建設基于BIM的新一代智慧地鐵

文｜尤旭東

建設基于BIM的新一代智慧地鐵

文｜尤旭東

尤旭東，高級工程師，現(xiàn)任上海軌道交通13號線發(fā)展有限公司董事長兼總經(jīng)理。上海市城鄉(xiāng)建設和管理委員會科學技術委員會評審專家，參加軌道交通建設管理及技術研究逾30年，長期致力于軌道交通項目建設管理及技術研究工作，提出和定義了一系列復合地層盾構施工技術的新觀點、新方法，發(fā)表地鐵建設、盾構技術方面論文10余篇，主編著作5本，獲上海市科學技術進步獎、上海土木工程科技技術獎、上海市優(yōu)秀工程咨詢成果獎等獎項，多次獲“上海重點工程實事立功競賽建設功臣”等榮譽稱號。

上海地鐵建設者在不到30年的時間里，建成了600多公里的軌道交通，創(chuàng)造了一個奇跡。此時恰逢信息時代的到來，給我們帶來巨大的機遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)地鐵建設應向精細化管理、標準化建設、減員增效方向發(fā)展，要實現(xiàn)這些目標只有通過變革與創(chuàng)新才能打造新一代的智慧地鐵。我們認為智慧地鐵應由智慧設計、智慧建造、智慧運維三個部分組成。

基于BIM的智慧設計

智慧設計是由BIM正向設計結合多項目、多專業(yè)系統(tǒng)集成云平臺來實現(xiàn)的。以前幾乎所有設計都是用CAD的二維設計，再生成BIM模型來進行三維運用的，這種設計方法效率比較低，出圖周期較長，發(fā)現(xiàn)問題較晚。在新一代的智慧設計中，我們要求直接通過BIM的三維模型生成設計圖紙，這就是所謂的正向設計。正向設計能大大提高出圖效率，并在第一時間發(fā)現(xiàn)問題，提高設計質(zhì)量。BIM正向設計與多項目、多專業(yè)集成云平臺能實現(xiàn)智慧設計。多項目、多專業(yè)是指每個項目、每個專業(yè)都建立BIM模型，都在同一個云平臺上進行協(xié)調(diào)整合。

上海13號線淮海中路站運用BIM正向設計和多項目、多專業(yè)的系統(tǒng)集成并建模

在上海13號線淮海中路站，這個站的基坑深達33米，地下六層，是上海迄今為止最深的車站；地下連續(xù)墻深達71米，相當于一個樂山大佛的高度。同一地塊上，同時有向明中學、龍鳳地塊和13號線淮海中路站三個項目在進行建設。在這個項目中，我們運用BIM正向設計和多項目、多專業(yè)的系統(tǒng)集成，對每個項目建立模型，對每個接口進行有機處理，使這個超級困難的工程得以順利建成。

基于BIM的智慧建造

上海地鐵建設者把BIM模型輕量化和移動互聯(lián)、信息集成整合在一起，實現(xiàn)了PIP。所謂PIP，就是項目信息門戶，PIP是將設計、投資、進度、現(xiàn)場、遠程監(jiān)控、視頻監(jiān)控等多個系統(tǒng)整合在一起。BIM模型在之前運用過程中發(fā)現(xiàn)有兩個問題，一是對硬件的要求特別高，二是由于它的硬件要求高，導致受眾面非常狹窄，基本只有個別人員在使用，無法發(fā)揮BIM的功效。這兩個問題對BIM的推廣使用帶來了很大的限制。為此，上海地鐵建設者首先做到了BIM模型的輕量化，讓他得以在手機端能夠飛速運行。信息集成使我們在施工現(xiàn)場有許多管理手段，而這些手段都各自為政，形成許多信息孤島，使得施工管理不夠精細高效，為此我們建立了一個基于BIM模型的門戶平臺將現(xiàn)場所有的管理手段整合在一起，實現(xiàn)互聯(lián)互通。

輕量化加信息集成的PIP已在13號線各工地全面推廣使用，提高了管理功效，收到了較好的效果。使用者進入這樣一個門戶后，可以各取所需來完成自己的目標。

PIP：實現(xiàn)一機在手，盡在掌握。

BIM+GIS→領導駕駛艙

在地理信息上加載BIM模型和項目信息，讓領導者能夠對項目情況做到一目了然。

BIM模型的輕量化得以在手機端能夠飛速運行

如圖1，13號線位走向在上海城市地圖上得以顯現(xiàn)，每個站點地理位置非常清晰，每個站點都有模型，每個模型都有項目信息，每條信息都有處理情況統(tǒng)計，領導者可以據(jù)此實時掌握工程情況。

