高速铁路工程建设是复杂的系统性工程,具有时间跨度长、涉及专业广、投资规模大、面临风险因素多等特点,尤其是在特殊的地理、地质条件下,施工工艺、工法复杂,各施工工序之间相互联系、相互制约,各专业间接口错综复杂,施工组织管理困难,施工难度大,风险高。如何将施工过程形象化展示,逼真地呈现施工各环节之间复杂的动态时空关系,实现施工方案直观形象表达和分析,有效排查施工过程中存在的安全隐患,是提高施工效率和施工管理现代化水平的关键。本文面向高速铁路工程施工过程中各工序之间复杂动态的时空关系,提出BIM与3D GIS集成的施工动态仿真方法。首先,针对各专业特点和仿真要求,提出了模型驱动的构件级高速铁路工程三维建模方法:采用参数化、基元模型库、BIM等不同建模方法,实现多尺度铁路工程实体模型快速生成;其次,设计了多层次语义映射的BIM与3D GIS模型数据交换和共享方法,从几何、语义、属性、编码等方面,实现BIM与3D GIS的数据共享与深度融合;然后,研究了基于虚拟地理环境的施工动态仿真方法,实现模型关节驱动的施工工序和工法仿真,以及数据驱动的施工进度仿真;最后,设计研制了高速铁路施工动态仿真原型系统,对本文的方法进行了验证。具体研究内容如下:（1）模型驱动的构件级高速铁路工程三维建模方法。对铁路各专业特点进行分析,结合施工管理应用需求,构建了涵盖工点模型参数、基元模型的多细节层次基元模型库;研究了参数驱动的路桥隧规则模型自动建模方法、模型驱动的复杂四电设备设施装配式建模方法、定位骨架与特征参数约束的BIM精细化建模方法,实现对复杂铁路工程构件级三维模型的自动化快速重建。（2）多层次语义映射的BIM模型与3D GIS模型的融合与共享方法。针对当前铁路工程模型缺乏统一BIM建模标准问题,研究BIM模型分类与编码标准、BIM模型存储标准、BIM模型交付标准等;研究顾及多层次语义约束的BIM模型与3D GIS模型自动转换方法,实现铁路工点BIM参数化模型向多层次细节几何模型的无损转换;研究多层次语义映射的铁路工程信息共享方法,实现基于BIM和3D GIS集成的工程信息共享应用。（3）基于虚拟地理环境的高速铁路施工动态仿真方法。研究构建顾及施工机械关节动态的施工工法推演方法,建立模型构件与施工机械关节之间的联动,构建施工机械关节联动模型与施工工法参数化表达,实现顾及施工机械动态作业状态的施工过程仿真;研究高速铁路虚拟场景构建方法,在虚拟地理环境中以三维仿真的方式呈现整个施工过程。（4）研制了高速铁路施工动态仿真原型系统。基于统一的分类编码标准、空间坐标基准、建模标准、数据存储标准,通过对时空数据进行规范化、标准化处理,建立三维空间信息平台,实现多源异构数据的集成管理。利用BIM模型对其所涉及的资源、活动和产品等进行有效组织和管理,实现基于BIM模型的工点工程质量、安全、进度、费用等信息的融合查询与分析。同时,利用3D GIS平台对多源异构数据集成管理的优势,满足微观到宏观,不同尺度、粒度和阶段的仿真应用需求。依托京雄、盐通等实际工程项目验证了本文提出的BIM与3D GIS集成的高速铁路动态仿真方法的有效性,在优化施工方案,提高工程管理效率和质量等方面发挥了重要作用。