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BIM在铁路行业的风险分析
2014-04-25 来源：中国杂志
1  BIM技术特点
虽然不同组织针对BIM有不同解释，但综合来看BIM主要包括两大核心理念:一是BIM中工程信息包含了建筑工程的几何和功能属性以及与之相关的项目全生命周期信息，通过一个综合协同的多维仿真数字化、可视化平台，使得这些信息服务于建筑工程的规划、设计、施工、运营乃至拆除的全过程;二是能够在综合数字环境中保持信息共享和不断更新，即在各种工程信息之间创建实时的、一致性的关联，对平台中信息的任何更改，都马上可以在其他关联的地方反映出来，使得业主、政府管理机构、设计单位、施工单位甚至用户都可以清楚全面地了解项目进程。基于上述理念，BIM技术的主要特点表现在以下三个方面:(1)模型信息的完备性:除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述;(2)模型信息的关联性:信息模型中的对象是可识别且相互关联的，模型中某个对象发生变化，与之关联的所有对象都随之更新;(3)模型信息的一致性:在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的。
2  BIM在铁路行业中的应用
基于铁路行业特点及BIM技术特征，可以看出BIM在铁路行业中的应用有其必要性和基础条件，通过对BIM在铁路行业应用现状的介绍，对其未来在铁路全生命周期中的可能应用进行探讨。
2.1  应用现状
在香港，三维技术完成了从概念到实用的转变，处于全面推广的初始阶段。香港房屋署在招标文件中明确要求用BIM提交文挡，同时对于BIM的配套研究也很深入，正在编制相关BIM标准。香港铁路有限公司在港铁运营阶段成功应用数字化三维技术实现了采光、能耗、烟雾、人流和可视化碰撞检测。国内的三维设计技术起步较晚。在中国大陆地区，BIM应用还处于初级阶段。相对于建筑、水电行业，中国铁路行业的BIM应用还处于起步阶段，各铁路设计院、施工单位开展了部分BIM技术研究和试点工作:中铁二院研发了基于数字地球的铁路三维空间选线系统及二、三维结合的测绘数据集成共享平台;结合石鼓山隧道开展了“石鼓山隧道BIM三维设计应用”研究，重点开展隧道专业BIM建模及交付标准研究;结合北盘江大桥开展了桥梁BIM三维设计应用研究，已实现部分桥梁类型的三维设计;结合西成线开展路基勘测、设计及施工全过程BIM应用研究，重点开展基于BIM模型的铁路路基施工工艺研究;编写完成了《铁路工程信息模型(ＲEIM)应用统一标准》初稿。铁三院成立了铁道部重点实验室，组织铁路勘察设计各专业技术人员，基于GIS、网络、虚拟现实、数据库等新技术，开展了“数字化三维协同设计系统研究与开发”，已取得了一定成果。中铁四院利用基于航空摄影与遥感获取的DEM、DOM以及各种多源数据，利用虚拟现实技术，重建三维地形场景，提供立体选线平台，开发了用于铁路线路设计(平面设计、纵断面设计、横断面设计)的矢量图形系统。系统能够提供利于选线的三维立体实景，并可对竣工后的线路进行三维建模和工程量查询、统计、汇总。中国中铁于2008年在哈尔滨至大连客运专线DK109+800～DK110+150段进行了小规模数字化施工试验;2009年兰新二线甘青段对数字化智能压实系统进行了较大规模的应用;近几年在机场建设、南水北调工程、水电建设、高速公路建设中也有一些应用。从上述应用现状来看，BIM在铁路行业局部领域取得了一些成果，尤其是与建筑业较接近的车站中应用较多［7］，但没有形成系统的应用，且局部BIM数据没有起到应有的作用，还仅仅是具体工点的应用，没有融入铁路全生命周期过程。为此，中国铁路总公司于2013年5月正式启动了“铁路工程建设信息化关键技术研究”等科研项目的研究工作，立足于解决我国铁路工程建设阶段信息化应用的关键核心技术，包含了铁路设计、施工、运维BIM关键技术的各个方面，将形成一套工程建设信息化标准体系，建立一个覆盖全国铁路工程建设管理的信息化统一平台，为中国铁路冲出国门、走向世界奠定基础。为更好推动BIM技术在铁路行业的应用，需进一步梳理BIM在铁路中可能的应用场合。
2.2  主要应用场合
