BIM技術(shù)在城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用研究

李明軍 王利偉 張魯明

摘 要：目前，建筑信息模型（BIM）技術(shù)在國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)逐步展開(kāi)，但各地的 BIM 技術(shù)應(yīng)用均以局部應(yīng)用為主，缺乏系統(tǒng)性。文章通過(guò)分析城市軌道交通行業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題及其原因，提出 BIM 技術(shù)應(yīng)用的總體目標(biāo)，并指出實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的具體途徑，即優(yōu)化組織管理，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，落實(shí) BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等不同階段的應(yīng)用點(diǎn)，以使 BIM 技術(shù)應(yīng)用貫穿建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期并覆蓋項(xiàng)目管理的各個(gè)方面，發(fā)揮其真正價(jià)值。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;BIM 技術(shù);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TU3

2016年9月，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《 2016 — 2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出“十三五”時(shí)期應(yīng)全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通信、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等信息技術(shù)的集成應(yīng)用能力。此后，建筑業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平得到顯著提升，初步建成了一體化的行業(yè)監(jiān)管和服務(wù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務(wù)能力明顯提高，產(chǎn)生了一批具有較強(qiáng)信息技術(shù)創(chuàng)新能力、信息化應(yīng)用達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的建筑企業(yè);擁有關(guān)鍵自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建筑業(yè)信息技術(shù)企業(yè)也日漸增多。城市軌道交通行業(yè)應(yīng)結(jié)合目前技術(shù)發(fā)展及行業(yè)政策的背景，積極探索“互聯(lián)網(wǎng)+”形勢(shì)下的管理和生產(chǎn)新模式，深入研究BIM、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

1 存在的問(wèn)題及其原因

目前，BIM技術(shù)在我國(guó)城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)逐步展開(kāi)，上海、廣州等城市在這方面做了較多嘗試。但是，由于缺乏統(tǒng)一的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加上各單位存在認(rèn)識(shí)的局限性，組織管理有欠缺，軟件不完備，團(tuán)隊(duì)專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)等諸多因素，目前各地的BIM技術(shù)應(yīng)用以局部應(yīng)用為主，缺乏系統(tǒng)性。而導(dǎo)致這些問(wèn)題的主要原因如下。

（1）應(yīng)用軟件不統(tǒng)一。BIM技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用軟件多達(dá)幾百種，雖然國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）正在努力推廣工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)（IFC）等數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，但由于軟件廠(chǎng)商利益格局難以打破，軟件之間的互通性仍然非常差，這必然導(dǎo)致應(yīng)用BIM技術(shù)的成本上升。

（2）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。城市軌道交通行業(yè)的BIM技術(shù)應(yīng)用涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、咨詢(xún)、施工、材料設(shè)備供應(yīng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多家單位，而這些單位采用的軟件、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式往往各不相同，因此各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)之間無(wú)法進(jìn)行信息的連接和傳遞，形成一個(gè)個(gè)信息孤島，導(dǎo)致BIM技術(shù)的效能難以發(fā)揮。

（3）缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的建筑材料與設(shè)備編碼庫(kù)。由于城市軌道交通行業(yè)的建筑材料與設(shè)備品種繁多、規(guī)格不一，制訂統(tǒng)一、規(guī)范的編碼標(biāo)準(zhǔn)難度較大，因此極大影響了城市軌道交通行業(yè)信息化的進(jìn)程。

（4）城市軌道交通工程基本構(gòu)件需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。城市軌道交通工程涉及專(zhuān)業(yè)眾多，除建筑、結(jié)構(gòu)、風(fēng)、水、電之外，還涉及線(xiàn)路、限界、軌道、通信、信號(hào)、牽引供電、自動(dòng)售檢票（AFC）、綜合監(jiān)控、乘客信息（PIS）、屏蔽門(mén)等10多個(gè)專(zhuān)業(yè)的20多種設(shè)備系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用才剛剛起步，許多基礎(chǔ)性工作尚未完成，尤其是與城市軌道交通各專(zhuān)業(yè)相關(guān)的大量基本標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件需要建模開(kāi)發(fā)。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用的總體目標(biāo)

2.1 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的系統(tǒng)性應(yīng)用是指使BIM技術(shù)應(yīng)用貫穿建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期，覆蓋項(xiàng)目管理的各個(gè)方面，且做到信息共享、數(shù)據(jù)傳承。系統(tǒng)性應(yīng)用的特征如下：

（1）統(tǒng)一性，即采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一模型;

（2）延續(xù)性，即模型可沿用更新，數(shù)據(jù)可流轉(zhuǎn)傳承;

（3）全程性，即貫穿項(xiàng)目的全生命周期，包括項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等階段;

（4）全面性，即滲透到協(xié)同、投資、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、信息等各方面的管理工作中;

