淺析BIM技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

梁 莉 張望成

（1.重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400072；2.中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

1 國(guó)內(nèi)城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市交通擁堵已成為一種普遍現(xiàn)象，城市軌道交通大運(yùn)量、快捷、環(huán)保，已成為目前緩解擁堵解決城鎮(zhèn)居民出行難的主要手段之一。作為我國(guó)新型城鎮(zhèn)化道路的重要戰(zhàn)略舉措，城市軌道交通建設(shè)是我國(guó)未來(lái)城市交通發(fā)展的主要趨勢(shì)。

我國(guó)城市軌道交通建設(shè)起步較晚，受技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件的限制，處于一種較為緩慢發(fā)展的狀態(tài)。1969年，北京建成第一條地鐵；1969年～2000年間，也僅有北京、廣州、上海建成有城市軌道交通。二十一世紀(jì)以來(lái)，城市軌道交通建設(shè)開(kāi)始進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，特別是在“十一五”和“十二五”期間，我國(guó)的城市軌道交通保持著加速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，軌道交通建造技術(shù)和運(yùn)營(yíng)水平也同時(shí)得以大幅度提升。截至2017年12月31日，中國(guó)內(nèi)地累計(jì)有34個(gè)城市建成投運(yùn)城軌線路5021.7公里?！笆濉逼陂g，我國(guó)城市軌道交通規(guī)劃線路里程超過(guò)7000km，城市軌道交通即將迎來(lái)大發(fā)展階段，這對(duì)軌道交通建造技術(shù)和運(yùn)營(yíng)水平提出了更高要求。

2 BIM技術(shù)簡(jiǎn)介

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)建造方式向三維數(shù)字化設(shè)計(jì)建造方式轉(zhuǎn)變的革命性技術(shù)。簡(jiǎn)單說(shuō)，建筑信息模型也就是數(shù)碼化的建筑三維幾何模型，建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息都被集成在這個(gè)模型中。

早在1975年，美國(guó)人Chuck Eastman就提出BIM原始概念，但直到2002年，才由美國(guó)歐特克公司（Autodesk）開(kāi)發(fā)出相關(guān)BIM實(shí)作方法，BIM的理念也進(jìn)一步拓展，之后BIM理論與技術(shù)在建筑業(yè)內(nèi)被廣泛討論和推崇。我國(guó)的BIM技術(shù)起步較晚，近兩年在政府及相關(guān)行業(yè)、企業(yè)的積極努力和主動(dòng)參與下，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域得到了一定的學(xué)習(xí)、推廣和應(yīng)用。BIM技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等五大優(yōu)點(diǎn)，大大提高了建筑工程的集成化程度。

3 BIM技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用分析

BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用在建筑領(lǐng)域進(jìn)行的熱火朝天，但在城市軌道交通方面的應(yīng)用尚處于起步階段。從BIM技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況來(lái)看，未來(lái)它還可以在軌道交通的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全生命周期的各個(gè)階段中得到大量運(yùn)用。

3.1 城市軌道交通的規(guī)劃

軌道交通的規(guī)劃直接影響城市的基本布局和功能定位，對(duì)城市發(fā)展有極強(qiáng)的引導(dǎo)作用。利用BIM技術(shù)的可視化、模擬性可在其規(guī)劃階段方便地構(gòu)造出三維立體模型，這個(gè)三維模型可以包含一些固有特性，比如工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、路橋情況、水文氣象資料、管線地形、特殊建構(gòu)筑物等。還可以包含一些自然科學(xué)、人文經(jīng)濟(jì)等其它方面的信息或資料，比如城市分區(qū)、人口密度、人口組成、交通需求、公交網(wǎng)絡(luò)分布等。軌道線網(wǎng)的日客運(yùn)量、日換乘量、平均運(yùn)距的計(jì)算分析均可基于集成有多類型信息的三維模型得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)三維模型信息不斷地分析和調(diào)整，對(duì)軌道交通線路設(shè)置和車站出入口的布置，以及地下空間的開(kāi)發(fā)規(guī)模都具有重要意義。

3.2 城市軌道交通的設(shè)計(jì)

