铁路工程BIM正向设计是对传统铁路工程项目设计流程的彻底变革，可有效提高铁路工程的设计效率与准确性，但其推广应用却遇到了较大困难。结合多年BIM应用实践经验，以及多专业BIM设计软件研发经历，深入分析阻碍BIM正向设计发展的原因，提出铁路工程BIM正向设计的整体规划。以铁路隧道专业为例，从标准、协同、效率、共享等方面阐述具体的解决办法。目前，隧道专业BIM正向设计软件已应用于西昆高铁、成渝中线高铁、宁淮城际铁路等多条重点铁路线路中，实现了全过程BIM设计，在提高工作效率的同时，有效保证了设计成果的准确性、协调性，可为今后同类工程的BIM正向设计研究提供借鉴 。
近年来，我国在建筑、铁路、公路等行业广泛展开BIM技术应用研究，并带来了革新性变化。据不完全统计，2017年，我国建筑业32.90%的企业BIM投入经费在10 万元/年以内，3.30% 的企业BIM投入经费超过500万元/年；截至2021年，各企业BIM投入经费均有较大提高，仅5.69% 的企业BIM投入经费在10 万元/年以内，19.77%的企业BIM投入经费超过500万元/年。由此可知，BIM应用已经成为提 升企业核心竞争力的必要手段。
伴随国家推进工程行业数字化转型的浪潮，铁路工程项目在设计过程中的各项管控质效要求显著提升。由于铁路工程设计涵盖专业众多、BIM正向设计软件开发难度大，在接口编写、成果交付、模型审查等方面缺乏全国统一标准，致使BIM技术多用于可视化方案展示、“错漏碰缺”检查等，未能真正发挥BIM技术的价值。同时，多数专业基于BIM技术的正向设计尚未形成系统的解决方案、标准流程、交付方式和内容，极易导致BIM设计效率低下、设计成果质量不高等问题。铁路BIM联盟针对铁路行业出台了一系列铁路 BIM团体标准，各相关设计院也在此基础上积极开展BIM正向设计标准化工作。
依托该系列标准，中铁二院工程集团有限责任公司（简称中铁二院）基于Bentley数字化平台的专业线性建模软件Open Roads Designer（简称 ORD），开发了铁路工程站前各专业的BIM正向设计软件。 其中，隧道专业软件的BIM正向设计功能最为系统、全面。
BIM 正向设计是对传统铁路工程项目设计流程的彻 底变革，使得铁路工程各专业可以通过直观的三维模式展现，从而有效提高铁路工程设计的效率、准确性、 协调性。但是，铁路工程 BIM 正向设计的推广进度尚 未达到预期，其阻碍因素包括社会、政策、管理、技 术等方面。其中，社会因素决定了 BIM 正向设计的生 存环境，如各软件厂商的支持、社会培训健全度等； 政策因素决定了 BIM 正向设计的发展环境，如政策支 持、政府经费支持、国家标准制定等；管理因素是制 约 BIM 正向设计的内在要素，如企事业单位内部顶层领导的支持、基层技术人员的认知等；技术因素是 BIM 正向设计能否顺利推动的核心要素，如标准统一、专业协同等。
作为铁路BIM正向设计的核心要素，技术因素主要包括标准、协同、效率、共享等4个方面：
（1）标准方面。体现在现阶段国家、行业缺乏统一的BIM标准，且未能颁布类似二维出图的强制性规范、标准。
（2）协同方面。体现在铁路工程各专业BIM设计软件多为单机版，难以实现专业间、专业内的实时协同，而跨平台协同更加困难。
（3）效率方面。体现在现有大多数BIM正向设计软件实际为翻模工具，缺乏符合设计习惯的流程、操作交互，导致设计效率低下。
（4）共享方面。体现在缺乏行业、企业内部成熟的BIM构件库，不同阶段、不同软件的 BIM 成果不能高效流转，导致模型、数据的复用率低 。
铁路工程专业众多，各专业BIM正向设计技术路线及应用内容并不完全相同，但面临的问题却大同小异。因此，可按照“统筹规划、分专业突破、并行协同”原则，制定铁路工程BIM正向设计整体规划（见图1）。由图1可知，规划内容主要包括：
（1）贯彻国家、行业相关标准，结合科研项目编制项目级、线路级技术手册和应用指南。
（2）在项目管理、设计过程、设计校审中，实现多专业、单专业的BIM协同，利用中心数据库实现数据级协同。
