“联盟杯”优秀作品第一期：铁一院铁路通信BIM正向设计平台

导语

为进一步推动铁路BIM技术向纵深发展，服务行业数字化转型和产业升级，建设铁路行业高水平BIM技术交流平台，铁路BIM联盟联合中国铁道工程建设协会共同举办 2022年第四届“联盟杯”铁路工程BIM应用大赛 。

现对2021年第三届“联盟杯”部分优秀作品进行介绍，希望通过大赛可以更好地推动BIM技术在铁路行业的深入应用，切实发挥行业引领作用，不断开拓创新，推进BIM技术高质量发展，为铁路行业数字化转型持续贡献智慧。

本期推介为2021年第三届“联盟杯”— BIM应用软件 参赛类别的 一等奖 作品，来自 中铁第一勘察设计院集团有限公司 的 《铁路通信BIM正向设计平台》 。

铁路通信BIM正向设计平台

基本概况

1. 铁路通信BIM正向设计的难点及解决思路

目前，国内铁路通信信号工程BIM设计软件各有千秋，但因铁路行业专业众多差异性大，单一软件现仍无法实现有效搭载铁路项目全生命周期的信息与资源,各阶段数据不能达到协同一致共享。中铁第一勘察设计院通过自主开发铁路通信BIM正向设计平台，深入融合铁路通信设计标准规范，结合铁路通信实际工程设计项目，以信息、数据为基础核心，建立工程建设期不同阶段的数据共享机制，制定了统一数据格式标准及设计信息模型，融合精细化模型，形成装配式数字化建模技术体系。设计平台的成果直接应用于银西高铁、酒额铁路、西十高铁等项目的BIM正向设计，为后期开发铁路全生命周期管理平台提供基础数据和技术支撑。

2. 平台开发主要依据的标准

图1 依据的相关标准文件

平台开发主要依据的标准有《铁路通信设计规范》、《高速铁路通信工程细部设计和工艺标准》、《铁路通信工程施工质量验收标准》、《IFD 铁路工程信息模型分类和编码标准》、《IFC 铁路四电工程信息模型数据存储标准》、《EBS 铁路工程实体结构分解指南》、《IDM 铁路工程信息交换模板》。

3. 平台涵盖的铁路通信系统

平台主要涉及的铁路通信系统包括通信线路、传输系统、接入系统、会议电视系统、视频监控系统、应急通信、数据网、数字调度系统、综合布线系统、视频监控系统、防雷接地系统。

图2 软件配置界面

4. 平台相关成果

图3 取得相关的成果

平台取得了计算机软件著作权登记证书，申报BIM数字工程存储相关方法一项。

核心技术体系

铁路通信正向设计平台，通过分析铁路通信设备构件模型，得出可参数化基本图元组件，并且编写参数化建模脚本程序。通过参数化基本图元组建设备模型。对于复杂异形或非BIM元素的部件，直接定义为基本图元，放置于设备模型中。

并且通过分析铁路通信工程数据特性，分析工程数据之间的关系，抽象出数据分层结构模型。在Microstation平台下编写工程EC数据框架,通过数据框架实例化到图形元素中，建立图形元素以及非图形元素之间的工程数据关系。在EC数据框架中，方便扩展数据。

图4 平台建立的构件模型库

铁路通信设计平台基于模型数据分离与融合的理念和工程信息模型的构建方法，创建了铁路通信专业BIM核心数据体系。该体系主要由三维BIM数据、基础数据库、字典数据库、项目数据库组成。

基础数据用于存储一些通信专业需要共享的数据信息，并按不同的站前及不同的站后专业进行归类和划分,建立了工点数据表、区间基站数据表、断链数据表、隧道表、道路桥梁表等基础数据结构框架和层次。