（5）廣泛性，即涉及建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、咨詢(xún)、設(shè)備供應(yīng)商等多個(gè)參建單位。

2.2 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化應(yīng)用

將BIM技術(shù)應(yīng)用與項(xiàng)目管理結(jié)合起來(lái)，建立BIM技術(shù)應(yīng)用管理平臺(tái)，使其在投資、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、信息等方面真正發(fā)揮項(xiàng)目管理的作用。該平臺(tái)包含的模塊及其功能如下：

（1）協(xié)同管理模塊，負(fù)責(zé)計(jì)劃、圖紙及設(shè)計(jì)協(xié)同的管理;

（2）規(guī)劃設(shè)計(jì)模塊，負(fù)責(zé)路網(wǎng)規(guī)劃、線(xiàn)路規(guī)劃、管線(xiàn)綜合、方案比選等;

（3）信息管理模塊，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)體系、建模標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件庫(kù)的管理;

（4）投資控制模塊，負(fù)責(zé)投資統(tǒng)計(jì)、概算、招標(biāo)、竣工管理及驗(yàn)工計(jì)價(jià);

（5）進(jìn)度控制模塊，負(fù)責(zé)控制總體進(jìn)度、形象進(jìn)度、實(shí)物量進(jìn)度，以及進(jìn)行進(jìn)度模擬和偏差分析;

（6）施工管理模塊，負(fù)責(zé)材料管理、交通導(dǎo)改、拆遷管理;

（7）質(zhì)量控制模塊，負(fù)責(zé)質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)、追蹤記錄、資料管理、檢驗(yàn)批管理;

（8）運(yùn)維管理模塊，負(fù)責(zé)資產(chǎn)管理、隧道監(jiān)控，以及軌道、車(chē)輛和信號(hào)系統(tǒng)的檢測(cè)維護(hù)等。

2.3 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化建設(shè)與管理

利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)城市軌道交通BIM信息進(jìn)行集成利用，推進(jìn)城市軌道交通建設(shè)的自動(dòng)化、智能化。

3 目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑

3.1 優(yōu)化組織管理

對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用的組織管理進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)遵循以下4 個(gè)原則。

（1）統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)原則。城市軌道交通項(xiàng)目參建單位眾多，職能各異，對(duì)BIM技術(shù)的認(rèn)識(shí)水平、掌握程度、應(yīng)用理解與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)差異較大。為實(shí)現(xiàn)有效管理，保證項(xiàng)目科學(xué)、有序地開(kāi)展，必須由建設(shè)單位作為主體責(zé)任方，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌計(jì)劃、組織、領(lǐng)導(dǎo)，以控制項(xiàng)目進(jìn)程，協(xié)調(diào)各參與單位的工作。

（2）領(lǐng)導(dǎo)決策原則。BIM技術(shù)應(yīng)用是“一把手”工程，各級(jí)應(yīng)用部門(mén)應(yīng)由建設(shè)單位主要領(lǐng)導(dǎo)直接負(fù)責(zé)，明確各方分工及職責(zé)，建立管理制度，及時(shí)溝通交流信息，匯報(bào)階段進(jìn)展，協(xié)商解決問(wèn)題。

（3）分層管理原則。BIM技術(shù)應(yīng)用管理實(shí)行總公司和項(xiàng)目公司2級(jí)管理?？偣矩?fù)責(zé)基礎(chǔ)性、整體性的BIM技術(shù)應(yīng)用管理工作，包括總體協(xié)調(diào)、平臺(tái)、接口、服務(wù)器、標(biāo)準(zhǔn)、培訓(xùn)以及常規(guī)技術(shù)支持等。項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)組織BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，包括各階段建模、方案比選、設(shè)計(jì)優(yōu)化、投資優(yōu)化管理、管線(xiàn)綜合排布、技術(shù)交底、方案模擬、進(jìn)度管理、運(yùn)維管理等。

（4）專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)原則。鑒于BIM技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性，可聘請(qǐng)BIM技術(shù)咨詢(xún)單位協(xié)助各級(jí)應(yīng)用部門(mén)的組織管理工作，并提供技術(shù)支持，其具體職責(zé)包括：編制BIM技術(shù)實(shí)施方案，為各方開(kāi)展BIM技術(shù)應(yīng)用制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、工作流程等，建立示范模型，提供培訓(xùn)支持，協(xié)助建設(shè)方進(jìn)行竣工管理及模型試運(yùn)營(yíng)等。

3.2 建設(shè) BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

城市軌道交通BIM模型的創(chuàng)建和交付需要具有可操作性、兼容性強(qiáng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的模型數(shù)據(jù)端口，以實(shí)現(xiàn)城市軌道交通參建單位在同一數(shù)據(jù)體系之下的工作與交流，以及廣泛的數(shù)據(jù)交換和共享。

