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我國鐵路“十四五”發展規劃對于全面推進鐵路高質量發展提出了明確要求，特別是在現代鐵路綜合交通樞紐工程建設方面設定了一系列新的目標和任務。BIM技術作為鐵路工程信息化的主要發展方向，能夠有力推動鐵路綜合交通樞紐工程建設，實現高質量發展。歸納鐵路綜合交通樞紐在建設過程中的關鍵BIM應用需求，詳細闡述當前我國高速鐵路綜合交通樞紐在智能設計、智能施工、智能管理、智能運維4個方面開展的BIM應用，驗證信息化及BIM技術能夠有力推動鐵路綜合交通樞紐工程在全生命周期實現精細化、協同化、智能化發展，并對我國高速鐵路綜合交通樞紐工程信息化及BIM技術的發展前景進行展望。
引 言
自2019年9月《交通強國建設綱要》 正式印發， 到2020年中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團） 《智能高速鐵路體系架構1.0》 發布，再到 2021 年底 《數字交通“十四五”發展規劃》出臺，鐵路作為國家戰略性、先導性、關鍵性重大基礎設施，正在向信息化、數字化、智能化發展。為進一步踐行國鐵集團“暢通融合、綠色溫馨、經濟藝術、智能便捷”客站建設新理念，深入貫徹落實《數字交通“十四五”發展規劃》，在鐵路建設過程中引入信息化及BIM技術賦能交通運輸發展，加快形成現代化鐵路綜合交通樞紐體系。
調查研究發現，近10年我國共新增955座高鐵站， 高鐵運營總里程超過4萬km，穩居世界第一。將新增高鐵站房按照建筑面積進行統計整理，高鐵站房面積超過40萬平米共有3個，超過20萬平米共有7個。鐵路行業飛速發展，信息化及BIM技術的優勢在我國鐵路綜合交通樞紐工程（簡稱樞紐工程） 建設中得到充分體現。以京津冀區域為例，“軌道上的京津冀”成效日益凸顯，雄安站、清河站、北京豐臺站、張家口南站、八達嶺長城站等新建鐵路站房在建設過程中都廣泛融合了BIM技術，基本實現了基于BIM技術在樞紐工程全生命周期的數字化管理。
大型樞紐工程具有建設復雜程度高、管理難度大、專業協調復雜等特點，基于信息化及BIM技術能更好地滿足高水平樞紐工程的建設需求。目前，信息化及 BIM 技術已經在鐵路建造方面取得階段性成果，未來還需要進一步深化智能鐵路建設全生命周期BIM 應用。研究總結我國樞紐工程信息化及BIM技術的應用 成果及現狀，并對其未來發展趨勢和方向進行展望。
一 鐵路綜合交通樞紐BIM應用需求
1.1立體化設計需求
樞紐工程往往充分利用地上地下空間進行立體化設計。對于深埋地下立體空間，其內部結構布局復雜，二維環境難以表達立體空間的構造關系。利用BIM技術建立三維模型，融合三維立體場景，直觀表達地下空間構造設計以及各專業之間的關系，實現多專業地上地下空間的可視化協同設計，為站房實施建設以及調度指揮提供依據。
1. 2復雜工藝建造需求
樞紐工程建造涉及多種復雜工藝，施工精度要求高，傳統的施工方式難以保證施工精度。利用BIM 技術在設計期進行圖紙審查以及優化，預先根據復雜工藝節點進行BIM建模，優化節點工藝設計，簡化施工方案?；谌S BIM 模型開展復雜施工工藝、施工步驟可視化模擬，指導施工人員掌握施工要點，滿足復雜工藝的建造要求。
1. 3建設管理需求
樞紐工程參建單位眾多，管理難度大。結合信息化及 BIM 技術建立統一的 BIM 管理應用標準，實現樞紐工程建設一體化管理。將建設過程中的多源數據集 成于統一的 BIM 管理平臺，基于 BIM 平臺對建設過程實施可視化動態管理，解決參建方信息不對等、異地作業造成的溝通困難等問題，實現各參建方協同管理。
1. 4智能運維需求
