随着TB/T 10183—2021《铁路工程信息模型统一标准》的发布，铁路BIM正向设计进入一个新阶段。该文通过研究国
际国内BIM标准发展历程，说明铁路BIM标准与建筑BIM标准的关系，通过研究国内外主流BIM设计软件并结合工程案例展示铁
路BIM标准的实际应用，最后结合铁路专用线设计的实际需求和规范要求，提出基
于Dynamo软件的正向设计思路。
2012年，根据《关于印发2012年工程建设标准规 范制订修订计划的通知》（建标〔2012〕 5号），住房和城 乡建设部开始组织编制民用建筑领域BIM国家标准，并 于2016年发布GB/T 51212-2016《建筑信息模型应 用统一标准》，2017年发布 GB/T 51269-2017《建筑信 息模型分类和编码标准》和GB/T 51235-2017《建筑信 息模型施工应用标准》，2018 年发布GB/T 51301-2018 《建筑信息模型设计交付标准》和JGJ/T 448-2018 《建筑工程设计信息模型制图标准》，2021年发布 GB/T 51447-2021《建筑信息模型存储标准》。2017年 以来，北京、山东、吉林、辽宁、安徽、湖南、重庆和广州 等省市相继发布地方性民用建筑BIM规范和建设标 准，并在招投标、设计、施工和竣工验收等阶段进行应 用探索。2021年，交通运输部发布JTG/T 2420-2021 《公路工程信息模型应用统一标准》等3部公路工程 BIM行业标准。
2014年，根据铁路总公司铁路工程建设信息化总 体方案，铁路BIM联盟理事会组织相关单位，开始铁 路BIM标准研究，并于2014年至2018年间，陆续发 布了T/CRBIM 001-2014《铁路工程实体结构分解指 南（1.0版）》、T/CRBIM 002-2014《铁路工程信息模型 分类和编码标准（1.0版）》和 T/CRBIM 003-2015《铁 路工程信息模型数据存储标准（1.0版）》等15项团体 标准。
2021年，国家铁路局发布我国首部铁路BIM行业 标准：TB/T 10183-2021《铁路工程信息模型统一标准》。
BIM技术的标准体系最先由建筑行业提出并建立， 20世纪90年代起国际标准组织（ISO）开始制订建筑信 息分类编码统一标准，buildingSMART组织（前身为国 际数据互用联盟）开始制订数据交换标准。目前，两大国 际组织制定的ISO 12006-2、ISO 12006-3及IFC标 准，是建筑信息能够统一数据化描述和交换的基础，均 已成为事实上的BIM标准。2012年，美国建筑科学研究 院发布美国国家BIM标准第二版（NBIMS-US V2，明 确了BIM标准体系和引用的国际标准，其中就采用了 IFC（工业基础类）标准（图1）、基于ISO 12006-2的 OmniClass（现代建筑信息分类体系）标准和基于ISO 12006-3的IFDlibrary（国际数据字典框架库）标准和 XML（可扩展标记语言）标准等，在后来2015年发布的 美国国家BIM标准第三版（NBIMS-US V3）中又引入了 LOD（精细度，后用于描述模型成熟度）等标准。
图1 建筑IFC架构图
NBIMS的BIM体系框架中，将BIM标准分为技术
标准和执行标准，技术标准面向的是软件开发者，执行
标准面向的是工程实施者。其中技术标准分为3类：数
据存储标准（IFC、XML）、信息语义标准（OmniClass、
IFD）和信息传递标准（IDM）。在后来的各类研究文献
中，一般采用 IFC、IFD 和 IDM来代表这3类标准。后
来各国发布的这3类技术标准有的采用了国际标准，
有的是基于国际标准和国内标准制定的新标准。技术
标准的统一化在国内外均取得了不错的进展，但在各
软件开发商的响应方面却不尽相同。
2011年，清华大学BIM课题组发布了《中国建筑
信息模型标准框架研究》第一版（CBIMS），体系结构和
NBIMS类似。后来建设部组织编制建筑领域BIM国家
标准，借鉴了国际BIM标准，也兼顾国内的相关规范，
形成了3个层次的标准体系。第一层次为最高要求，
包括GB/T 51212—2016《建筑信息模型应用统一标准》；
第二层次为基础技术标准，包括GB/T 51269—2017
《建筑信息模型分类和编码标准》、GB/T 51447—2021
《建筑信息模型存储标准》；第三层次为执行标准，包
括GB/T 51301—2018《建筑信息模型设计交付标准》、
JGJ/T 448—2018《建筑工程设计信息模型制图标准》。
铁路行业相较于建筑行业，在信息化方面所面临的