制定BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)須遵循以下原則：

（1）合規(guī)性原則，即符合國(guó)家或地方政策和標(biāo)準(zhǔn)的框架范圍;

（2）實(shí)用性原則，即符合工程項(xiàng)目實(shí)施的具體情況和各個(gè)階段需求重點(diǎn);

（3）全面性原則，即滿(mǎn)足項(xiàng)目全生命周期不同階段、不同內(nèi)容的系統(tǒng)性應(yīng)用要求;

（4）可擴(kuò)展性原則，即BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能夠在不改變?cè)锌蚣荏w系的前提下不斷進(jìn)行補(bǔ)充完善;

（5）系統(tǒng)性原則，即對(duì)管理、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、模型創(chuàng)建等做出系統(tǒng)的規(guī)定。

3.3 完善 BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

城市軌道交通項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等階段均會(huì)不斷產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集、管理和利用，是未來(lái)城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是智慧地鐵的核心技術(shù)。通過(guò)建立BIM數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，可極大提高城市軌道交通企業(yè)的綜合管理水平。BIM技術(shù)所收集的數(shù)據(jù)包括三維模型數(shù)據(jù)（圖1），構(gòu)件、構(gòu)件庫(kù)、材料設(shè)備數(shù)據(jù)，管理過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)間進(jìn)度數(shù)據(jù)，成本造價(jià)數(shù)據(jù)，運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等。但這些數(shù)據(jù)多是在不規(guī)范、不系統(tǒng)、不科學(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上形成的，因此數(shù)據(jù)管理的首要任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)考慮不同BIM軟件之間格式的標(biāo)準(zhǔn)化，以及對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。

3.4 落實(shí)各階段 BIM 技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)

BIM技術(shù)在城市軌道交通的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等不同階段有不同的應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)不同階段的不同要求將其應(yīng)用落到實(shí)處，具體如下：

（1）總體設(shè)計(jì)階段，BIM模型深度需達(dá)到細(xì)節(jié)級(jí)別（LOD）100級(jí)，主要應(yīng)用方向有實(shí)景建模、GIS、三維線(xiàn)路及站位方案比選;

（2）初步設(shè)計(jì)階段，BIM模型深度需達(dá)到LOD 200級(jí)，主要應(yīng)用方向有三維管線(xiàn)搬遷、交通導(dǎo)改、三維地質(zhì)、建筑設(shè)計(jì)及分析等;

（3）施工圖設(shè)計(jì)階段，BIM模型深度需達(dá)到LOD 300級(jí)，主要應(yīng)用方向有協(xié)同設(shè)計(jì)、管線(xiàn)綜合、裝修效果可視化、大型設(shè)備檢修路徑復(fù)核、三維客流仿真、三維漫游等;

（4）深化設(shè)計(jì)和建設(shè)安裝階段，BIM模型深度需達(dá)到LOD 400級(jí)，主要應(yīng)用方向有二維碼應(yīng)用與管理、可視化交底、施工場(chǎng)地管理、特殊工藝模擬、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造模擬、大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)路徑模擬、施工數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及可視化、三維激光放樣、三維掃描質(zhì)量復(fù)核、預(yù)制構(gòu)件信息管理、計(jì)量支付控制等;

（5）驗(yàn)收階段，BIM模型深度需達(dá)到LOD 500級(jí)，主要應(yīng)用方向有數(shù)字化驗(yàn)交、點(diǎn)云掃描對(duì)比、設(shè)備部件信息錄入;

（6）運(yùn)維階段，BIM模型深度需達(dá)到LOD 500級(jí)，主要應(yīng)用方向有工單管理、備品備件管理、漫游巡檢、空間精確定位、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、故障分析、模擬實(shí)景培訓(xùn)、安全防控、應(yīng)急處理、虛擬應(yīng)急演練、能耗管理與分析等。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)應(yīng)用“三分技術(shù)，七分管理”，因此應(yīng)該首先加強(qiáng)項(xiàng)目組織管理，將其作為“一把手”項(xiàng)目進(jìn)行推動(dòng);其次，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，打破不同專(zhuān)業(yè)、不同階段的數(shù)據(jù)格式壁壘，降低BIM技術(shù)的應(yīng)用難度，提升其應(yīng)用效率。雖然目前BIM技術(shù)由于受制于多方面的因素尚未得到很好的應(yīng)用，但其具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在其引領(lǐng)之下，城市軌道交通行業(yè)將結(jié)束設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維分離的狀態(tài)，進(jìn)入多專(zhuān)業(yè)協(xié)同、基于同一模型進(jìn)行全過(guò)程整體應(yīng)用的新時(shí)期。

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收稿日期 2019-06-24

責(zé)任編輯 蘇靖棋