基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理研究

劉麗娜　 張　詣

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院　 河北石家莊　050061）

基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理研究

劉麗娜 張詣

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院 河北石家莊050061）

在軌道交通項目整個生命周期中參與方眾多，產(chǎn)生的信息類型復雜，形式多樣，數(shù)量龐大，使得在管理的過程中信息溝通不暢、信息流失嚴重，在很大程度上制約了項目管理水平和管理效率的提高。以軌道交通項目信息管理為研究對象，進行項目建設各階段的信息分析與BIM應用研究，提出基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理框架體系，實現(xiàn)軌道交通項目整個生命周期中信息的有效溝通，為全生命周期信息管理提供了理論支持。

軌道交通項目 信息管理 全生命周期 BIM

1　引言

我國正處于城市軌道交通建設的高速發(fā)展時期，并且已經(jīng)取得了相當大的成就。據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)計，目前我國獲批軌道交通建設規(guī)劃的城市已達36個，2014年全國城市軌道交通投資將達2200億元，比去年增加400億元。至2015年前后，將規(guī)劃建設96條軌道交通線路，總投資超過1萬億元。

我國城市軌道交通建設速度提高的同時，城市軌道交通的建設管理水平也在探索和實踐中不斷前行，盡管如此，我國在城市軌道交通建設工程方面的管理經(jīng)驗顯然還不充足。城市軌道交通項目的建設決策和實施過程，既是物資生產(chǎn)過程，也是信息的生成、傳遞、處理和應用過程。城市軌道交通工程建設信息涉及多部門、多環(huán)節(jié)、多專業(yè)、多渠道，工程信息量大，來源廣泛。工程項目建設實施的整個過程十分依賴信息，信息是投資決策項目建設生產(chǎn)的依據(jù)、是業(yè)務處理過程之間邏輯關系的紐帶、是項目組織要素之間聯(lián)系的主要內(nèi)容。

目前軌道交通行業(yè)設計、建設、運營的分離現(xiàn)狀及采用傳統(tǒng)二維設計帶來的信息量限制及建設過程信息的缺失，給軌道交通項目建成后的運營維護管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。BIM（建筑信息模型）技術(shù)的應用可以有效地解決信息記錄、傳承問題。BIM通過在設計階段建立項目的三維建筑模型，繼而錄入建設過程中項目的土建、機電設備等相關信息，打造一個融設計、建設、運營等項目全生命周期的數(shù)字化、可視化、一體化系統(tǒng)信息管理平臺，真正實現(xiàn)運營維護的信息化。

2　BIM的概念和應用

BIM概念產(chǎn)生于十九世紀 70 年代，是由美國喬治亞技術(shù)學院 Chuck Eastman博士提出的：“建筑信息模型綜合了所有的幾何模型信息、功能要求和構(gòu)件性能，將一個建筑項目整個生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個單獨的建筑模型中，而且還包括施工進度、建造過程、維護管理等的過程信息”[1]。除此之外，國內(nèi)外不同的組織和科研機構(gòu)對BIM概念的解釋還有很多種，但綜合來看都強調(diào)了以下幾點：①BIM是一個數(shù)據(jù)模型；②BIM 包含的信息不僅有設施或建筑物本身的幾何特征，還包括物理特性、功能特性以及相關的全生命周期各類信息；③BIM所包含的各類信息之間相互關聯(lián)，可以進行運算，強調(diào)了對信息數(shù)字化的要求[2-4]。

建筑信息模型不僅在工程的設計和施工階段通用，而且可以支持建設項目生命期的信息管理，使得項目全生命期的信息能夠得到有效的組織和追蹤，保證信息從一階段傳遞到另一階段時不會發(fā)生“信息流失”，減少信息歧義和不一致。美國 bSa（buildingSMART alliance）對BIM在美國建筑、設計、施工領域的應用進行了調(diào)查研究，并總結(jié)了目前BIM的25種不同應用[5]。其調(diào)查結(jié)果表明，BIM的應用貫穿建設項目全生命周期，BIM應用根據(jù)功能特點的不同，有些會跨越多個階段，如成本預算，有些則只是針對特定的階段，如場地使用規(guī)劃[6]。

BIM的價值是體現(xiàn)在建設項目的全生命周期各階段的實踐。但是目前國內(nèi)BIM的應用集中體現(xiàn)在設計階段，再加上各個階段相對獨立，項目各參與方信息傳遞過程中的丟失，各個階段的協(xié)同應用還未很好實現(xiàn)，所以要想實現(xiàn)BIM的價值最大化，就必須在建設項目的全生命周期中進行統(tǒng)一協(xié)同的實踐應用。

3　軌道交通項目全生命周期的信息分析與BIM應用

軌道交通建設項目不同階段責任方不同，生產(chǎn)目標也不同，因此所生產(chǎn)和需要的信息也不同，并且某一階段產(chǎn)生的信息可能被其他階段的工作所使用，因此應從全生命周期的角度對各個階段的信息進行分析[7-8]。

