周清华 李 纯 黄新文

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

我国铁路行业BIM技术研究应用起步较晚，与国外发达国家和国内工民建行业相比较为落后[1]。2013年，中国铁路总公司牵头，几大铁路设计院和22家会员单位成立了中国铁路BIM联盟，研究铁路BIM标准制定并选取试点工程开展BIM应用[2]。在标准方面，BIM联盟已编制并发布了一系列标准。在工程应用方面，铁一院在西成客专铁路清凉山隧道[3]、十岔沟中桥开展了BIM技术在桥隧工程中应用探索[4]；铁二院在宝兰客专石鼓山隧道[5]、沪昆客专北盘江特大桥、新白沙沱长江大桥和西成客专江油北站等项目开展了BIM设计以及施工应用方面的研究[6，7]；中国铁设在阳大、京沈、京雄等项目上应用了BIM技术[8，9]；中铁设计在京张高铁项目开展了全线全专业BIM技术的应用探索。从上述标准制定和项目应用现状来看，BIM在铁路行业领域虽然起步晚，但发展迅速并取得一定的研究成果[10]。BIM技术在铁路工程领域全生命周期应用还有很多未解决的问题，探索BIM技术在铁路工程全生命周期中的应用将是重要课题，而非几何属性的表达与传递在其中占据着重要地位。

BIM在工程项目全生命周期的应用需要对模型信息以及模型蕴含的数据信息进行组织和再造[11]。并从设计阶段开始不断补充和完善，实现信息对象和模型对象的关联及工程项目全生命周期流转。基于Bentley平台下的EC Schema以及NameGroup等技术，研究铁路BIM模型中非几何属性的表达、与几何模型的关联以及基于非几何属性的管理应用技术。

2 基于EC Schema技术的非几何属性表达

2.1 EC Schema技术背景

EC(Engineering Configuration)Schema是Bentley公司提出的一种用于解决多种BIM软件之间工程数据交互问题的数据库模式。EC Schema包含文档、商业数据和关联的非几何数据，并内嵌到XML文件中，其数据定义符合xmlSchema规范。Xml Schema是一种基于xml格式的Schema文件，可以同时定义信息结构和信息内容，包含可出现在文档中的元素、属性、元素继承关系、子元素次序和数目、元素和属性的数据类型、默认值以及固定值等内容。Schema可以理解为概要、轮廓、结构、规则或标准。用户可以根据xml Schema编写符合规则的xml文档，可以根据xml Schema进行语法提示，可以根据xml Schema解析xml[12]。

EC Schema具有非常强的互操作性，采用计算机科学中的软编码方式，可以在运行时修改。计算机科学中还有一种硬编码方式，可在软件开发过程中，直接将规范固化在代码中。此编码方式适用于规范稳定的情况，否则应用方无法根据自身需求定制，不利于后期的扩展和维护。BIM技术应用于铁路行业还不够成熟，很多规范、制度还在探索和研制中。因此，应用软编码方式的EC Schemas规范来定义铁路BIM模型的非几何属性，符合铁路BIM技术应用现状[13]。

2.2 XML Schema表达铁路构件非几何属性

ECSchema有几个基本概念：ECClass、ECProperty、ECPropertyValue、ECInstance，如图1所示。

图1 ECSchama中的基本类

ECClass就像是一个数据表定义，对应非几何属性类；ECProperty就像是一个列定义，对应某种属性；ECPropertyValue就像是一个单元格对应的属性值；ECInstance就像是数据库表中的一行，相当于属性类的一个实例；ECSchema类似于数据库中的模式，是数据库对象的集合，可以存储各种属性类。

可以规定一个专业制作一个XML文件，每个XML文件应该包含的内容有：schema、class和property。这三者的关系为：一个schema可以有多个class，一个class可以有多个property，图2为用ECSchema表示梁的非几何属性，结构梁可定义几个非几何属性类(ECClass)，其中有一个为主类，每个类定义若干属性(ECProperty)，对应的属性可以设置一些默认属性。

图2 XML Schema文件内容

2.3 XML Schema导入导出与更新

(1)XML Schema文件制作完之后，在Bentley软件弹出Key-in命令"ecx schema import *.xml"，若导入成功，则在软件消息提示框有提示"Schemas import successfully"，如果不成功，应检查是否有类名重复或者文件编辑错误。