分别从规划、设计、施工和运维四个阶段进行阐述，具体如下:规划阶段:主要应用于场地分析、建筑策划及方案论证;设计阶段:主要用于可视化设计、协同设计、性能分析、工程量统计及管线综合;施工阶段:主要用于施工进度模拟、施工组织模拟、数字化建造、物料跟踪、配合施工及竣工交付等;运维阶段:主要用于维护计划、资产管理、空间管理、防灾救援及模型维护。
3  BIM在铁路行业应用风险及对策
从前面的阐述可以看出，未来BIM技术在铁路行业的应用场合将非常广泛，但在现阶段，其推广应用需要考虑各种因素影响，为此从政策、经济、技术、人力资源、管理等五个方面进行风险与对策分析，具体如下:
3.1  政策方面
《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》第十章明确提出“培育发展战略性新兴产业”，其中提到新一代信息技术产业重点发展“…高端软件、高端服务器和信息服务”，BIM技术在铁路中的推广应用符合这一要求;《铁路“十二五”科技发展规划》在重点技术领域的信息技术中提到“信息管理技术”和“智能铁路技术”，BIM技术在铁路中的应用将推动铁路信息管理和智能铁路的发展，适应了铁路科技发展规划需求;《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》要求坚持自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来的方针，高度重视信息化对建筑业发展的推动作用，提出“十二五”期间基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设，促进具有自主知识产权软件的产业化，形成一批信息技术应用达到国际先进水平的建筑企业。因此，BIM在铁路行业应用政策风险较低，可望得到相关部门的大力支持。此外，从文献调查和专家调研中得知，在BIM引进初期，政府和项目业主方的影响力非常大。政府在国内基础设施的投资和对于铁路行业管制方面有绝对的影响力，为更好推动BIM技术在铁路行业应用的政策支持，建议采取以下对策:(1)建议上级政府部门(如交通部)将BIM技术的推广应用纳入铁路科技发展专项规划;(2)与BIM推广应用经验丰富的部门(如住房和城乡建设部)加强合作，推动BIM在铁路行业的应用;(3)与业主(特别是海外项目)加强合作，总结BIM应用经验，配合政府部门适应市场需要，制定相关政策。
3.2  经济方面
目前在铁路行业，BIM技术的应用还很少，可参考中国建筑业的现状进行分析，根据欧美发达国家的研究显示，BIM技术所带来的经济效益显著。但实际上在引进BIM的初期，因设计费用的增加、硬(软)件的购买以及员工培训、投资回报周期长等因素，BIM技术所带来的经济效益并不明显，其经济风险主要涉及以下3个方面:(1)短期成本高;(2)收益的不确定性;(3)投资回报期长。为应对这一状况，建议采取以下对策:(1)争取国家政策支持;(2)广泛接触各类BIM平台，加强对外合作与交流，增强企业自身BIM技术二次开发能力，形成具有完全或部分自主知识产权的产品，提高设计、施工等效率，最终降低成本，减轻或消除BIM应用的经济风险;(3)在BIM项目中各参与方都是BIM技术的受益者，因使用BIM技术而产生的费用应该由所有项目参与方共同承担，制定BIM标准时，需为BIM项目提供使用BIM技术的合理支付标准，降低其经济风险。
3.3  技术方面
BIM是目前全世界建筑业最为关注的信息化技术，欧美发达国家正在强力推动BIM研究和应用，但与国外相比现在中国建筑业尤其是铁路行业BIM发展相对较缓慢。这种状况从技术层面来看，主要来自于以下5个方面的风险:(1)BIM技术适应性差，缺乏统一的专业间交互数据格式支持;(2)BIM技术更新快，二次开发必须具备持续性;(3)BIM技术难度高，与传统方法基本操作及理念均相差甚远;(4)BIM技术属通用基础平台，其专业性不够，未针对各行业进行针对性设计;(5)BIM技术选择存在误区，需结合专业特点进行比选。基于此，建议采取以下对策:(1)目前中国建筑业项目中使用的BIM软件和数据交换标准都是国外软件开发商研发的，应重点推动开发商开放其BIM平台的通用数据接口及二次开发接口。从长期发展来看，中国铁路行业可根据专业特点选择适合平台，并开发自身的BIM数据标准和软件，以提高中国铁路行业的国际竞争力;(2)为避免BIM更新快、二次开发必须持续的问题，一方面应侧重购买BIM平台SDK开发包而不是针对软件产品开发插件，与专业相关的产品尽可能由企业自己开发，最大程度避开软件平台升级问题;另一方面应加强与BIM平台开发商的沟通与交流，尽可能保证二次开发接口的连续性及扩展性;(3)BIM技术通用性强但专业性不够，必须成立专门的BIM研发及支撑团队，选择基于BIM平台进行二次开发，降低使用难度，同时融入专业知识，确保适用于铁路行业;(4)目前可供选择的BIM平台很多，需加强调研，熟悉各类产品的特点及长处，综合考虑专业、易用、实用、成本、维护及技术支持等各方面因素，选择最适合铁路行业某个专业或某个阶段的产品。
