工程量计算是铁路工程造价管理中的一项重要的基础性工作，贯穿铁路工程项目的全生命周期。在不同的项目阶段，工程量计算的细度、目的有所不同：在铁路项目设计过程中，工程量是工程师估算设计方案费用、决策设计方案优劣的重要依据；招投标阶段，工程量是概/预算的基础，是投标人报价的重要依据；在施工阶段，施工单位的施工计划、物资采购、资源调配、验工计价、成本管控、竣工结算等都需要不断地根据施工进度统计工程量，是施工单位实现动态资源配置、高效管理和效益最大化的关键抓手；在运维阶段，管理部门需要根据资产使用状态，分析维修工作的工程量。

传统方式的工程量计算过程本质是将二维施工图纸中的构件与对应的清单进行关联，该方式存在错误风险，例如工程数量项的差、碰、错比较常见、格式不标准导致数据录入工作量大、信息不完整导致定额选用歧义等，所以计算效率低、质量难以保证。在BIM技术的支持下，这些问题可以得到较好解决。然而，BIM模型的工程应用存在大量的异构数据的共享、交换与管理技术问题，这使基于BIM的工程量计算仍未得到较好解决。本文针对BIM模型在工程造价应用中存在的技术问题进行研究，根据BIM模型中的分类和属性信息，结合各专业算量的规则，实现工程数量统计，为设计概算和施工验工计价提供技术支撑。

BIM技术的基础是工程的信息化及专业间信息的共享及传递，即以工程的知识描述为基础的数据共享技术。目前，逻辑关系、空间关系复杂的铁路工程的知识描述非常困难。构建铁路工程知识表达库，初步形成可靠的专家系统，才能为后续全生命周期的铁路信息模型奠定坚实的基础。

本文综合利用知识表示的面向对象表示方法及语义网表示方法，最终实现整个铁路工程的知识表示，形成基于领域知识本体的铁路工程设计信息表达并构建该模型的知识库，见图1，具体为：

1)利用面向对象的知识表示方法，形成铁路工程的设计信息模型。

2)利用资源描述语言(RDF)描述上述铁路信息模型的RDF Schema，并利用XML、JSON-LD、Turtle，N-Tples等其中的一种数据格式对铁路工程信息模型进行描述存储。

3)基于面向服务的架构(SOA)将上述领域模型描述的数字化工程封装成RESTful API工铁路工程设计人员使用。

4)基于面向服务的架构(SOA)采用SOAP或REST方法将三维设计软件(Revit、Bentley、CATIA等)或其他设计软件的几何定位或逻辑计算等基本功能封装。

5)设计集成数据及消息的企业总线(ESB)，将SOA服务纳入ESB进行系统集成，实现三维设计或计算软件与铁路工程设计信息的集成应用。

构建好的本体知识表达可以作为专家系统的知识库，可以作为铁路工程设计的知识基础，可将知识表达与既有的专业设计软件集成使用，为协同设计提供领域概念明确的数据共享，使得各专业可通过企业总线访问面向服务的数字化资源，优化了专业间数据传递，提高了协同效率；同时，原本通过EXCEL和WORD文档交换的设计模型通过基于领域知识本体的知识表达进行数字化传递，提高了铁路工程数字化工程；基于OWL的本体表达，为后续基于铁路工程数字化设计提供了大数据分析及智能设计应用有效的实现基础。

为了便于项目文件资源的存储和共享，根据项目规模分派服务器硬件资源作为达索服务的搭建平台。达索系统网络构成有：虚拟桌面交付环境、网络中心和分院BIM项目部三个部分，其中达索服务器在北站的网络中心，与BIM项目部通过百兆网络连通，与虚拟桌面交付环境通过千兆网络连通，网络连接示意如图2所示，管理平台见图3。

MCS、FCS组件安装在一台服务器上，DB、3DIndex、FTS、License分别安装在四台服务器上，通过其他服务器实现了平台的分布式部署。

为满足达索应用对处理器、显卡和读写等方面性能的高需求，使用Citrix虚拟机构建的虚拟工作站安装和使用客户端。

铁路设施中的每一个物理空间的构件实体和非物理空间的概念实体都对应着信息模型中的一个对象实例，所有的参数化信息都分类归属或关联于某一个对象实例。工程量不仅仅是数量，还必须包含工艺、工法、运输、环境等附属信息才能达到实际使用的目的。这些附属信息都可以集中地、标准化地包含、关联在铁路工程信息模型中，所以基于BIM的工程算量软件一旦链接上铁路工程信息模型，就能自动地、准确地从模型中获取几何和非几何信息，然后按工程量的最终用途来计算统计选择范围内的工程数量，输出工程量项目报表。