(2)属性XML文件导入之后即存在dgn内，可以用"ecx schema export"导出属性文件。

(3)如果想增减、修改属性，可直接更新属性表，修改xml文件，然后用"ecx schema update"命令重新导入即可更新。

(4)批量导入xmlSchema文件，首先制作批处理".txt"，然后在key-in命令中输入"@文件的全路径"。

3 NativeCode MDL编程实现非几何属性与铁路构件模型关联

MDL是Bentley软件平台下一种基于C语言的扩展语言，早期版本的编译器和链接器均由Bentley公司提供，最终生成可在Microstation软件中调用的程序(扩展名为.MA)。随着时间的推移，MDL逐渐可以基于C++来开发，采用微软的Visual Studio作为开发工具来生成本机代码的DLL。为了保留MDL的一些特性(如命令表、MDL特有的资源等)，仍需生成一个.MA文件。这种新的MDL为NativeCode MDL，NativeCode MDL允许开发者采用面向对象的语言进行二次开发，采用此种方式可以充分利用面向对象语言C++本身的很多特性，并且可以生成与软件本身一致的资源文件(对话框、按钮以及文本编辑框等)。

利用Bentley软件设计出各种铁路构件时只包含构件的几何要素，可采用NativeCode MDL编程实现非几何属性与铁路构件模型的关联：包含属性赋值(包含属性修改、删减以及部分批量赋属性功能)和构件树生成模块(见图3)。

图3 软件整体界面

在软件中设置好非几何属性及对应属性值，点击“赋属性”按钮，即可将设置好的属性赋给选择的构件(见图4)。如果重复赋值，软件会提示是否需要替换。

图4 属性关联

3.1 针对线状构件模型批量关联里程属性

铁路是线状工程[14]，实际应用中各专业构件位置都需要使用里程定位，为此，可编程实现根据构件地理坐标自动计算对应里程并将其自动关联到铁路构件模型上。软件操作方法:首先，在软件界面设置中心线起始里程，然后点击“选择中心线”按钮，最后，选择批量挂接里程信息构件模型，点击“批处理”，即可完成关联，如图5所示。

图5 自动给隧道管片赋值里程信息

3.2 建筑结构实现属性信息关联

在建筑结构中，某些特定尺寸构件对应特定属性信息。可用编程实现特定尺寸信息BIM构件自动搜索，然后根据尺寸信息批量关联对应的属性信息。如设定横梁截面长宽，点击"选择横梁"按钮，即可选择特定种类横梁，然后再批量关联属性(见图6)。

图6 特定尺寸模型属性批量关联

3.3 属性删除

选中要删除属性的铁路构件，点击“删除属性"按钮，即可清除构件中与构件关联的非几何属性。

4 基于非几何属性管理构件

铁路BIM模型中都存在一个IFD属性。同时，Bentley软件可提供一种基于NameGroup技术的分组管理机制。因此，可以通过编程实现基于IFD属性对铁路构件的自动分组，同理，还可以根据构件模型中的”段落里程信息”属性，自动将铁路构件按设计单元分段，如图7所示。

图7 构件树结构

构件树形成之后，可以基于树对构件进行定位、单独显示以及批量显示等操作。这为设计人员以及检查人员提供了便捷的方法，通过此树可以快速定位构件及进行查看、修改等操作。

5 结论

BIM作为集成了多种数据的虚拟三维模型，不仅仅是几何信息的共享，而且包含大量的非几何属性[15]，可在铁路施工、管理以及后期运营维护发挥重要作用。因此，在铁路设计阶段，将各种构件的非几何属性以及唯一的IFD编码挂接到三维设计模型上是非常重要的。其次，基于非几何属性IFD编码建立一棵构件树有助于直观查看和分析。

本课题研究基于Bentley软件的EC Schema技术组织表达铁路BIM模型非几何属性，并利用平台提供SDK，采用NativeCode MDL编程技术实现铁路BIM几何模型与非几何属性的挂接、删除，包含批量处理等工程，且可实现IFD对构件的统一管理，为铁路BIM属性信息在工程项目全生命周期(前期规划、设计到施工过程、后期运营维护)流转打下了坚实基础。