3.4  人力资源方面
BIM是建筑史上的一次技术性的革命性。它对传统社会体系中已享受权利的人群或者彻底习惯于当前工作模式的人会造成抵触心理。这些会带来人力资源方面的风险，如:(1)现有技术人员回避新技术;(2)现有人员能力结构不足;(3)BIM人才缺乏及流失;(4)现有业务繁忙培训难等。消除对于BIM技术的抵触心理方法之一，是让参与方了解BIM技术所带来的优势和效益。行业协会需团结为中国铁路行业提供BIM技术应用交流的场所和机会，并担任宣传BIM技术的工作。为解决现有人员能力结构不足问题，相关企业应逐步扩大培训范围，培养更多专业BIM应用人才，提高BIM技术应用的奖惩机制，让更多人员参与到BIM应用中来。当BIM应用成为大家的一种习惯后，人力资源方面的风险将会逐渐消失。
3.5  管理方面
3．5．1管理方式转变困难采用BIM技术以后，企业必须对现有环境资源进行必要的调整、对信息资源进行重新的规划与整合，同时相关的管理制度与规范也必须进行相应的改变。此外，BIM技术的应用将带来各阶段、各专业任务分配及工作量的变化。原有企业内的考核机制、奖励机制及分配机制必须进行相应的改变。针对这一现状，可考虑初期采用相对稳健的企业BIM专业支持团队的管理方式，企业在内部设立专门的BIM服务团队，保证技术团队的稳定性，而企业各业务部门的专业人员仍采用传统的二维设计方式进行工作，各业务部门原有工作流程和人员组织结构基本不变，避免BIM技术初步应用给企业带来的工作效率降低、短期组织结构混乱的风险。
3．5．2业务流程转变困难采用BIM技术以后，企业必须重新定义和规范新的业务流程，才能保证基于BIM的设计过程运转顺畅。目前中国铁路行业尚未建立基于BIM技术的工作流程。没有确定工作流程体系，易造成工作程序上的混乱而进行返工。政府和企业通过BIM标准和指南的制定，需要建立BIM工作流程的框架，为项目参与方提供工作流程的标本。参考SenateProperties制定的《BIMＲequirements》，在流程中需要明确工程项目各个阶段使用BIM技术的对象、BIM的应用范围以及方式等。
3．5．3部分管理层接受度不高这主要是由于用BIM提高图纸质量的目标远比CAD提高制图效率的目标实现起来要难，且提高图纸质量所能带来的效益是慢效益或间接效益，提高制图效率所能带来的效益是快效益和直接效益。用不用BIM出图也正是目前国内设计院BIM应用决策过程中的最主要争议之一;此外，在正常设计费以外业主不为设计院应用BIM支付额外的费用，这也导致部分管理层接受度不高甚至抵制。因此，应对这一问题的对策主要是从思想上让管理层认识到BIM应用的紧迫性和必要性，同时应加强对BIM技术应用的支持力度，从政策、制度、经济等方面提升BIM技术在企业核心竞争力中的地位，尽快实现部分项目的BIM应用并创造收益。除了上述五个方面，其它风险主要包括:(1)缺乏BIM行业标准;(2)法律责任界限不明;(3)知识产权归属不明。应对这些风险主要通过科研立项开展BIM应用相关铁路标准的研究，最终制定铁路行业BIM标准和指南。
4  结论
以BIM模型为核心理念的数字化三维技术的出现，给工程建设企业生产及管理效率提升带来新的驱动力，先进的三维设计技术和全生命周期的项目信息管理，可以帮助企业更准确、更有效的控制工程建设过程，极大优化设计流程、控制施工质量和简化运营管理，从而提高工程质量，降低建设成本，无疑是铁路行业未来发展的必然趋势。目前国内在铁路行业已开展BIM三维设计研究并取得了一些成果，但其应用场合有局限性，主要侧重三维建模及效果展示，尚未完成设计与施工及运维阶段的顺利衔接，相关技术、标准、政策及管理等方面还需进一步完善。
作者：徐骏  李安洪 刘厚强 叶明珠 张洁茹 单位：中铁二院工程集团有限责任公司