BIM是对工程实体与功能特性的数字化表达，是集成各类相关信息的数据模型。铁路桥梁投资规模大、安全要求高，迫切需要专业软件保障BIM模型创建的精度，结合在建西十高铁项目，选择部分桥梁工点，实际调研施工现场需求，开展施工建造BIM应用探索工作，并研发数字化建造管理平台。结果表明：(1)铁路桥梁三维设计系统能够准确、快速地根据地模数据生成桥梁模型，显著提高BIM生产效率； (2) 运用可视化手段生动、直观地展示工程疑难点，有效指导现场施工作业； (3) BIM+GIS环境下，开展系列管理应用，辅助施工决策，提高工程建设质量。
Autodesk 公司 Revit 软件在国内建筑行业大型、复杂项目上应用广泛，参数化建模能力强大，UI 界面适配技术人员工作习惯，学习资源丰富，其能提供的二次开发功能主要包括以下5个方面。
（1）访问模型的图形数据和参数数据。
（2）创建、编辑和删除模型构件。
（3）将多步连续的操作纳入一个命令中。
（4）实现外部应用程序与模型的关联。
（5）自动生成工程所需图形。
在 Revit 原生功能的基础上，采用Sqlite作为后台数据库，使用Dos.ORM轻量级的ORM框架， 运用 C#语言编写桥梁专业自动建模程序。
（1）技术先进性
系统前期大量调研，广泛比较和验证，保证平台成果的先进性和延续性。
（2）软件易用性
充分考虑专业技术人员的业务需求情况，做到易学易用、操作简便。
（3）运行可靠性
针对多种情况预处理，项目中后期进行充分测试，提高系统的可靠性和健壮性。
（4）可扩展性
为后续升级提供接口预留，方便进行系统的扩展设计，顺利迁移到更新的技术平台上。
（5）可维护性
提供配置的工具，以日志的方式显示程序运行的状态，能够快速定位到系统发生异常情况的原因。
桥梁工程模型一般由上部结构、下部结构和附属结构物组成。其中，上部结构包含梁部、支座等，下部结构包含墩台、基础，附属结构物一般包括栏杆、通信信号电缆槽、电力电缆槽、防撞墙、挡碴墙、竖墙等桥面系构件以及锥体、墩顶吊篮、检查梯、电缆上下桥预埋槽道等。涉及构件均需进行数字化处理，直接调用数据库驱动工程所需模型自动创建、存储及管理。同时，为满足BIM模型在应用时的定位、标识功能，需对各级节点、构件制定编码、属性规则，加载到对应模型中。结合专业特点，为高效完成生产任务和目标，基于 Revit 平台铁路桥梁BIM模型设计系统的模块设计如图1所示，开发完成后，主要实现功能如下。
(1) 创建三维数字地面模型，进行高程分析、坡度分析，导出点云、数模格网文件。
(2) 基于线路平纵断面、地模及桥梁相关信息，参数化生成铁路桥梁BIM模型。
(3) 读取二维辅助设计平台参数，直接生成铁路桥梁BIM 模型。
(4) 基础埋深与地模智能关联修改。
(5) 综合模型剖切、投影技术以及桥梁部件特征，生成桥梁特定部分的平面图、立面图、数量表等。
(6) 各桥梁部位构件属性信息查询、浏览与修改。
图1 基于REVIT平台铁路桥梁BIM模型设计系统模块分解
2.1设计原则
桥梁工程开展设计所涉及专业较多，其中与航测、线路、地质、路基、站场专业间联系最为密切和频繁。利用上游专业的基础数据，开展基于BIM技术的桥梁设计新模式，模型主要创建流程如图2所示。
图2 桥梁模型主要创建流程
基于 Revit 平台铁路桥梁BIM模型设计系统整合现有的专业技术经验，将二维桥梁设计接口数据以三维的方式在Revit 中装配和布局，更直观地展现各构件间的搭接关系，推动桥梁设计向可视化、集成化的方向发展。
（1）原地面-地形曲面：提示用户选择路径点文本文件，选择正确的点文件后，生成拓扑地形图。
（2）路线管理：使用来自接口数据的方式引入路线平纵创建铁路线路模型及各种桥梁构件信息。
（3）总体信息：基本信息弹窗允许用户以单元格编辑的方式添加或修改桥梁中心里程、梁宽以及孔跨等信息。布置桥梁弹窗读取设计信息，并提示用户是否继续布置，墩台几何参数定义如图3所示，确定基本信息无误后，即可创建桥梁三维模型。
图3 桥梁墩台几何参数定义
图3中，“计算缺省参数”可以自动调整桥墩的墩身高以适应路线纵坡高与地面的高差；“桥台中心距台首距离（m）”可以通过值的正负确定布置时的桥台方向，一般起点处为负值，终点处为正值。