3.1規(guī)劃階段

城市軌道交通是城市交通的大動脈，起著骨干作用，因此在城市軌道交通規(guī)劃階段要做大量的準備工作，特別是應當結(jié)合城市的總體規(guī)劃和交通規(guī)劃，進行充分論證，以使項目更具合理性，并能保證城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展。影響城市軌道交通規(guī)劃的因素很多，包括自然、社會、經(jīng)濟、工程、環(huán)境等多方面，它們相互影響、相互制約，也導致了城市軌道交通規(guī)劃方案的多樣性。規(guī)劃階段的信息主要有地質(zhì)數(shù)據(jù)、道路幾何特征、人口密度、出行分布等，見圖1。將BIM技術(shù)運用于軌道交通的規(guī)劃設計當中，構(gòu)建3D模型直觀展示城市軌道交通整體的規(guī)劃布局、平立面分布、選址環(huán)境等，并賦予模型豐富的數(shù)據(jù)信息。本著城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展的思想，通過對這些模型信息的計算和分析，業(yè)主方可以選擇適合的路網(wǎng)規(guī)劃方案。

圖1　規(guī)劃階段信息框架

3.2設計階段

城市軌道交通的設計是多學科、多專業(yè)、技術(shù)含量高的結(jié)合，是規(guī)劃、客流預測、線路、站場、軌道、限界、行車組織、列車、建筑、結(jié)構(gòu)、橋梁、防水、施工技術(shù)、供電、通信、信號、環(huán)境控制、給排水、消防、防災報警、設備監(jiān)控、自動售檢票、環(huán)保等系統(tǒng)的組合[9]。相比規(guī)劃階段的設計，設計階段的建筑信息模型更加復雜具體，需要創(chuàng)建大量的信息，并且會有大量的不同專業(yè)的相關人員介入此過程，包括建筑設計師、結(jié)構(gòu)工程師、水暖電工程師、造價工程師等等。設計階段的信息不僅包括軌道交通建筑實體的各基本對象（隧道壁、道床軌道、墻、樓梯、鋼軌、軌枕、樓板、門等）的規(guī)模尺寸、空間拓撲關系、空間分配關系、外觀真實表現(xiàn)等，還包括相應的結(jié)構(gòu)設計信息、水電暖系統(tǒng)設計信息等，見圖2。采用BIM應用軟件進行三維可視化設計，表達更形象，便于各專業(yè)協(xié)同設計，避免沖突；所有信息一致、聯(lián)動，并能自動生成各類圖紙和數(shù)據(jù)表格，讓設計工作和決策更加高效、便捷；進度和成本等數(shù)據(jù)的加入，讓決策管理更加科學。

圖2　設計階段信息框架

3.3施工階段

城市軌道交通地點多在建筑密集區(qū)域，交通情況復雜，各種地下管線密布；建設所需的機械設備龐大復雜、品種多、操作專業(yè)性強；工程多處于地表以下，地質(zhì)條件復雜、不可預見的因素多[10]。因此城市軌道交通的施工難度很大，且風險較高。在城市軌道交通的施工階段，設計階段通過BIM技術(shù)形成的建筑信息模型能給施工階段帶來很大的幫助。施工階段的基本信息可直接從設計階段的信息模型中提取，再從進度、質(zhì)量、資源等方面進行信息擴展，逐步完善施工階段的信息模型。施工階段的擴展信息是根據(jù)施工管理目標增加的信息，主要包括進度信息、成本信息、施工方案、質(zhì)量信息、安全信息、資源信息等。施工人員可以采用施工信息模型的可視化功能對施工中可能遇到的各專業(yè)、各系統(tǒng)之間如管線碰撞等問題進行檢查，反饋并修改施工設計，從而減少返工現(xiàn)象并節(jié)約成本。還可以先應用BIM技術(shù)中的模擬技術(shù)，進行施工模擬、安裝過程模擬、結(jié)構(gòu)安全分析以及安全控制管理等，大大提高施工的安全可靠性，并避免不必要的返工，減少資源的浪費，提高施工的質(zhì)量和進度。

3.4運營階段

城市軌道交通的運營階段是城市軌道交通建設的最后階段，也是規(guī)劃、設計、施工階段的最終體現(xiàn)。城市軌道交通的運營管理包括城市軌道交通運行組織管理、維護管理和經(jīng)營管理三個方面。其中城市軌道交通運行組織管理是指在一定的設備條件下，設計出良好的運輸計劃，滿足乘客在出行安全、距離、速度、舒適性和準點性等方面的要求[11]。在運營階段，可以向城市軌道交通的BIM模型注入關于客流數(shù)據(jù)、車輛的運行記錄、維修記錄、財務狀況等信息。依據(jù)人流密度的變化，可以調(diào)整車輛的組織運行方案；對財務信息的提取加工，可以進行運營成本分析；通過維修記錄和監(jiān)控數(shù)據(jù)，能迅速發(fā)現(xiàn)運營中的隱患，并能快速找到發(fā)生故障的位置進行維護，保障運營的安全等等。