3.2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

一般民用建筑設(shè)計(jì)包含建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、電氣等專業(yè)種類，軌道交通設(shè)計(jì)中涉及的專業(yè)種類除了一般民用建筑設(shè)計(jì)常見(jiàn)的這幾種專業(yè)種類外，還涉及更為繁雜的專業(yè)種類，比如軌道、車輛、通信、機(jī)電等。因此，軌道交通設(shè)計(jì)對(duì)各專業(yè)之間的協(xié)同性要求也更高。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中由于各專業(yè)之間溝通協(xié)調(diào)不力，各專業(yè)之間圖紙出現(xiàn)矛盾，導(dǎo)致多次返工的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?！皡f(xié)同設(shè)計(jì)”是BIM技術(shù)的一個(gè)重要理念，通過(guò)公共協(xié)同平臺(tái)，建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、軌道、車輛、通信、設(shè)備等各個(gè)專業(yè)都能在這個(gè)平臺(tái)下建立自己專業(yè)的BIM模型。各專業(yè)新創(chuàng)建或修改的BIM模型信息都能與公共協(xié)同平臺(tái)下的建筑信息模型（BIM模型）進(jìn)行同步和更新，各專業(yè)也能很方便地查詢其它專業(yè)所屬構(gòu)件的基本信息，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

3.2.2 可視化設(shè)計(jì)

軌道交通工程設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。運(yùn)用BIM技術(shù)在總體設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段能夠建成一個(gè)三維實(shí)體模型，這個(gè)三維實(shí)體模型可以直觀展示其設(shè)計(jì)效果，并直觀反映設(shè)計(jì)的變化程度。同時(shí)針對(duì)這個(gè)三維實(shí)體模型能夠同時(shí)開(kāi)發(fā)和研究多個(gè)備選方案。這就使得業(yè)主和設(shè)計(jì)單位能夠整體把握車站及線路開(kāi)發(fā)的范圍、造型等。

3.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

軌道交通工程設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷修改不斷優(yōu)化的過(guò)程。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或有設(shè)計(jì)變更時(shí)，只有對(duì)圖中的錯(cuò)誤進(jìn)行手工修改，各專業(yè)信息不匹配的情況時(shí)有發(fā)生，如果該錯(cuò)誤信息在施工圖階段才發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑會(huì)增加設(shè)計(jì)成本、施工成本和時(shí)間成本。通過(guò)BIM設(shè)計(jì)，因?yàn)楦鳂?gòu)圖原件均是基于一定的邏輯條件生產(chǎn)的，因此任何專業(yè)在任何部位做的任何設(shè)計(jì)修改都會(huì)對(duì)應(yīng)地關(guān)聯(lián)到模型相關(guān)的全部子項(xiàng)并自動(dòng)更新，這樣就可以大大提高設(shè)計(jì)的工作效率。

3.2.4 自動(dòng)碰撞檢測(cè)

如前所述，城市軌道交通設(shè)計(jì)中涉及的專業(yè)眾多，其中管線的綜合布置是一項(xiàng)較為頭疼的工作。在傳統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，管線“碰撞錯(cuò)誤”時(shí)有發(fā)生，而這些錯(cuò)誤在打印出來(lái)的黑白線條紙上往往是難以發(fā)現(xiàn)的；此外，管線與設(shè)備、結(jié)構(gòu)洞口等的高程沖突在剖面上也難以全面反映。如果這些“碰撞錯(cuò)誤”在施工階段才發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)和施工返工的概率就非常大，從而造成不必要的浪費(fèi)。BIM技術(shù)“自動(dòng)碰撞檢測(cè)”可以避免人工圖紙上難以發(fā)現(xiàn)的碰撞點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)“零碰撞”。

3.3 城市軌道交通的施工

由于城市軌道交通線路和車站大部分都位于城區(qū)，人流量車流量大，周邊建筑物較多，再加上軌道交通建設(shè)項(xiàng)目施工工期都比較長(zhǎng)，施工期間不可避免的在多處設(shè)置施工圍擋，這就加劇了城市交通的擁堵，對(duì)城市居民日常生活影響較大；此外，軌道交通線路地下情況通常較為復(fù)雜，施工難度大，因此合理的施工組織顯得尤為重要，如何在施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工安全、施工成本等方面找到平衡點(diǎn)是參建各方需要共同關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。