字典数据库存储通信专业内部相对固定的数据信息。通过对通信设计原则，规范的分析和研究，将大量设计要素及信息提取并实现数据化。字典数据包含：设备字典、线缆字典、防护字典、材料字典、定额字典、工项定额关系字典等。字典数据内容变化时，通过调整数据参数和属性，适应设计原则和规范的变更。

项目数据库存储与项目信息模型创建过程中产生的，与项目强关联的数据信息。通过对通信专业信息模型大量设计信息的提取分析及整理,建立项目设计信息数据结构。

其中项目数据库部署在服务端 SQL 数据库上，每个独立项目开始时，整理基础数据并通过服务端的基础数据录入平台将基础数据导入，利用同步下载模块将基础数据同步至设计人员本地客户端。设计人员在完成设计任务后通过项目设计信息后上传模块将项目设计信息上传至服务端，完成整个设计流程。

图5 平台数据库体系

基于数据安全性考虑，在设计终端设置SQLite数据库，在网络云端设置SQL server 数据库，可随时对数据进行备份。当系统在线时，通过定义规范的数据接口，以WebAPI的连接方式进行同步，数据可随时更新网络云平台数据库。而当系统离线后通过数据库直连同步方式，调用本地数据库SQLite标准数据接口将数据暂存本地。

图6 平台网络拓扑结构

平台功能介绍

铁路通信BIM正向设计平台，以站前数据及模型为基本设计资料，按设计流程依次进行通信室外光电缆设计、室内平面布置图设计，利用设计数据成果可以进行系统图自动生成、工程量自动统计等功能。平台的核心功能有:

(1)在数字工程标准体系下建立了铁路通信数字工程和设计数据之间的组织关联关系。

(2)建立了铁路通信数字设备库，并将设备与设计数据体系进行融合，可以快速进行装配式建模，能够建立指导施工的精细化BIM设备模型。

(3)在BIM模型中，进行设备间的关联关系配置，平台可以自动线缆路由规划，并生成相应规格的线缆，生成的BIM模型可以进行后期施工指导。

(4)平台建立了与CAD辅助设计之间的数据接口，满足接口专业之间的数据需求。

(5) 通过BIM模型导出数字工程图，形成标准化数字模板，在施工期进行指导施工。

图7 软件基本功能界面

图8 从BIM模型中导出工程数量表

图9 从通信站场中导出系统图

图10 从BIM模型中导出工程图

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平台在工程项目中的应用

铁路通信设计平台在银西高铁、西十高铁、酒额铁路中的应用，取得了一系列经济与社会效益。通过创新应用BIM技术，创建了符合铁路数字认证体系的通信数字BIM样板工程，创建效率提高4倍以上，数字工程颗粒度细化至备品备件及端口级。通过挖掘通信数字样板工程的应用，在线缆排布、设备状态管理等方面取得突破，并将数字工程用于协同建造、智能运维，进一步提高工效，节省人力物力。在项目充分利用试点项目的带动效应，将铁路数字工程认证体系融入到铁路工程建设的全生命周期中。

其中线缆数字样板工程中设备端口数据化、端口间连接关系数据化，为设备制造、设计、施工、运维等机构在数字工程应用平台完成线缆路径规划、线缆模型创建、线缆合规性验收、数字工程指导施工等提供了技术支撑。在后期运营维护阶段，可将实时数据信息添加至设备端口级，运维人员可查询并及时获取端口与端口间线缆信息，为实现智能维护奠定了基础。

图11 平台在西十高铁BIM设计中的成果

图12 平台在酒额铁路BIM设计中的成果

图13 设计在实际工程中得到应用

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总结

铁路通信BIM正向平台以数据和铁路相关BIM体系标准为支撑，正向设计为目标，打通了数据与模型之间的逻辑连接，而非传统的翻模工具。同时为设计者提供了直观、高效、便捷的软件设计环境。平台在开发过程中充分利用铁路建设期的实践经验，不断提升软件的实用性，精准把握铁路数字化源头，为铁路通信工程实现数字化转型打下坚实基础。