（3）研究正向设计过程中的关键技术，开展单专业BIM设计软件的开发，通过项目试点应用，保证设计工具落地。
（4）利用知识库实现方案、成果、标准、资源等的共享，利用标准化交付、成果归档等方式，实现与其他各参建方的共享 。
图1 整 体规划
平台支撑。
截至2021年，铁路BIM联盟已在铁路工程行业颁布了16部铁路BIM相关标准与指南，但在BIM正向设计领域仍未形成国家层面的统一规定和强制性规范、标准。目前，很多铁路工程项目制定了项目级BIM标准，在一定程度上促进了行业标准的可实施性和落地性，但也进一步降低了标准的统一性。同时，由于行业标准难以统一，使得主流软件对铁路行业BIM正向设计的支持力度不够，有针对性的功能开发不全，降低了行业软件可用度。因此，中铁二院在隧道专业BIM正向设计软件开发中，以行业、项目标准为基础，对专业间的数据接口进行了规范，并通过课题立项促进了软件研发的可持续性。隧道BIM正向设计软件的标准融合见图2。
图2 标准融合
在铁路工程BIM正向设计中，协同方面存在的问题主要体现在跨专业实时数据协同难、专业内设计过程协同欠缺、设计阶段成果与外部参与方协同较差。中铁二院开发的隧道专业BIM正向设计软件利用Bentely Projectwise解决了对外的协同问题；利用数据库同步的方式，解决了多专业协同问题；利用MySQL数据库，实现了专业内设计过程数据的实时共享，解决了单专业协同问题；进一步研发了进出口处与其他专业接口的设计工具，实现隧道与桥梁、路基等专业交界处的快速、精确设计。该软件的协同设计见图3。
图3 协同设计
目前，隧道 BIM 设计软件多为翻模软件，前期仍采用 AutoCAD 开展设计工作，存在设计分离、工作负担有增无减、投入产出严重失衡等问题 。中铁二院在隧道专业 BIM 正向设计软件开发中，通过读入 excel 、 txt 、 word 、 mdb 等文件，实现与线路、地质、测绘等专业的数据接入；开发了针对线路参考图、通用参考图、可研概略设计等的通用设计模块；开发了可满足单工点的衬砌分段、施组、碴场、附属硐室、刷坡等功能要求的工点设计、辅助坑道设计、特殊设计等模块；开发了可提供二维出图、工程算量、 BIM 模型输出等功能的设计输出模块。该软件的功能展示见图 4 。
图4 功能展示
现有铁路工程 BIM 设计软件多为单机版，难以实现跨 软件、跨阶段、跨专业的数据模型共享，设计经验及成果 也难以通过数据方式积累与共享。隧道专业 BIM 正向设计软件采用 C/S 模式开发，基于 MySQL 数据库研发后台功能，实现了与 ANSYS 、 ABAQUS 之间的数据动态交互， 实现了与施工方管理系统之间无损数据、模型共享，还能 导出国际公认的 IFC 格式，实现与其他软件、系统的数据 与模型共享，最终实现设计成果在协同工作平台自动归档 的目标。该软件的多维度共享见图 5。
图5 多维度共享
通过多年BIM应用实践，结合多专业BIM设计软件研发经历，尤其通过隧道专业BIM正向设计软件的开发研究，对铁路工程BIM正向设计的应用与推广提出以下几点思考
：
（1）做好统筹规划。BIM技术应用是一把手工程，需结合行业及企业特点，提前部署、顶层规划，从更高维度制定总体发展路线、出台统一标准、选择基础平台，从而具备明确的发展目标，避免方向性错误。
（2）抓好软件研发。通过持续开展软件研发，提高BIM正向设计的投入产出比，解决其投入大、门槛高、效率低等问题，才能使BIM正向设计被决策者和设计人员所接受，实现铁路工程全专业的推广与应用。
（3）强化人才培养。BIM正向设计需要的是集专业经验、BIM技术于一体的复合型人才，各单位需要结合人才引进、自主培养、考核奖励等措施，逐步壮大BIM设计人员队伍，使企业真正具备BIM正向设计的能力。
（4）落实试点应用。全专业、全项目BIM设计是一项庞大的工程，在前期不宜全面开展，应从单点工程、优势专业出发探索技术路线，在技术完全实现之后，再带动其他专业实现全面应用。
图1 整 体规划 