基于BIM的工程数量统计依赖于模型实体对象的属性/属性集，因此计算过程应包括：

(1)建立工程数量清单项并与模型构件实体的映射，即从分部分项模型构件实体中可以或必须计算的工程量项目清单，及其附加属性。

(2)建立满足工程数量计算要求的铁路工程信息模型，即将计算工程量所需要的各种参数值都添加/关联到模型实体的属性或属性集中，形成工程量计算模型(信息细度满足工程算量要求的BIM)。根据工程量清单项及其属性，映射铁路工程概(预)算定额，形成工程量-定额映射库。

(3)加载概(预)算计算规则：定额为一般情况下的人、材、机，并添加施工措施费、特殊施工增加费、间接费及税金等计算内容和规则，最后汇总获得综合价格。

(4)从工程量计算模型中提取信息。

(5)数据处理：面向对象计算工程数量，然后根据属性分类归并统计，输出工程数量报表。

建立CATIA模型，并附加了关键的属性信息，并导出.IFC格式的模型，利用CATIA模型中的IFC属性集或者算量属性集，在属性中填入工程数量计算公式或者计算成果(图4)。

专业IFC所包含的信息主要为实体分类、枚举类型及Pset属性集，及用于计算工程数量的工程数量结果属性集(EQR属性集)。围绕创建出具有IFC信息的BIM模型这一关键技术问题，工程数量计算采用以下步骤：

(1)在建模过程中利用EKL语言批量自动添加与模型几何相关的算量属性值，可以精确计算曲线地段整体道床的混凝土工程数量、伸缩缝工程数量等。

(2)在达索软件中计算单项构件的数量；和模型直接相关的工程数量，例如数量、长度、体积以及表面积等可以直接从模型中得到；通过桩基和地质体进行布尔运算，得到钻孔长度，通过读取地质信息，得到钻孔的地质分类，从而得到相应的工程数量表。

(3)利用Enovia管理平台的插件，导出需要计算工程数量模型的XML文件，实现IFC属性自动批量添加。

(4)在EXCEL中自行利用Python语言编写用于统计工程数量的计算规则。

(5)将XML文件和EXCEL规则文件导入开发的一体化工程数量汇总程序中，并解析.xml文件，计算并生成相应的工程数量表。

(6)导出工程数量计算成果表。

实现与部分模型相关工程量的自动计算并自动赋值，并通过读取Python语言及汇总程序实现分工点工程量的自动汇总。

(7)生成工经专业需要的工程数量表

与模型相关工程量的自动计算并自动赋值，并通过读取Python语言实现工程量的自动汇总。在轨道专业工程数量表基础上加入工程编码、章节号、定额编号等信息。

(8)BIM模型工程数量导入概算程序

工程数量表加入工程编码、章节号、定额编号，导入概算程序，实现工程数量到形成概算一体化。利用编码索引专业工程数量，直接导入一体化程序、编制概算。

验工计价是铁路工程造价管理中的重要内容，实施中以各标段的合同量为准，按照一定的原则将标段合同中各项目的工程量分解到每个工点，并将每个工点的进度转换为完成百分比，最终实现计算当前进度工程量和计价总额的功能。

以相应的验工计价管理办法作为依据，针对铁路工程建设管理平台中工程数量统计方法，确定了路基、桥梁、隧道、轨道工程的验工计价方法。

1)平台统计的数量与清单工程数量口径一致，可以按照平台中统计的完成数量进行验工计价。如正线轨道工程中的铺轨工程，清单和平台都是按照铺轨长度统计，验工计价按照平台统计铺轨长度计列。

2)平台统计的数量与清单工程数量口径不一致，需要把清单数量折合与平台统计数量口径一致，再按照平台统计数量验工计价。如牛村特大桥承台混凝土数量，清单是按照体积统计，平台中是按照完成墩台个数统计，需要把清单数量折合求出每个墩台的承台混凝土数量，然后乘以的墩台个数得出验工计价。

本文研究了BIM技术在铁路工程造价管理中的应用实践，得出结论如下：(1)BIM技术能够实现铁路工程协同集成管理造价数据、造价信息共享的目标。(2)基于CATIA的工程量计算方法快速、高效，可用于工程全寿命周期的工程造价管理。(3)实现了工程量的直接计算，并与概算软件实现数据共享、信息互通，保障模型在后续多个工程阶段的顺利应用。(4)运用BIM技术对施工过程中进行实时材料提取、进度管控、质量管控等应用直接或间接地进行了成本控制。材料精确提取，施工现场限额领料，从根本上减少了材料的浪费，进而控制了成本。