本文是一篇工程造价管理论文，本文的主要研究结果如下：（1）建立了一套基于本体的铁路 BIM 构件造价属性集。通过对铁路工程施工阶段的造价信息进行识别与提取，形成了全面的铁路工程计价信息模型，并利用本体技术建立了铁路 BIM 构件的关系属性集、静态属性集和动态属性集，关系属性集用于描述构件与构件之间的关系，静态属性集用于描述构件的基本参数与属性，动态属性集用于描述随时间、价格、变更等变化而变化的计价信息，三者共同构成完整的铁路 BIM 构件的造价属性集。
1 引言
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
在中国，由铁路、公路、水路和民航等各种运输方式及其线路、站场等组成的综合交通运输体系中，铁路已拥有超过 13 万公里（其中 2.9 万公里高铁）的营业里程，从中长距离运输来看，铁路已成为综合交通运输的骨干网络和旅客出行的首选方式。2017 年 11 月 20 日，我国发布《铁路“十三五”发展规划》，将铁路发展目标定为到 2020 年，通过新建铁路或改造已有铁路，全国铁路营业里程达到 15 万公里，基本形成布局合理、覆盖广泛、层次分明、安全高效的“四纵四横”铁路网络。建设规模大、资金需求多、技术标准高、建设速度快已成为当代铁路建设的显著特点。
BIM（Building Information Model）的应用为铁路行业带来了新一轮的变革，依托 BIM 实现协同管理和数据共享，是铁路行业发展的必然趋势。《铁路信息化总体规划》中明确指出：“要构建覆盖总公司/铁路公司、建设指挥部/项目部及施工标段的铁路建设管理平台，实现铁路建设项目立项决策、勘察设计、工程实施、竣工验收、运营维护全过程信息共享以及铁路建设项目全过程信息化、标准化管理，推进 BIM 技术在铁路建设全生命周期管理应用。”为此，铁路总公司于 2013 年 12 月明确提出以 BIM 为核心的全寿命期信息化管理理念，以 2D 平台逐步过渡至 3D 平台，并建立基于物联网、大数据、云计算技术的信息统一管理平台，并在同年成立中国铁路 BIM 联盟，大力推广 BIM 铁路标准建设和应用。截至目前，联盟已编制并颁布了包括信息模型数据存储标准、信息模型分类编码标准等在内的 6 部铁路工程 BIM 标准，为建设项目标准化管理和工程建设信息的交换共享提供了重要保障。在工程实践方面，各试点项目相继开展，例如徐宿淮盐铁路特大桥、郑徐高铁无砟轨道、京张高铁的信息自动采集、杭黄高铁建德东站等，BIM 技术在铁路各专业工程中的应用也取得了突破性进展。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 BIM 在铁路工程建设中的应用
伴随着信息化时代的迅猛发展，BIM 技术已被广泛应用于工程建设领域，并逐渐与地理信息系统、空间定位技术、人工智能等技术集成，成为铁路行业颠覆传统建造方式、实现产业升级的有效路径。在 BIM 技术应用于铁路工程的研究方面，朱江[1]针对铁路前期规划、外业勘测以及设计三个阶段分别提出了应用 BIM 技术的设想和规划，为铁路工程应用BIM提供了指导，也为后续研究奠定了基础。Huang，Shih-Fang 等[2]分析了将 BIM 应用于铁路轨道对齐设计的可行性，并利用台湾铁路局某项目的轨道对准数据，对设计精度进行了分析。Akula，Manu 等[3]对 BIM 应用于铁路工程做出了进一步的深入研究，提出应用 BIM 模型提供铁路桥面板段内钢筋位置的 3D 成像，向钻井操作员提供关于根据钻头的位置和方向继续钻井是否安全的实时反馈，避免返工的时间和成本，以便提高工程流程的安全性，生产率和质量。沈东升等[4]从标准规范制定、隧道、BIM 应用研究等 8 方面分析铁路 BIM研发和应用，提出铁路行业 BIM 研发和应用的重点和难点及实施路径。后续 BIM在铁路建设项目中的研究，逐渐由局部工点应用转变为成段应用，由单专业应用发展为向多专业应用，其研究主要围绕以下两个方面展开：
（1）协同设计。铁路工程建设体量大，复杂程度高，涉及多个专业，基于 BIM如何高效、规范地协同各专业之间的设计是铁路 BIM 领域研究的热点方向。目前，针对基于 BIM 的铁路工程协同设计的研究主要有两种模式：一是在现有的 BIM 设计平台基础上，探索铁路工程协同设计的方法。例如，徐博[5]通过对主流 BIM 设计平台的比选，选择 Bentley 平台为基础，根据铁路工程的设计流程，分别演示了各专业工程的设计方法以及信息管理和传递的方式，为基于 BIM 的铁路工程正向设计提出了建议。朱晴晴等[6]基于达索 3DExperience 平台，从骨架驱动设计方法、自上而下设计模式、人员组织管理以及平台权限配置等几个方面总结梳理了铁路工程协同设计的实现方式；杨绪坤等[7]针对铁路多专业集成 BIM 设计系统因大数据渲染效率低下出现的响应迟缓和用户界面停滞问题而研发 CPU 预剪除技术。