（4）墩台参数修改：点击桥梁构件，例如墩 身，实例属性可以编辑调整。结合桥梁 BIM 模型 和地模，通过“旋转角度”实现查看承台与地面 360o范围内的相互关系，调整承台和桩的几何参数，如图 4 所示。
图4 编辑承台和桩参数
（5）成果输出：基于模型生成桥梁立面图、 横断面图、工程数量统计表，如图 5 所示。
图5 弹窗显示工程数量统计表
（1）桥梁构件及其装配的参数化和自动化
基于约束和规则，Revit 具备强大的参数化、 自动化设计功能，用户可以轻松设置和调整桥梁结构的几何尺寸，快速更新模型。铁路桥梁 BIM 模型设计系统以数据为核心，充分统筹融合二三维工程表达方式，通过读取平面设计数据库， 如图 6 所示，自动修剪桥梁孔跨信息、纵坡、梁缝等基本数据，批量控制、修改多类型参数，调整模型构件间的数据关系，构建三维信息模型，实现地模、桥梁模型自动装配，生成二维图纸和 统计工程量。参数化构件、数据同源和自动更新的研发思路扩宽了系统适用性，大大提高了建模效率和工程设计质量。
图6 基于数据库的驱动架构
（2）桥梁下部结构与地质条件的自适应
桥梁BIM模型设计系统根据上游专业提资， 读取 MDB 格式线路数据库和导入TIF格式地形 文件，生成三维线条以及地模文件。在桥梁工点墩、台里程最终确定后，逐墩进行基础类型、基顶埋深的检算设计工作。根据冠号里程，在三 维地模自动获取虚拟钻孔信息，穿越湿陷性黄土、粗圆砾土等土层的厚度数据，并作为桥梁下部结构设计参数，结合结构外部荷载及基础布置形式不断迭代进行局部、整体检算，直至计算结果全部满足规范要求。程序将根据最终的计算结果， 快速准确生成桥梁三维信息模型。
桥梁整体结构常用平立面的方式表达，软件中自动生成布置图，先确定地面线、桥梁走向、基准位置，而后对构件遍历处理，自动获取其属性信息。根据构件的坐标点及尺寸数据，计算 BoundingBoxXYZ.Max、Min 坐标，以及 Transform 转化，创建详图视图，获取构件面的参照，进行尺寸标注，新建图纸，将各视图添加到图纸中，生成固定格式的二维图纸。对于直线段钢筋，获 取其中心线参照时，使用 GetCentreLineCurves 方法，有弯折的多段钢筋，可以从 Geometryobject →Solid→Edges 提取出所有边线，并根据方向、 距离找到需要标注段的Edge参照。
新建西安至十堰高速铁路线路全长255.749 km，为穿越秦岭的山区铁路，是国家中长期铁路网规划西武高铁的重要组成部分，涉及的地形、 地层构造等复杂多变，工程特殊结构形式多，横向结构物融合多、过渡段多。控制性及重难点工程主要有浐河特大桥、秦岭马白山隧道、天竺山一号隧道、漫川关福银立交特大桥等。西十高铁采用以数据为核心，二三维一体化设计思路，全线、全专业开展BIM设计，建立路基、桥梁、隧道、供变电、环保等 19 个专业模型， 满足铁路 BIM 联盟颁布的《铁路工程信息模型交付精度标准》中LOD3.5精度要求。同时，依托科研课题开展施工建造BIM应用探索工作，深 化设计模型，理清设计与施工的互通互馈方式， 重点研究三维技术交底、综合展示、模型管理、 质量安全管理、施组模拟推演和验工计价等应用，有效解决了设计施工一体化的关键技术难题。
铁路混凝土连续梁施工过程中，0号块体量大、钢筋密布，对现场工人识图操作能力要求极高，极易出现混凝土振捣不密实、蜂窝麻面等问题，一定程度上影响连续梁施工进度和质量。基于BIM技术开展连续梁0号块深化设计工 作，如图 7 所示，能够高效、直观地发现钢筋之 间、钢筋和预应力束之间的碰撞冲突等设计不足， 优化钢筋及预应力管道间距，提取横截面处的预应力空间位置，为后期孔道的准确定位打下基础。同时，为保证混凝土振捣密实，提前模拟从梁面至底部的竖向振捣通道和侧模开孔等多孔振捣工艺。
图7 连续梁 0 号块BIM模型
桥墩精细化参考模型主要为满足现场施工参照和工程量统计而创建，包括钢筋、吊篮、检查梯、预埋件和其他附属设施，如图8所示，形象展示复杂施工节点，验证预留孔洞和预埋件的完整性、准确性，及时发现差错漏碰现象，合理进行调整，便于指导现场施工，规避工期延误风险和质量隐患。