问题更为复杂，除了包含民用建筑行业的全部需求，在
地理信息、桥梁、隧道和电气化等领域有更深入的要求，
在线路、路基和信号等专业有特殊的要求，并且BIM模
型的地域范围和数据量也更大。因此，除了参照建筑
BIM标准，铁路行业必须制定和推广适合于铁路行业的
BIM标准，必须开发适合于铁路行业的BIM软件工具。
铁路BIM联盟发布的15项BIM标准，也借鉴国际
BIM标准体系和建筑BIM国标体系，可分为技术标准
和执行标准。其中，技术标准中T/CRBIM 001-2014
《铁路工程实体结构分解指南（1.0 版）》参考现行铁路专
业和工程量清单进行实体线性分解和编码，可以为每个
实体构造物在树形结构里找到位置；T/CRBIM 002-
2014《铁路工程信息模型分类和编码标准（1.0 版）》参考
ISO 12006-2和现行国标对建筑物、建筑空间、专业领
域、功能、形式、构件、工项、项目阶段、人员角色、组织角
色、产品、特性和地理信息等进行分类和编码，是较为详
尽的IFD标准，可以为模型和子构件赋予相应编码；
T/CRBIM 003-2015《铁路工程信息模型数据存储标准
（1.0 版）》在IFC 4×1的标准上进行了扩展，为除建筑外
的其他专业采用EXPRESS语言（信息建模语言）定义
了IFC属性集；T/CRBIM 005-2017《铁路工程信息模
型表达标准（1.0 版）》将各专业模型几何的表达精度、成
熟度分为4个层级进行了统一要求（表1）。
国家铁路局发布的TB/T 10183-2021《铁路工程信息模型统一标准》，则是参照国标体系，从第一个层
次明确了铁路工程信息模型实施主体责任、应用阶段、
信息分类、数据存储、信息交换和保密安全等方面的总
体要求。
BIM技术标准的落地离不开软件及辅助工具的支持，BIM技术体系因不同地域、行业有所差异，对于软件开发商而言则难以全部兼顾。目前能够提供行业级整体解决方案的BIM软件公司主要有欧特克Autodesk（AutoCAD、Revit、Civil3D、Navisworks和Dynamo）、本特利Bentley（MicroStation、ProjectWise、OpenRoads、Open-Rail和OpenBridge）、达索Dassault（CATIA、SolidWorks、DELMIA、3DVIA和3DE）、图软Graphisoft（ArchiCAD）、McNeel（Rhino、Grasshopper）和谷歌 Google（SketchUp）等。
各大软件公司的优势不同，Autodesk公司的Revit系列软件在国内建筑行业应用最为广泛，且促生了红瓦、毕马汇、盈建科、广厦、广联达和鲁班等一批辅助工具供应商，设计、施工和运维各阶段及算量、计价和出图各环节均有效提高了生产效率。Bentley公司的软件基于MicroStation的统一平台，在公路、铁路和桥梁等市政工程领域应用最为广泛。Dassault公司的3DE平台在桥梁隧道设计中应用较为广泛。除此之外，Rhino在建筑领域中应用较多，同时SketchUp在园林设计领域中应用较多。
国产软件商中，北京构力科技有限公司开发的PKPM-BIM、广联达科技股份有限公司开发的BIM-MAKE等在民建领域均有建树。
表1 信息模型应用成熟度评价指标
2014年铁路建设工程信息化总体方案发布以来，各大设计院所、施工单位都有不同程度的BIM应用。实践中建筑专业软件可选Revit、Rhino，桥梁隧道专业可选 OpenBridge、3DE，站场路基专业可选Civil3D，线路专业可选OpenRail。由于铁路行业的特殊性，目前的条件下，要实现成熟度为3级（多阶段应用、多方协同和制图算量）的完整项目建模，必然要使用不同公司的软件，而上下游专业之间相互衔接的工作数据，在不同公司的软件平台间无法做到流畅交换，因此铁路BIM正向设计难度陡增。
行业BIM标准的目的之一，就在于推动各大软件公司做到模型的数据存储、信息语义和信息传递均标准统一，然而难度同样很大。软件公司均倾向于在自身的平台系统中实现标准统一。目前最适合铁路行业的软件系统无疑是Bentley公司基于MicroStation平台的OpenRail设计软件，该软件可以基本实现铁路站前专业的正向设计，且对长大线路支持良好，然而其房建设计、结构计算和出图算量等功能却不能满足3级的深度要求，需要二次开发或单独使用Revit等软件建模。除此之外，其他如通信、信号专业，该平台没有现成的软件，只能进行二次开发。