樞紐工程涵蓋多種不同專業，建設過程數據鏈條長，運維管理難度大?；?BIM 技術實現智能運維管理，由人工運維向智能化運維邁進，破除傳統運維中的數據孤島現象。在運維階段，以BIM模型為載體，充分挖掘、繼承、處理設計與施工階段數據，運維模型掛接設備、資產等運維信息，實現全生命周期數據集成，提升運維管理智能化水平。
二 全生命周期信息化及BIM應用
將信息化及 BIM 技術應用于樞紐工程建設全生命周期，實現智能化設計、施工、管理、運維（見圖1）。利用BIM技術集成性、可視化、協同性等優勢以及信息化技術手段，解決樞紐工程在建設中的重難點問題， 提高樞紐工程建設質量和效率。
2. 1智能設計
利用信息化及BIM技術實現樞紐工程智能設計，加強BIM工程師與各專業設計師協同作業；通過開展碰撞檢測解決“錯漏碰缺”問題，優化設計方案；對重點方案實施深化設計，基于BIM三維模型開展施工方案模擬，提升BIM技術在設計階段的應用水平。
2.1.1協同設計
基于 BIM 模型實現專業間的協同設計，各專業設計人員在統一設計環境下開展圖紙會審、可視化分析等設計作業，實現資源共享以及數據的集中管理。北京豐臺站基于BIM模型進行圖紙會審，出具圖紙問題清單并匯總，各專業設計人員針對模型進行動態調整。清河站建立基于BIM的圖紙會審系統，及時發現圖紙中構件錯位信息，避免了施工返工。
2.1.2碰撞檢測
利用設計BIM模型開展各專業碰撞檢測與管線的優化調整，檢測鐵路各專業內部設計漏洞。蘭州西站預先協調管線空間位置，實現土建與機電專業 BIM 模型的鏈接，解決專業間的管線碰撞問題。清河站建立BIM三維模型對地下1層密集的風道管線進行碰撞檢測，優化管線排布、提升管線凈高。豐臺站依托BIM模型實現了復雜區域機電管線的避讓優化以及配套優化設計圖紙的出具。
2.1.3深化設計
（1）鋼結構深化設計。樞紐工程中鋼結構尺寸多樣、體量大、安裝復雜，基于 BIM 建立鋼結構專業模型，實施關鍵節點優化、施工模擬等鋼結構深化設計管理。雄安站利用BIM軟件Revit等完善鋼結構內部構件，解決了節點多變問題。張家口南站基于BIM 技術在鋼結構BIM建?！┕を炈恪獔龅囟逊艃灮濣c深化設計—工程算量各階段實現了鋼結構精細化建設管理。
（2） 混凝土結構深化設計?；炷两Y構深化包含所需的模板、鋼筋及腳手架深化工作。長沙西站基于BIM技術，模擬模板空間排布情況，動態調整參數信息，滿足異型混凝土結構下的模板搭建精確定位需求。雄安站通過集成配筋及布筋方式信息，明確鋼筋與管線、預埋件之間的位置關系，進行鋼筋優化布置；依托虛擬漫游技術驗算腳手架的設計 BIM模型， 驗證其布置的合理性。
（3） 裝飾裝修深化設計。建立裝飾裝修深化BIM模型，實現設計效果立體展示，輔助完成站房外幕墻以及站房室內裝修。清河站建立幕墻專業模型，對幕墻材料用量進行合理把控。北京星火站基于裝飾裝修模型對各分區材料工程量進行自動統計，利用BIM+VR技術對各材質裝飾后效果進行可視化表達。杭州南站實現了對裝飾裝修模型高質量渲染，通過可視化全景漫游比選裝修效果。
2.1.4施工模擬
在BIM三維模型中集成不同設計方案與周邊環境的信息數據進行施工模擬，獲得最優施工方案。張家口南站依托VR技術進行施工方案模擬，實時調整方案參數，形成多種可行性比選方案。豐臺站作為雙層車廠站房施工復雜程度高，針對有線鋼棧橋建立BIM模型并進行動畫模擬，審查方案設計精細度，提高施工方案編制水平。
2. 2智能施工
智能施工是樞紐工程智能建造的關鍵環節，以BIM技術為支撐，結合測量放樣技術、三維掃描技術、3D打印技術、無人機技術、裝配式技術等打造智能化施工應用模式，實現信息化BIM技術在施工現場高效率、信息化、智能化應用。
2.2.1BIM+測量放樣技術
建立BIM模型中三維坐標數據與放樣機器人的鏈接關系，驅動其快速完成測量放樣工作。雄安站在BIM模型中設置現場控制點坐標以及建筑物結構點坐標，分別作為BIM模型復合對比依據，創建放樣控制點，將數據導入智能放樣機器人輔助進行現場智能定位放樣。
2.2.2BIM+三維掃描技術
