今天为大家带来中国铁道科学研究院副院长赵有明的演讲《基于BIM技术的智能建造在铁路工程建设中的应用与发展》。
中国铁道科学研究院副院长 赵有明
铁路工程智能建造发展背景
当前，世界主要国家纷纷积极推进信息化与工业化融合。美国、英国、日本、德国等发达国家分别发布了一系列战略规划，而我国发布了“中国制造2025”、“互联网 ”行动计划、新一代人工智能发展规划等实质性规划和政策。
在政策与需求的牵引下中，普遍兴起了新一次工业革命的浪潮，推动建筑业向以BIM、物联网、云计算、移动互联、大数据等信息技术为支撑的智能建造迈进。
中国高铁发展迅速
2015年末，中国铁路营运里程已达12万公里。“十三五”期间，计划竣工1.7万公里；2030年，预计营运里程达20万公里。中国铁路具有广袤的战略纵深时空，智能建造将有极大的发展空间。
铁路工程建设是一项复杂的系统工程，具有以下特点：
- 建设周期长、参建单位多，协同组织难度大；
- 专业、设备、物资、档案、质量等标准高，接口多，技术管理难度大；
- 施工环境复杂、质量安全风险控制责任重大；
- 建设期技术、投资、进度、质量、安全、外部协调的控制水平，与建设推进和安全；
- 运维息息相关；
为此，乘全球信息化浪潮机遇，铁路工程建设领域，迫切需要利用智能建造理念，打通信息技术和传统建设接口，实现融合创新，从而推进铁路建造过程的精益、智慧、高效、绿色协同发展。
铁路工程智能建造内容
铁路工程建设领域的智能建造具有自动感知、智能诊断、协同互动、主动学习、智能决策等特征。
智能建造是建立在BIM（ GIS）、物联网、云计算、移动互联网、大数据等信息技术之上的工程信息化建造，它是信息技术与先进工程建造技术的融合，可以支撑工程设计及仿真、工厂化加工、精密测控、自动化安装、动态监测、信息化管理等典型应用。
核心技术体系
面向全球铁路的BIM标准体系
面向全球铁路的BIM标准体系包括技术标准和实施标准两部分。铁路BIM联盟参照ISO 12006、buildingSMART及中国国家BIM标准体系，在铁路领域做了大量拓展，形成一系列铁路BIM相关标准。
基于BIM技术的全生命周期管理
构建面向工程建设全生命周期的BIM应用总体框架，为“设计－工厂制造－现场装配”的产业模式提供技术平台，在勘察、设计、施工、运营的全生命周期中，实现信息共享和无损传递。
泛在智能感知体系
应用感知技术，建立铁路建设时空自感体系，达到对自然、人、工程实体、设备物资等工程要素的全面感知。
基于移动互联的智能物联传输体系
智能物联传输体系包括：基于NFC、RFID等技术的近场通信；基于WiFi、蓝牙等技术的短距离大容量通信；基于NB-IoT、 ZigBee 、LoRa等技术的低功耗远距离通信；基于4G和卫星等技术的长途远距离通信。总体实现建设现场、参与各方的无障碍传输。
基于云计算的全路工程建设智能管理平台
中国铁路总公司搭建行业私有云计算中心，承载进度、质量、安全、投资、环境、验收等多级多维工程建设应用，解决工程建设过程中快速计算、优化处理、云端存储、信息共享等技术瓶颈，为建设单位、参建单位提供数据资源和专业管理和技术应用服务。
基于大数据的智能分析决策
基于GIS、影像、物联网感知、BIM、地质环境、视频多媒体等各类结构化和非结构化信息，构建海量数据信息智能检索与实时分析，挖掘主题知识，实现建设过程优化和辅助决策。
基于人工智能的机器人辅助作业
通过应用无人机搭载倾斜摄影、轨道板智能精调小车等新型工装机械，达到对实际施工过程数据的自动、自助采集，结合BIM技术进行多算对比，形成对建造过程的全面监督和及时反馈；应用BIM技术统筹地形、地质、场地、实体模型，指导盾构机、架梁机、摊铺机、挖掘机等设备直接进行精准施工、智能评判，进一步提高工程效率和质量。
应用实践
在铁路工程建设领域的实践中，已探索形成了智能建造的6大应用场景：设计优化、工厂化加工、精密测控、自动化安装、动态监控、信息化管理。
设计优化
方案对比：通过BIM工具快速生成站房模型，对比站房造型及环境适应性，选取最优方案。
方案优化：基于BIM模型，对站房的人体舒适度、室内日照可视化、室内风环境等进行分析，完成站房设计方案优化。
工厂化加工
虚拟建造：针对现浇梁施工部分复杂节点，通过模型虚拟建造，利用精细化模型指导施工，提前发现问题，保证施工顺利进行。
钢梁自动加工：将BIM模型数据代码化，与数控机床直接对接，实现钢梁的自动加工。
钢筋自动加工：基于“BIM翻样 数控加工”模式，实现钢筋自动加工。
精密测控
数字化施工：通过构建北斗卫星定位、无线网络覆盖的施工现场，实现数字化测量、数字化机械施工和施工过程的智能化。
轨道板精调：基于轨道板精调小车，实测平面位置及轨面高程，指导轨道调整。
梁体自动张拉：通过自动张拉设备，实现张拉过程一键全自动控制，提高预制梁工程质量。
无缝线路锁定作业：研发专用无缝线路施工装备，在施工时自动监控轨温、气温，判断施工方法和钢轨拉伸量，实时监控拉伸、撞轨等过程。
桩基施工：通过北斗定位及传感器监测技术，实现对桩长、桩身垂直度、提钻速率的实时监测，有效提高桩基施工质量。
自动化安装
三维数字化预拼装：通过高精度测量杆件几何尺寸，与BIM模型计算对比，分析杆件制造精度，预先分析现场架设误差并指导施工。
桥梁、轨道板安装：利用架梁机、铺轨机等大型智能工装设备对桥梁、轨道板等进行半自动化安装。
动态监控
线路沉降观测：实现线路外业量测数据的实时采集、测点变形的实时预警，方便及时掌控沉降变形情况。
围岩量测：在全站仪量测作业的同时，针对变形速率和累计变形量实行双控报警，大幅提高隧道施工风险管控能力。
连续梁线形监控：对连续梁线形及偏差进行监测，辅助进行连续梁结构分析和后续施工控制，确保合龙线形符合设计要求。
信息化管理
铁路工程建设信息化平台采用六大体系进行信息化管理：综合管理、进度管理、材料管理、质量管理、安全管理和投资控制体系。平台已覆盖48个建设单位，202个工程项目，1.7万公里。
我们展望铁路工程智能建造的发展方向，BIM应用向纵深发展，未来将覆盖勘察、设计、施工、运维全过程；智能机器人辅助作业将更为广泛，基于海量历史数据，对多元信息进行智能综合检索、多维分析深度学习，获取更精确的决策信息，辅助工程建设施工；智能决策更精准，产业生态环境也将更加人性化、社会化，更具和谐性。
来源：中国铁道科学研究院副院长赵有明《基于BIM技术的智能建造在铁路工程建设中的应用与发展》
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