二是基于 BIM 技术以及协同管理相关理论，构建铁路项目协同管理平台。例如，周颖[8]在复杂科学与涌现理论、协同学、利益相关者等理论的基础上，设计了基于 BIM的铁路工程数字化管理平台，通过构建 BIM 数据结构并进行持久化处理等一系列方式，完成了基于 BIM 的铁路工程数字化协同管理平台的构建。在城市轨道交通领域，研究主要集中于城轨综合体设计以及各专业工程的设计。张灿[9]通过对提升城市轨道交通设计效率的 BIM 协作方案分析，创建了 BIM 协作导则，并利用徐州轨道 2 号线奔腾大道站综合开发规划设计项目为试点，对导则进行了实践。段劲夫[10]对 BIM 三维协同设计模式在地铁车站设计中的应用进行了研究，并针对关键环节提出了建议。
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2 相关理论综述
2.1 IFC 与铁路 BIM 标准
2.1.1 IFC 标准
IFC(Industry Foundation Classes)是由 BuildingSMART 制定的信息交流的标准格式，致力于建筑设计、施工和运维的各类软件的协同工作，涵盖了建筑产品的各个领域在全生命期内的多方面信息，既包括实体概念及信息（如梁、板、柱等），也包括抽象概念及信息（如计划、组织、空间等）。IFC 标准为各类 BIM 软件进行数据交换提供统一的数据架构和文件交换格式，具有较好的开放性，使信息能够在不同软件之间的进行交换和共享，结合目前大多数建筑相关产品提供了 IFC 标准的数据交换接口，这就使得基于 BIM 的多专业设计、管理一体化成为现实。
IFC 标准采用了 STEP 体系中产品数据模型的描述工具——EXPRESS 为描述语言[40]，EXPRESS 语言采用面向对象的机制，规定了简单数据类型、聚合数据类型、构造数据类型、命名数据类型、实体数据类型等多种数据类型，可以用于进行信息建模，所创建的信息模型既能被人可以理解，又可被开发工具等计算机程序识别并解析。模式（Schema）是 EXPRESS 描述数据模型的基础，模式是构造部分或全部模型的数据项的集合，每个模式内包含实体（Entity）、类型（Type）、属性（Property），模式内或模式与模式之间通过函数（Function）、规则（Rule）等建立连接，构成完整的信息模型。
在EXPRESS 语言的数据架构基础上，IFC按照实体（Entity）、函数（Function）、类型（Types）、属性（Property）、属性集（PropertySets）对各个对象进行表达。实体即具有一定相同特点或定义的信息类；函数是实体属性的计算；类型即对象的类型，分为定义、枚举、选择三种；属性是对对象的说明和描述，多个属性通过关系实体与构件实体相关联，可形成构件属性的集合，即属性集。
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2.2 本体论
2.2.1 本体基本概念和描述语言
（1）本体基本概念
本体（Ontology）最早出现于哲学领域，探究事物的本源是什么，即如何定义和描述事物。随着信息技术的发展，为使计算机能理解人类语言，本体被逐渐引入并应用于信息科学界。20 世纪 90 年代初，Perez 等[42]针对本体给出了“共享概念模型的明确的形式化规范说明”的定义，即从某领域内抽象出一系列概念，概念与概念之间通过明确地对关系和规则定义建立出能被计算机程序可理解和处理的语义模型，从而对某个领域的知识进行描述。本体是对知识的结构化凝结，可以描述种类繁多的知识，其基本元素可以用以下公式[43]表示：
（2）本体描述语言
本体的语义模型需要通过本体描述语言来表达，就像 BIM 数据需要通过开放性数据标准来表达。目前本体描述语言有很多，如可扩展标记语言 XML（eXtensibleMarkup Language）、资源描述框架 RDF（ResourceDescriptionFramework）、网络本体语言 OWL（OntologyWebLanguage）等。与 XML、RDF 相比，OWL 拥有更大的词汇表，是能被计算机解析和处理的更强大的语言，也是目前应用最广泛的本体描述语言。如表2-3所示，其基本元素由类（Class）、属性（Property）、实例（Instances）组成，并提供了对类和类的属性、实例和实例的属性的推理功能，由于用 OWL 描述的领域知识是有逻辑的，因此具有计算机可识别的“语义”，主要应用于语义网（Web）领域。除语义模型的表达能力外，OWL 对推理机制的支持等方面，与其它本体描述语言相比也具有明显的优势，OWL 利用 SWRL（Semantic Web RuleLanguage）对推理中用到的规则进行定义描述，并通过 Jes
