件、拱牆仰拱混凝土澆築、施工縫防水做法、監控量測、洞門施工、邊坡防護等內容。利用該模型可以進行對見習生的培訓工作。
4.4 廈門地鐵項目
廈門地鐵項目部進行了統一策劃和部署，主要針對以下幾個應用點開展工作：
(1)場地仿真。搭建周邊環境、施工場地模型，必要時採用點雲掃描工具，完成既有環境的3D建模。
(2)管線遷改模擬。根據遷改方案分雨水、污水、電力、通信、天然氣管線按照臨時遷改、永久遷改進行建模並檢查管線之間有無相互碰撞。
(3)交通疏解模擬。創建交通疏解方案相關要素模型，透過多媒體手段組織交通疏解方案過程。
(4)協同設計。利用BIM技術應用管理平臺，使不同工作地點、不同專業的設計人員透過網絡基於同一個BIM模型進行軌道交通三維協同設計。提高不同設計專業間資訊的傳遞效率和傳遞質量。
(5)管線綜合硬(軟)碰撞檢查。檢查設計中的錯漏碰缺，處理解決管線碰撞問題，優化管線排布方案，減少施工階段因設計疏忽造成的損失和返工工作。
(6)空間利用及開洞檢查。分專業對已經完成的結構空間進行檢查，覈實結構開孔位置、設備基礎預留、預埋件等是否滿足管線、機電設備安裝的需要，以避免施工中返工。
(7)基於BIM模型的生成圖紙，如建築效果圖、平面圖、立面圖、剖面圖、3D視圖、大樣圖等，在設計變更後自動更新圖紙。
(8)施工模擬，利用BIM模型對結構構建按照工籌計劃時間進行定義，以4D的方式進行動畫演示。
(9)大型設備運輸路徑檢查。對大型設備安裝及檢修運輸路徑動態模擬，研究並優化安裝及維護路徑方案。
4.5 陝西省涇河特大橋項目
針對陝西省涇河特大橋工程項目， 建立了涇河特大橋(80+136+148+136+80)m矮塔斜拉橋主橋(含橋塔、斜拉索)、3×40 m預應力混凝土現澆連續彎樑、4×40 m先簡支後連續箱梁以及橋臺、橋墩、下部鑽孔樁基礎、橋面系、人行道、欄杆等全橋BIM模型族庫，並完成了施工過程Navisworks模擬、真實場景三維渲染展示動畫的製作。
4.6 其他工程項目應用
(1)蘭新線跨蘭西高速特大橋(80+168+80)m連續樑加桁。爲探索在鋼結構方面的建模思路、方法及不同建模軟件間的相容性，採用Inventor完成了蘭新線跨蘭西高速特大橋(80+168+80)m連續樑的桁樑BIM模型，採用Re v it建立了連續樑部分模型，並在Revit中拼裝完成該橋的整體BIM模型。
(2)西成線桃園大橋。橋涵專業建立了高速鐵路12 m寬橋樑結構和橋上附屬結構BIM模型。拼裝並提供一座(3-32+2-24)m大橋的全橋BIM模型，以供研究解決橋上接觸網與聲屏障干擾等問題。
(3)西安機場線渭河特大橋。利用已掌握的BIM技術，建立西安北至機場線重點工程渭河特大橋中跨越主河槽的(50+8×100+50)m連續樑、跨越蘭池大道(60+111+94+100+60)m連續樑及橋墩的BIM模型，並對矩形花瓶式橋墩與圓端形橋墩進行了比選。
(4)茅以升公益橋。爲了更好展示我院所推薦的公益橋方案，分別採用Revit、Inventor建立茅以升公益橋BIM模型，包括橋樑墩臺、RPC樑、欄杆附屬、節點板和螺栓等結構族檔案，加入時間參數後在Navisworks中模擬施工過程及在Inventor中展示拼裝過程，並在Lumion軟件裏進行背景渲染，製作了漫遊動畫。
(5)敦格線當金山特長隧道。敦格線當金山特長隧道爲外方諮詢項目，爲更好與諮詢方進行溝通交流，完成敦格線當金山特長隧道三維展示模型的創建和效果圖製作，不僅達到了形象展示設計方案及設計意圖的目的，也體現出了鐵一院在BIM技術上重視及應用。
5 結束語
儘管歷經幾年的研究應用探索，對BIM技術有了一定程度的認識，但鐵路行業具有線長點多、地質環境複雜、專業衆多、施工工序繁雜等特點，同時也缺乏鐵路行業BIM標準及適合的輔助設計軟件平臺，因此BIM技術在鐵路工程中的應用和推廣必將是長期和艱鉅的任務。依據鐵一院BIM整體發展規劃，在以下方面繼續實踐和探索。
(1)加大BIM技術的推廣應用。BIM技術不應僅僅侷限於B IM研究小組，更應逐步推廣至全院職工，特別是青年職工，促成一種前端技術持續研究、已有成果逐步推廣、研究與應用有機結合相互促進的局面。
(2)基於BIM技術的協同設計平臺的研發。現有BIM主流軟件平臺無論是歐特克、奔特力還是達索系統，均只是提供一個基礎平臺，如同二維設計時的AutoCAD軟件，在其平臺上的主要設計軟件還需要大量的二次開發。建立基於BIM技術的輔助設計平臺，開發充分利用現有二維輔助設計平臺相關參數快速生成需要的BIM模型，實現多專業的協同設計，實現BIM模型中實體構件間的資訊關聯，實現從手動創建向程序自動建模轉變，從二維模型向三維模型的數據化、資訊化快速轉變。
(3)自設計階段逐漸向工程建造階段延伸。研究建立面向鐵路項目建造階段的模型數據平臺，可基於BIM工程數據庫進行資訊存儲、管理和高效訪問，並基於資訊模型技術實現建設過程中的BIM數據積累、管理和共享，提供BIM數據存儲、維護、管理以及三維幾何模型和材料、進度等工程資訊的瀏覽與查詢，實現工程項目的模擬建造、風險管控、協同管理等功能，重點爲結構物狀態的智能感知及應對決策。