3.5全生命周期信息集成模型

城市軌道交通全生命周期信息集成的基礎和關鍵是創(chuàng)建BIM建筑信息模型。BIM中的信息是以建筑產(chǎn)品信息為核心的全生命周期信息，隨著項目的進展，各類信息不斷得到補充和完善。在設計階段所產(chǎn)生的主要是與建筑產(chǎn)品相關的信息和數(shù)據(jù)，如幾何尺寸、成本數(shù)據(jù)、功能特性等，該階段的信息可集成為建筑產(chǎn)品信息模型；在施工階段，主要產(chǎn)生組織、過程、進度等項目管理信息，將包含建筑產(chǎn)品信息的模型與項目管理信息相結(jié)合，形成施工信息模型；在運營維護階段，將施工信息模型與包含有運營維護信息的設施管理模型相結(jié)合，形成運營管理信息模型，而運營管理信息模型就是最終所形成的城市軌道交通全生命周期信息集成模型。

4　基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理框架的構(gòu)建

城市軌道交通全生命周期信息的信息量大，來源廣泛，涉及多個專業(yè)、多個環(huán)節(jié)、多種渠道，信息管理十分復雜。傳統(tǒng)的信息管理方式凌亂無序，信息利用率低。因此基于BIM的信息管理框架的構(gòu)建思路的核心就是要改變傳統(tǒng)的信息傳遞和共享方式，通過BIM將不同階段、不同參與方之間的信息有效地集成起來，真正實現(xiàn)軌道交通項目全生命周期的信息管理。

基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理框架如圖3所示，該框架由數(shù)據(jù)層、模型層和功能模塊層三個部分構(gòu)成。

圖3　基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理框架

數(shù)據(jù)層是一個BIM 數(shù)據(jù)庫，它是信息管理框架的基礎。BIM 數(shù)據(jù)庫相當于一個信息存儲平臺，保證不同BIM應用之間的信息共享、提取、關聯(lián)及擴展。通過數(shù)據(jù)層，可避免建設信息的重復輸入，減少不必要的人力和財力的投入，以提高信息使用效率，節(jié)約工期和成本。

模型層是承載信息的載體，它在基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理框架中起到了核心作用，因為其針對功能模塊層不同的 BIM 應用需求，從數(shù)據(jù)層獲取信息，產(chǎn)生相應的子信息模型。在這個過程中，充分發(fā)揮了 BIM 的關聯(lián)修改、一致性、協(xié)同工作等特點，真正實現(xiàn)了 BIM 在全生命周期各個階段的集成應用。

功能模塊層是由 BIM 在項目管理中的應用構(gòu)成，這些管理功能模塊會自動將分析結(jié)果反饋給相應的專業(yè)人員，由專業(yè)人員將信息數(shù)據(jù)存儲到BIM 數(shù)據(jù)庫中，以方便后續(xù)階段、和參與方使用，提高信息的利用率，使項目效益最大化。

5　結(jié)論

將BIM技術(shù)引入軌道交通項目全生命周期信息管理中，通過對軌道交通項目全生命周期各階段的信息分析與BIM應用研究，提出基于BIM的軌道交通項目全生命周期信息管理框架，可以有效避免信息管理過程中信息流失和溝通不暢等問題，為軌道交通項目全生命周期信息管理提供了理論支持，有利于全生命周期信息管理目標的實現(xiàn)。

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Research on Lifecycle Information Management of Rail Transportation Projects Based on BIM

LIU Li-na ZHANG Yi
(Shijiazhuang Institute of Railway Technology ShijiazhuangHebei050061China)

There are different kinds of parties working in building sectors throughout the lifecycle in rail transportation projects, which results in a complexity of large amounts of generated information. Hence it produces an obvious obstacle in information communication and information sharing among each party. Because of lack of information, it has much impact on the efficiency of project management. According to the information management through lifecycle in rail transportation projects, this paper carries out information analysis and researches the application of BIM at each stage of project construction. The lifecycle information management framework system of rail transportation projects based on BIM is proposed which implements effective information communication in the whole lifecycle of rail transportation projects. The research provides theory support to construction projects’ lifecycle information management.

rail transportation projects information management lifecycle BIM

文獻標識碼：A文章編號：1673-1816(2016)03-0079-05

2016-06-18

劉麗娜（1979-），女，漢，河北石家莊人，碩士，副教授，研究方向領域為虛擬現(xiàn)實，數(shù)據(jù)挖掘。

河北省人力資源和社會保障研究課題（JRS-2016-1043）；河北省科技計劃項目（15270330）；河北省高等學?？茖W技術(shù)研究重點基金項目（ZD2016057）