BIM+進度管理→4D

圖2中清晰顯現(xiàn)了周計劃和周完成情況，不僅有時間軸比較，還可以在模型上找到具體部位進行比較，從中分析原因，采取措施，使得計劃控制更為直觀高效。

BIM+成本中心→5D

PIP將設計、投資、進度、現(xiàn)場、遠程監(jiān)控、視頻監(jiān)控等多個系統(tǒng)整合在一起

圖1 BIM+GIS→領導駕駛艙

圖2 BIM+進度管理→4D

圖3 BIM+成本中心→5D

如圖3在PIP項下的投資管理，把BIM精確算量的功能運用到工程量清單的技術當中，基本上可以實現(xiàn)真實情況下的工程量清單，所以成本中心就是把概算分解到最小的核算單元，每個合成單元都是一個程序，這個其實是投資管理的理念，我們就是用算量的工具和管理的理念結合，更好地進行投資控制。

BIM＋物聯(lián)網(wǎng)→物料溯源

在現(xiàn)場管理中對物料管理一直來沒有很好的手段來加以管控。質(zhì)量低劣的材料仍舊混跡于重大工程中，監(jiān)理單位面對大量進場材料往往也難以應付，材料使用信息更是少有保存，可以說工程材料幾乎難以溯源。上海13號線項目公司在上?；疖囌颈睆V場西站廳的工程項目中首次在PIP中采用BIM模型＋二維碼的方法對進場材料進行管控，即根據(jù)每批進場材料需張貼二維碼，其中加載相關信息，由監(jiān)理進行掃碼檢查，相關信息在PIP 顯示出來。如此對材料商、監(jiān)理和總包單位都實現(xiàn)閉環(huán)管理，且留下了清晰的數(shù)字檔案。

圖4中采用BIM模型＋二維碼的方法對進場材料進行管控。

BIM+遠程監(jiān)控→可視化風險管控

如圖5，在PIP中整合遠程監(jiān)控和BIM模型及周邊環(huán)境模型，以往的遠程監(jiān)控在風險管控方面發(fā)揮了一定的作用，但是缺陷是不具有可視性的，只能傳遞一些文字信息，這樣很難做到在遠端對現(xiàn)場情況有很好了解，更不可能進行處置了。因此，我們把遠程監(jiān)控和BIM模型及周邊環(huán)境模型進行了整合，這樣就可在遠端實時了解現(xiàn)場情況，甚至在遠端對現(xiàn)場的風險進行處置，真正做到了遠端風險管控。

BIM+三維激光掃描→智慧驗收

圖4 BIM＋物聯(lián)網(wǎng)→物料溯源

圖5 BIM+遠程監(jiān)控→可視化風險管控

緊急情況下，可通過移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到手機端的方式進行客流疏散

眾所周知，BIM模型是設計階段的虛擬模型，三維激光掃描是將實際完工的工程情況進行激光掃描建模，是真實模型。將這兩個模型進行互相比對后，可以發(fā)現(xiàn)實際完成和設計要求的情況存在多少偏差，據(jù)此實現(xiàn)了智慧驗收。在上海13號線馬當路站的驗收中，我們嘗試了用激光掃描建模，收到了較好的效果。

基于BIM的智慧運維

對智慧運維的嘗試和展望是在BIM模型基礎上對人、機、物（土建結構）進行大數(shù)據(jù)采集，通過移動互聯(lián)，進行實現(xiàn)智慧運維。

這里的人，分成客流和內(nèi)部管理人員兩部分，針對客流，我們嘗試在車站BIM模型的基礎上，對客流的大數(shù)據(jù)進行采集，掌握客流的走向規(guī)律。一方面檢驗車站設計的合理性，另一方面對客流的引導提出合理方案。在緊急情況下對客流的疏散可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送到手機端來進行應急疏散。

針對內(nèi)部管理人員，我們設想在BIM模型上通過地下人員定位系統(tǒng)，也就是地下的GPS，實現(xiàn)維護人員的自動派單和日常巡檢，從而可以提高管理效率，減少管理人員的數(shù)量。

機即設備，BIM+設備數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)智能感知。通過對設備建模，在設備上設置傳感器，對每臺設備日常工作的參數(shù)進行采集，從而對設備運行情況進行分析，發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，比對設備的使用壽命，提出合理的維修保養(yǎng)方案。

物即土建結構，在BIM模型中把有缺陷的土建結構信息進行加載，通過移動互聯(lián)的手段在遠端實現(xiàn)對缺陷的掌握，對缺陷結構做到數(shù)字存檔，從而更好地進行維養(yǎng)，實現(xiàn)智慧工務。

結語

BIM模型和移動互聯(lián)是兩項非常好的工具，但是它們只是實現(xiàn)智慧地鐵的一條路徑，工具不是萬能的，而是需要我們管理者有變革創(chuàng)新的理念，來發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

目前，上海地鐵已經(jīng)在智慧設計、智慧建造方面進行了有益的嘗試，取得了較好的成效。我們正對智慧運維方面進行積極的探索。不久的將來，我們將通過對BIM與大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)進行有機的融合，實現(xiàn)智能感知、智能分析、動態(tài)處置，從而打造新一代的智慧地鐵。

本文為尤旭東在2017中國城市軌道交通高層論壇·分論壇七城市軌道工程建設中外對話中的發(fā)言，根據(jù)錄音整理后授權刊登。