橫道圖或網(wǎng)絡(luò)圖是傳統(tǒng)的施工進(jìn)度計(jì)劃表示方法，這兩種方法均不能表達(dá)構(gòu)件的空間信息。BIM技術(shù)利用真實(shí)尺寸的3D施工方法模擬與交互式的施工形象進(jìn)度展示有機(jī)結(jié)合成4D的BIM模型。結(jié)合4D模型和進(jìn)度計(jì)劃對(duì)施工的全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，找出問(wèn)題所在，對(duì)料場(chǎng)布置、設(shè)備出入路線、人材機(jī)入場(chǎng)時(shí)機(jī)等進(jìn)行優(yōu)化，該4D模型還可以對(duì)施工資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，自動(dòng)計(jì)算各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的工程量，并將施工方案中的人、材、機(jī)等資源需用量與工程量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便項(xiàng)目管理人員在施工過(guò)程中隨時(shí)了解資源使用情況，進(jìn)行合理的人、材、機(jī)等資源的調(diào)配。同時(shí)，該4D模型還有助于正確顯示各類復(fù)雜的施工信息，以指導(dǎo)施工安全。

比如深圳地鐵7號(hào)線是深圳主要居住區(qū)與就業(yè)區(qū)的局域線，線路貫穿羅湖等三個(gè)行政區(qū)，擬設(shè)28座車站。7號(hào)線多處下穿建筑物、河流和湖泊等高難地域，工程實(shí)施難度大、風(fēng)險(xiǎn)大。為了確保站后工程有序推進(jìn)，水電八局率先將BIM技術(shù)運(yùn)用到施工中，利用動(dòng)畫模型和立體可視化設(shè)備對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)判并對(duì)工人進(jìn)行模擬教育，最大化降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證工程零傷亡。

3.4 城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)維護(hù)

目前，軌道交通行業(yè)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的分離現(xiàn)狀及采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)帶來(lái)的信息量限制與建設(shè)過(guò)程信息的缺失，給軌道交通項(xiàng)目建成后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。在軌道交通運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面，結(jié)合設(shè)施設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)需求，基于前期的BIM信息模型進(jìn)行系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)，關(guān)聯(lián)軌道交通模型和資產(chǎn)管理信息，以及與現(xiàn)有管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，以建立BIM軌道交通設(shè)施資產(chǎn)管理及運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中可以查詢產(chǎn)品狀態(tài)、圖紙信息、維養(yǎng)信息等，還可以實(shí)現(xiàn)各類資產(chǎn)設(shè)備的三維可視化搜索定位、信息即時(shí)查詢，實(shí)現(xiàn)智能化的資產(chǎn)管理。另外，還可以通過(guò)建立設(shè)施設(shè)備維護(hù)記錄卡，輸入現(xiàn)場(chǎng)照片、語(yǔ)音、視頻等信息，輸入各專業(yè)流程中設(shè)備的維護(hù)需求，及時(shí)發(fā)送維護(hù)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)營(yíng)設(shè)備維護(hù)的自動(dòng)化、可視化管理。

比如無(wú)錫地鐵利用BIM技術(shù)建設(shè)了無(wú)錫地鐵智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以有效消除管理盲區(qū)。遇到地鐵突發(fā)事件時(shí)，BIM智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)可有效統(tǒng)籌一體化實(shí)施預(yù)防、警報(bào)和處理。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模大、周期長(zhǎng)、投資高，涉及的機(jī)電設(shè)備種類較為繁多，運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)相對(duì)公路交通而言更為復(fù)雜并存在較高的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，作為一種快速的大運(yùn)量交通方式，受公眾關(guān)注度高，這些都對(duì)軌道交通項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)提出了更高要求。BIM技術(shù)在城市軌道交通的應(yīng)用方面尚處在起步、探索階段，而這些探索也主要集中在站房以及地鐵車站中的應(yīng)用，在橋隧設(shè)計(jì)和施工方面的應(yīng)用較少。部分設(shè)計(jì)院在橋隧設(shè)計(jì)和施工方面進(jìn)行了一些探索，但這些探索大部分是以某個(gè)點(diǎn)前后延伸幾百米做實(shí)驗(yàn)性嘗試，在軌道交通一整條線上的整體應(yīng)用基本沒(méi)有。另外，城市軌道交通行業(yè)目前尚未形成業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)這一情況，國(guó)家住建部已經(jīng)委托一些部門進(jìn)行了城市軌道交通行業(yè)BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制訂的課題研究工作。因此，政府和行業(yè)應(yīng)加快對(duì)BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣，促進(jìn)BIM技術(shù)在橋隧和運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面的發(fā)展，提升BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的整體運(yùn)用。相信隨著城市軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)必將運(yùn)用到越來(lái)越多的城市軌道交通項(xiàng)目中去。

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