《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）—第一部分桥梁工程篇《高速铁路桥梁全生命周期BIM技术研究》

本期项目简介

完成单位：中国铁路设计集团有限公司

主要完成人：苏伟，宋树峰，齐成龙，刘思明，苗永抗，张少朋，白鸿国，张钧达，李艳，刘洪占，邓江涛，冯沛，陈浩然，陈昊，徐学斌

项目简介

（一）项目背景

　　在国家大力推行“新基建”的背景下，云计算、人工智能、物联网等数字技术不断创新突破，数字化转型已经被提到国家战略高度，同时，国铁集团进一步确定将BIM技术作为铁路工程建设信息化主要技术发展方向。而目前国内外在以标准编制、三维设计、施工模拟、施工管理为代表的铁路桥梁BIM应用领域，缺乏一套成熟的解决方案，主要表现在以下几个方面：

　　a)BIM标准的编制及应用落地难度大;b)传统铁路桥梁BIM设计方式效率低下;c)已有施工仿真技术成果真实性不足;d)现有高铁桥梁工程粗放式建造模式的信息集成度不高;e)传统二维钢筋设计模式容易导致空间干扰及振捣不密实情况。

（二）技术概况

　　本项目首先开展符合中国铁路特点并与国际接轨的铁路BIM标准体系研究，并将编制的BIM标准植入通用设计平台；以此为基础，将计算机图形学理论与开发架构、设计流程相融合，研发高铁桥梁三维BIM设计系统；融合BIM、云计算、微服务、物联网、无线传感等信息技术，开发铁路桥梁施工管理平台；同时开发工艺级4D仿真软件，以及预应力混凝土桥梁精细化BIM设计软件。

　　最后，在实际工程项目中应用上述研发成果，实现高铁桥梁全生命周期BIM应用价值。

（三）适用范围

　　本项目研发成果的适用范围包括：BIM标准编制及部署、桥梁BIM设计、桥梁钢筋精细化BIM设计与优化、基于BIM的桥梁施工仿真、桥梁施工信息化管理等多个内容，研发成果覆盖了BIM技术在桥梁全生命周期各个阶段的应用领域。

（四）获奖情况

　　本项目于2018、2019年获buildingSmart国际基础设施领域年度特别奖两项，于2019年获中国公路学会“交通BIM工程创新奖”特等奖，2019年获天津市勘察设计协会优秀勘察设计一等奖，2019年获“联盟杯”铁路工程BIM大赛一等奖，于2020年获“龙图杯”全国BIM大赛一等奖。

项目创新点

　　(1)应用领域建模方法，提出铁路BIM标准体系层次，建立符合中国铁路特点的、开放的、可扩展的中国铁路BIM标准体系框架，编制铁路桥梁BIM技术标准及国际IFC-Bridge标准；使用代理方案在通用BIM平台部署这些标准。

　　(2)将计算机图形学中的数学层、几何拓扑层、特征层综合建模基础理论，达索软件的“模型参考--模型实例”模型二元组织结构，以及达索“组件对象架构”编程框架，与专业化的铁路桥梁设计流程相融合，基于通用BIM平台开发桥梁BIM设计系统。

　　(3)以BIM设计成果和三维数字地形为输入条件，基于桥梁结构EBS分解，并与施组紧密结合，通过对GIS平台的二次开发，最终形成具备三维可视化功能的工艺级4D仿真软件。

　　(4)研究编写梁体钢筋空间分布算法，以及钢束空间曲线拟合算法，在BIM设计软件中实现复杂空间钢束及钢筋的快速BIM设计。基于BIM软件二次开发形成预应力混凝土桥梁精细化设计软件。

　　(5)以springcloud技术构建微服务架构体系，开发融合BIM+GIS技术的web端、移动端应用系统，实现基于云服务模式的多源异构数据融合及智能建造信息化应用，最终形成桥梁施工管理平台。

应用案例

　　本项目的研发成果将BIM技术应用于桥梁设计、施工、建设管理等环节，有效提升了铁路桥梁工程的全生命周期成果质量及信息化水平。

　　自2015年至今，中国铁设已将参与编制的铁路行业BIM技术标准部署于BIM协同设计平台，并将这些技术标准与本项目开发的桥梁BIM设计系统，成功应用于京雄、牡佳、雅万、盐通等高铁项目的BIM设计过程中，累计完成BIM设计项目23个，总里程1015公里，其中桥梁里程381公里；在克塔、阳大等铁路项目中，完成大跨度连续刚构桥转体施工及系杆拱桥精细化BIM施工仿真应用；在京雄城际、浦梅铁路中，实现连续梁零号块、转体施工结构球铰位置钢筋设计优化；在郑济黄河桥项目应用本项目开发的桥梁施工管理平台，实现施工流程信息化管理以及升降机、塔机设备的数字化监控。

社会效益与经济效益

　　本科技成果将BIM技术应用于桥梁设计、施工、建设管理等环节，有效提升了各项目的工程质量及信息化水平，推动中国铁路由传统建设体系向新时期智能建造模式的探索和转变。

　　桥梁BIM设计系统在京雄、牡佳、雅万、盐通等高铁项目的BIM设计过程中成功应用，共节省约300余万的人力成本投入，依托以该系统为代表的BIM设计解决方案，中国铁设成功中标雄安机场快线R1项目等多个项目，辅助中标勘察设计合同额逾3000万。

　　在郑济黄河桥项目中应用桥梁BIM施工管理平台，实现本桥的信息化管理和数字工地功能，节省投资1000余万元。

　　通过打造高速铁路桥梁全生命周期BIM技术体系，从信息化的角度保障我国高铁桥梁的安全性、经济性、先进性，对促进我国高铁“走出去”战略具有深远的意义。