BIM結合三維激光掃描技術能實現對空間的全方位激光掃描，并實時建模，用于施工現場的土方開挖、 環境采集等。雄安站利用三維激光掃描儀實現現場數據復測，對比分析測繪實際數據與BIM模型數據，確 保數據的一致性。北京豐臺站采用重點空間三維激光掃描技術，快、精、準地采集實景數據，結合BIM軟件協助完成精細化建模。
2.2.3BIM+3D打印技術
BIM與3D打印技術在三維建模基礎上能夠實現二者技術的深度融合。通過數據傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術，將設計的BIM模型按照比例打印成實體。北京豐臺站將模型縮放打印進行交底展示，協同技術、施工人員預先掌握施工工藝要點。清河站建立等比例縮放建筑模型，3D打印建筑模型并與工程實體對比，驗證材料、機械等擺放位置的合理性。
2.2.4BIM+無人機技術
深度融合無人機全景航拍與BIM技術，實現施工安全、質量、進度等智能化管理。通過自動巡檢施工現場，全方位采集施工數據，輔助現場進行進度控制、質量監控、應急救援、安全隱患排查等應用。雄安站應用無人機實景建模技術，宏觀把控站房施工進度，共享基于實景數據建立的BIM模型，實現對施工現場的全局監控和評估。常益長鐵路引入無人機技術，突破人工巡檢的局限性，及時掌握線路建設信息。
2.2.5BIM+裝配式技術
開展基于BIM的預制裝配技術應用，保障施工質量和安全，降低施工成本，提高施工效率，助力實現綠色施工。北京豐臺站建立LOD400管線深化模型，打通模型與自動加工設備的數據接口，實現管線的工廠預制化加工。張家口南站基于BIM模型導出預制加工圖紙，進行工廠化加工，結合二維碼技術識別組件安裝位置，實現現場裝配施工。
2. 3智能管理
結合樞紐工程建設管理的創新需求，運用信息化及 BIM 技術集成施工過程中的數據信息，在進度、質量、安全、投資、環保等多方面實現智能化管理應用。
2.3.1進度管理
通過結構化電子施工日志驅動施工BIM模型進行進度三維模擬，合理安排施工工序和資源配置；設置現場進度“紅線”預警，保障施工效率。廣州白云站采用4D-BIM網格化進度管理，按照站房—分部分項—架子隊—網格單元分層級劃分，實現基于BIM的進度掌控。北京星火站集成BIM模型-時間進度人機料數據，實現以構件為最小單元的節點進度管理。
2.3.2質量管理
借助BIM技術和信息化手段進行信息自動采集—上傳—監測—處理，實現質量全過程監控和問題溯源。杭州南站結合質量驗收標準對原材料實施生產全過程數據自動采集與上傳，確保質量從源頭符合標準。清河站研制了檢驗批與質量的溯源系統，集成施工資料，以二維碼形式建立與BIM模型的唯一交互關系，實現全過程高效質量管理。
2.3.3安全管理
對安全問題節點進行多終端鏈接的實時安全監測，實現源頭和過程全面安全管控。北京豐臺站建立針對大型機械的監測模型進行視頻監控，實時反饋機械運行狀態。清河站基于BIM＋IoT技術，針對塔吊進 行運行監測和防碰撞管理，布置監控攝像頭并關聯BIM 模型，實現現場動態監控和安全預警。
2.3.4投資管理
樞紐工程涵蓋專業眾多，項目規模大，投資管理復雜。以BIM模型為基礎，集成多專業工程量、質量與造價信息，實現基于BIM的投資協同管理。蘭州西站實現了基于施工流水段的工程模型無損分割，將BIM模型中構件關聯的人材機進行費用統計計算。廣州白云站依托BIM模型結合施工進度進行造價估算，有效關聯4DBIM模型與工程造價信息，實現投資的合理把控。
2.3.5環保管理
建立環境監控BIM平臺，集成空氣、噪聲、水質等環境數據，依托在線監測儀表進行現場環境監測。杭州西站依靠信息化管理助力綠色施工，通過動態調整材料使用計劃，節省了材料堆放用地，提高土地利用率。八達嶺地下車站實時監測隧道中的粉塵、有毒氣體等，保障環境質量以及施工人員安全。
2. 4智能運維