西安至十堰高速铁路是第一个全线全专业推进BIM正向设计的铁路项目，由铁一院设计，主要采用Bentley平台的MicroStation、OpenRailDesigner、Substatio、ProjectWise及CityMaker等软件，同时进行了大量二次开发。通过该项目的实践发现，软件功能和传统设计流程的契合度还不足，推进BIM正向设计还需要进一步完善标准，需要设计软件对标准的支撑，需要以数据和数据流转为核心，需要多专业协同平台的建设。
方法和工具的统一是推动BIM正向设计的合理路线，关键在于技术标准、软件和设计方法的统一。各大铁路设计院在前期构建协同平台时，基于Autodesk、Bentley和Dassault等公司的平台均有尝试，在长大线路方面，渐渐趋向于Bentley平台，在其他站场、桥隧等
单项工程方面，则各有优势。2018年中交一公院
Bentley公司合作研发的道路工程BIM正向设计软件
CNCCBIM OpenRoads发布，有效推动了道路设计的国
家规范、标准和建模方法的统一。由于铁路行业的特殊
性，今后铁路BIM软件的发展在市场竞争的环境下，
可能会存在多个公司平台不断完善共存的情况。
随着TB/T 10183—2021《铁路工程信息模型统一标准》的发布，后续技术标准和执行标准将更新。在铁路BIM正向设计这条道路上，先走通者将占据市场优势，这也必然要付出巨大的努力。
铁路专用线相较于干线铁路，区间短、桥隧少及建设周期短，Bentley平台的优势减少，通过分析选型，Autodesk公司的系列软件支持IFC标准，在国内市场应用广泛，基于Autodesk平台的正向设计体系具备一定优势。本文针对铁路专用线工程，提出基于Autodesk平台Dynamo、Revit、Civil3D软件及传统铁路选线软件的正向设计思路，以期实现成熟度2级（单阶段、多专业协同和简单公共数据环境）的BIM模型应用，数据传递统一，可视化简单，可以在前期规划、招投标阶段取得相对优势。
①基于测量图，采用传统铁路选线软件（RLDVS等）进行选线设计，定义线路中心线。
②基于线路中心线数据，进行处理时满足IFC标准，导入Dynamo软件中生成空间曲线。
③基于测量图的点云数据，在Civil3D软件中生成地质模型曲面，导入Dynamo中的空间曲线进行线路验证和调整，确定场平数据。
④基于空间曲线，使用Dynamo程序化设计语言进行放样，布置轨枕、轨道和道床。基于道床曲面，使用Dynamo进行桥梁、隧道定位及布置。基于轨道和桥隧的空间位置进行接触网、信号设备布置。
⑤使用Revit软件进行站房设计，包括建筑、结构、电气化和机房布置等，导入 Dynamo中。
⑥基于Civil3D软件中的地质模型曲面，导入Dynamo中的空间模型进行场平优化和管网设计。
⑦在Civil3D软件中完成模型调整、优化，利用NavisWorks或Lumion软件进行模型动画展示。
⑧优化Dynamo程序模型和数据，进行合规处理，编制交付文件。
上述方法的核心在于利用Dynamo软件强大的程序化设计功能，导入初始数据和阶段性数据，实现参数化设计，流程化生成模型。利于铁路专用线设计单位的低成本高效率建模。该方法借鉴了目前民建领域Rhino+Grasshopper的建模方案。
上述方法虽然免去了二次开发过程，但搭建适用性广泛的Dynamo程序架构依然具有挑战性，Dynamo作为Revit和Civil3D间的桥梁，需要深入匹配2种软件的操作属性。上述方法的优势在于具备后续优化的空间，如可以直接利用Civil3D进行选线和土方设计，可以利用Revit进行隧道和桥梁设计后加入Dynamo模型中，可以利用Revit所支持的设计插件快速进行强弱电、装修设计，可以在Civil3D中导出CAD平面图。最终形成的Dynamo模型包含成熟度2级的模型数据，而Revit和Civil3D包含某一单项工程成熟度3级的模型数据。
在后续Dynamo应用中，需要增加对曲线超高、道岔分组、接触线及支柱的支持，需要在模块和构件属性中加入现行标准所要求的存储及编码信息，需要支持以XML格式或IFC格式导出模型数据。
铁路BIM正向设计，可以预见是一个方法与工具 不断磨合的过程，要实现BIM技术所带来的种种便 利，必须进行技术探索和人才积累。在统一的设计工具 和设计方法完成之前，结合实际需求进行多种尝试是 必要的。本文提出的基于Dynamo+Civil3D+Revit的专 用线正向设计思路成本低效率高，并且市场应用广泛、 配套工具多，具备一定优势。
内容来源：
铁路BIM联盟成员单位—— 中铁西安勘察设计研究院有限责任公司 .
秦崇尧 . 铁路专用线BIM正向设计思考 [J].科技创新与应用.
