Bentley三維協同解決方案助力世界級工程大瑞鐵路

BIM助力設計世界級工程大瑞鐵路

大瑞鐵路起于大理，止于瑞麗，全長約330公里，是中國符合I級單線電氣化干線鐵路標準的客貨共線鐵路，設計時速140公里/小時，線路總投資257億。大瑞鐵路BIM試點項目包括怒江特大橋和高黎貢山隧道。其中，怒江四線特大橋為全線跨度最大、技術含量高的重點工程之一，建成后將是世界最大跨度的鐵路拱橋。高黎貢山隧道位于怒江車站至龍陵車站區間，隧道全長約34公里，建成后將是亞洲第一長鐵路隧道。該項目作為泛亞鐵路的一部分，對改變少數民族地區人民的生產生活狀態、帶動地方經濟發展和促進滇西片區的多民族共同繁榮具有極為重要的作用。

項目由中鐵二院工程集團有限責任公司與云桂鐵路云南公司承接，中鐵二院工程集團有限責任公司隸屬于世界雙500強企業，是國內最大型工程綜合勘察設計企業之一，此次負責大瑞鐵路BIM項目的設計、三維建模以及Bentley專業軟件二次開發和建設管理平臺開發。云桂鐵路云南公司是中國鐵路總公司與云南省合資設立的鐵路公司，此次擔任大瑞鐵路BIM項目的總體角色，負責協調設計單位、施工單位和監理單位的工作協調和分配。

面對項目模型體量巨大的世界級工程，項目面臨巨大挑戰，二維軟件已很難表達多專業銜接和復雜空間結構關系。中鐵二院與云桂鐵路云南公司項目團隊在試用其它平臺未能解決項目中面臨的諸多問題的前提下，最終選用Bentley軟件，構建了復雜的地質、橋梁和隧道三維模型，實現測繪、地質、線路、橋梁和隧道三維模型間的信息互通，并將中國鐵路BIM標準應用于Bentley軟件，實現結構信息的有效把控。同時，項目團隊對橋梁和隧道等結構進行分類，形成結構樹，方便建模及后期的施工管理，有效地對隧道變更設計進行把控，實現設計BIM模型向建設管理平臺的轉化。

構建復雜的地質、橋梁、隧道三維結構模型

高黎貢山隧道位于中國的橫斷山脈，地形、地質、結構復雜，具有三高（高地溫、高地應力、高地震烈度）、四活躍（活躍的新構造運動、活躍的地熱水環境、活躍的外動力地質條件和活躍的岸坡淺表改造過程）集于一體的地質特征；怒江特大橋拱軸線為懸鏈線方程，拱圈桿件長度和傾角隨位置不同而變化，拱圈鋼桁節點的構造非常復雜。項目首先面臨的就是如何對體量巨大且結構復雜的地質、橋梁、隧道進行三維建模。

項目團隊采用Bentley相關軟件并進行了持續的二次開發，基于Bentley PowerCivil開發了鐵路隧道三維設計程序，編寫了襯砌擴展IFC定義工具集、創建區間隧道工具集、編輯區間隧道工具集、創建豎井工具集、編輯豎井工具集和模型轉換工具集，方便了構建鐵路隧道三維模型各項工作流程的開展，并實現了隧道設計變更的有效把控；基于Bentley ProStructures開發了鋼桁拱橋三維節點設計程序，編寫了K型、拱柱和主桁間等智能參數化節點，成功的實現了鐵路鋼桁結構智能參數化節點；基于MicroStation二次開發了地質三維設計程序，程序在數據管理端或圖形端將地質勘探得到的鉆孔等數據錄入數據庫，實現自動創建三維地質模型，并可以根據實際情況進行動態調整。

利用Bentley軟件及對其持續的二次開發，在鐵路領域進行復雜的線路、地質、隧道、橋涵、路基等的三維設計研究，對交通行業的BIM技術推廣起到一定的引領和示范作用。

圖示：鋼結構節點模型

圖示：地質模型

構建基于BIM 技術的建設管理平臺

項目團隊在設計階段采用ProjectWise作為協同平臺，對參與的各專業和用戶進行權限和流程設置，由于采用統一的數據格式，方便快捷的進行了多專業間的三維協同設計，實現了測繪、地質、線路、橋梁和隧道三維模型間的信息互通。

首先是利用二次開發技術開發格式轉換工具，采用模型和屬性分離的方式，將設計EBS模型轉換為施工BIM模型，再轉換為建設管理BIM模型，方便了各方獲取并利用信息。

再是編寫了Bentley PowerCivil與GIS平臺的模型轉換接口，實現了設計BIM模型向建設管理平臺的流轉。BIM+GIS解決工程建設項目單體工程與項目整體的信息管理 BIM模型提供結構詳細的幾何和屬性信息，三維GIS進行構筑物地理位置定位、空間分析和大場景展示。

最后結合“互聯網+”理念，構建以BIM模型為中心、以互聯網為紐帶，建立統一的集成信息協同平臺，減少溝通時間和環節，實現高效的信息傳遞與數據共享，將其應用于鐵路工程設計、施工、運行和維護全生命周期，有效控制工程質量、進度、投資、安全、風險等項目要素，為參建各方提供協同工作平臺，為進一步提高建設管理水平發揮重要作用，帶來了明顯的社會效益和經濟效益。

圖示：三維施工場地布置

推動中國鐵路IFC標準進步

項目團隊對Bentley平臺的EC框架進行二次開發，定制了中國鐵路專業構件，并且將中國鐵路IFC/IFD/EBS編碼等標準應用在BIM模型中。這主要得益于項目團隊基于MicroStation v8i 開發了Railway IFC Manager插件，可以實現對任意MicroStation對象的中國鐵路IFC定義，通過對ECObjects接口開發將中國鐵路BIM標準應用于專業設計軟件，有效的進行了信息分類和有效控制。這對中國和全球起到一定的行業引領和示范作用，通過設計與施工階段的驗證、更新、完善，推動中國的鐵路IFC標準成為BuildingSMART(IAI)組織編寫的國際標準中的一部分，推動國際標準的進步。

交付經濟與社會雙價值

項目團隊采用二次開發的隧道三維設計軟件、鋼結構三維設計程序和地質三維設計程序提高了設計效率。通過ProjectWise制定了新工作流程，增強了多專業間的協作，幫助項目組提前完成了設計項目，使整體進度更加高效流暢。

該項目在社會價值發面也是發揮著巨大的作用。由于該工程處于中國高黎貢山國家級自然保護區，擁有著獨特的地理地貌和豐富的動植物資源，被世界野生生物基金會（WWF）列為具有國際重要意義的A級自然保護區。項目組通過精確的BIM模型進行施工場地布置優化、徑流分析減少水土流失、棄渣場地選擇、棄渣防護優化、綠化方案優化和隧道施工方法優化等多種措施相結合，減少對自然環境的影響，有效保護珍貴原生生態。