結合工程運維要求建立符合運維管理的BIM模型，繼承設計、施工階段的數據信息，開展設備、輔助資產、空間管理、應急管理等智能運維，有效提高運維效率。
2.4.1設備運維
基于BIM模型查看設備在虛擬環境中的空間位置，結合二維碼識別、全景照片等技術同步設備的運行、維修記錄信息到BIM模型，實時查看設備的數據信息并及時進行設備維護，確保設備運營安全。
2.4.2輔助資產運維
基于BIM實現資產的動態管理，根據構件資產的變更及時更新模型數據，形成資產管理運維模型。廣州白云站對構件進行唯一性編碼，基于運維模型建立構件與資產清單的映射關系。京張高鐵開展基于清單管理的竣工資產交付，實現了BIM模型數據向運維管理系統的轉移。
2.4.3空間管理
基于三維空間BIM模型，集成空間位置信息以及空間運營指標，掌握空間分配情況、人員流動、復雜管線位置等，有效管理建筑空間。廣州白云站建立空間與構件的拓撲關系，關聯構件各階段空間數據，實現以構件為最小單元的空間分析。
2.4.4應急管理
在三維BIM場景中模擬真實災害環境，快速識別并定位突發事件的位置信息，結合物聯網等技術，實現預防—響應—處理—恢復的系統化應急處理機制。八達嶺 地下車站建立三維可視化防災監控及仿真演練平臺，實 施應急災害管理，提升八達嶺車站防災、救災、減災能力。蘭州西站基于BIM模型開發火災報警系統，集成檢測、報警數據，及時應對火災突發情況。
三 結論與展望
3.1結論
信息化及BIM技術在鐵路建設全生命周期的創新應用，提升了我國樞紐工程高質量建設和管理水平。提煉總結樞紐工程在智能設計、智能施工、智能管理、 智能運維中信息化及BIM技術的典型應用，得出以下結論：
（1）依托BIM模型集成設計階段有效信息，在協同設計、碰撞檢測、深化設計、施工模擬各環節實現了樞紐工程專業間的數據與資源共享。破除了傳統二維設計工作的弊端，基于三維場景保障設計成果的可 視化、可模擬，實現了樞紐工程各專業設計信息交互、設計資源整合以及設計作業的協同。
（2） 施工階段以BIM技術為支撐，結合多元智能技術，依托現代化智能裝備優化施工組織和工藝工法，形成智能化施工應用模式。在施工全過程實現進度、質量、安全、投資、環保等方面的高效協同管理，提高施工質量和效率，賦能樞紐工程數字化、智能化發展。
（3）基于設計和施工BIM模型不斷更新豐富運維管理數據，實現了設計與施工建造數據向運維階段的數字化移交，推動開展設備、資產、空間、應急等智能化運維管理，打通了設計、施工與運維階段的數據壁壘。
3.2展望
結合樞紐工程建設的創新需求，未來還需要深化創新樞紐工程信息化及BIM應用，助力實現智能鐵路2.0的發展目標。
（1）加強標準化與BIM信息化的融合。目前，鐵路BIM技術標準體系已初步建立但尚未成熟，BIM技術在鐵路行業的適用性仍需得到廣泛應用驗證。下一步要持續探索BIM應用新機制，不斷完善樞紐工程中BIM 相關技術標準，深化BIM應用研究，完善面向智能鐵路的BIM標準體系建設。
（2）創新鐵路智能建造技術應用。深入把握智能建造的發展趨勢，依托BIM、5G、云計算、人工智能等新一代信息技術賦能樞紐工程建設創新發展?；凇拜S面協同、模數一體”理念，持續加強BIM技術與智 能機械裝備、綠色裝配式、機器人等智能建造技術融合應用的深度和廣度，不斷豐富智能建造技術在樞紐工程建設階段的創新應用場景。
（3）深化運維階段BIM應用。目前樞紐工程BIM應用在運維階段的相關研究較少，設計和施工階段產生的信息價值無法在運維階段得到充分體現。要進一步擴大BIM技術的覆蓋范圍，探索面向樞紐工程的一體化設備 維護、智能化綜合調度等創新應用，不斷加強施工階段向運維階段的延伸應用，形成設計—施工—運維全生命周期一體化BIM綜合應用體系。
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