图8 圆端形桥墩精细化参考模型
针对桥梁特殊施工工艺工法，如悬臂浇筑、 转体、预制吊装和节段拼装等，融合BIM模型和计算机动画技术，以动态、生动的表现形式，将桥梁结构和施工流程真实地呈现。可视化交底使得现场施工人员能够清楚地了解工程各个施工节点的具体情况和关系，快速掌握节点信息，避免犯错，从而提高工作效率，降低工作难度和风险。
基于 GIS 基础平台，整合专业BIM模型与真实地形场景，以三维可视化手段对设计成果进行展示说明，如图 9 所示，可实现 GIS 场景下桥梁专业项目汇报、方案比选、三维可视化交底和辅助设计说明等技术应用。同时，在平台下可进行多专业综合审查，及时发现差错漏碰问题，辅助各专业完善设计方案，进一步提高设计深度和质量，有效减少施工建设阶段的设计变更和返工。主要成果和创新点如下。
（1）多源地形融合、设计成果集成，搭建项目GIS+BIM高精度三维场景。
（2）自定义桥梁结构树编码，实现对BIM构件的定位管理和属性信息查询，有效解决IFD标准编码无法识别单个构件问题。
（3）将二维设计图纸、施工工法视频、精细化参考模型等多种资料附着在基本BIM模型上， 扩展其信息的广度。
图9 综合展示平台中桥梁工点
针对长大带状基础设施工程具有数据量大、 环境复杂、专业多、交互过程多、周期长等特点， 基于国产 GIS 引擎和自主轻量化技术，研发面向各参建方的项目级数字化建造管理平台，整体架构如图 10 所示，以 BIM 技术为核心开展技术管理、质量管理、进度管理、物资管理、安全监管、 人机管控等工程建造期综合管理创新应用，协助管理人员有效决策和精细管理，实现建设项目在三维可视化管理平台上的协同运作、数据共享、 虚拟建造，提高管理质量和效率，提升建设工程品质。
图10 数字化建造管理平台架构
主要应用模块和亮点如下:
（1）管理平台的施工质量管理以BIM模型为核心，挂接结构工程树及其对应的施工工序卡控来实现。针对卡控要点与现场实际施工情况进行比对，将存在施工质量问题的构件进行现场拍照、文字描述、存档，如图 11 所示，及时反馈和纠偏，确保工程质量“零缺陷”。
（2）在真实地形环境下，结合施组计划，将BIM模型与时间、空间数据关联，实现施组模拟推演，及时发现不合理的施工顺序、安全隐患、 作业空间不足等问题，提高施工组织设计的合理性、可操作性，指导现场施工过程。
（3）基于BIM技术的成本分析及验工计价能够提高工程计量的准确度与效率，实现对整个工程造价的实时、动态、精确的成本分析。主要实现思路如下：构建基于桥梁 BIM 模型的工程量计算方法，制定符合工程量计算的编码规则；建立基于BIM的铁路桥梁工程分解结构和工程量清单结构模型；建立单价与工程量之间的映射关系，形成工程造价，以达到BIM直接计量的目标。
图 11 质量管理
智能铁路是落实国家大数据、人工智能、交通强国等战略与铁路运输深度融合的重要举措。 为积极响应国铁集团中国智能高速铁路2.0架构设计，加速推动高铁智能建造发展进入新阶段，依托科研课题，组织研发铁路桥梁三维设计系统， 并在西十高铁工程开展试点工作，探索设计向施工的数字化交付和互通互馈方式，开展模型深化应用，得出如下结论。
（1）铁路桥梁三维设计系统前期开展大量调研工作，综合考虑二、三维设计数据连续性、通用性，参照执行最新技术标准，快速实现地模、 桥梁模型自动装配，生成二维图纸和统计工程量，代替人工大量的重复劳动，显著提高BIM生产效率。
（2）开展桥梁专业施工建造BIM应用探索 工作，重点针对连续梁0号块、桥墩钢筋预埋件、仿真模拟施工工艺工法等难点深化设计模型，以生动、直观的可视化手段指导现场施工。
（3）基于高精度GIS环境，整合桥梁专业BIM模型，开展技术管理、质量安全管理、施组模拟推演、成本分析及验工计价等综合管理应用，对施工关键技术进行了技术验证，初步实现以BIM辅助施工决策的目的。
研究成果全面验证了铁路 BIM 联盟颁布的 《铁路工程信息模型交付精度标准》《铁路工程信息模型表达标准》等标准，有力推动了长大干线铁路BIM技术生产应用的步伐，为工程项目信息化管理奠定基础，具有创新性强、实用水平高等特点，能够显著提升工程建设质量和品质。
