城市軌道交通BIM項目協(xié)同平臺應用研究

施平望，夏海兵

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城市軌道交通BIM項目協(xié)同平臺應用研究

施平望，夏海兵

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 200235）

從軌道交通項目實際應用需求出發(fā)，設計BIM項目協(xié)同平臺的網(wǎng)絡架構以及各大功能模塊，包括文檔管理模塊、流程管理模塊、設施設備構件庫模塊以及數(shù)據(jù)校驗模塊，并依托上海市軌道交通在建項目，驗證平臺應用的可行性及價值，提高軌道交通項目建設管理的質(zhì)量和效率。

軌道交通；BIM（建筑信息模型）；項目協(xié)同平臺；設施設備構件庫

1 BIM技術研究現(xiàn)狀

軌道交通系統(tǒng)是一個巨大的綜合性復雜系統(tǒng)，從建設決策開始到實施運營階段，既是物資生產(chǎn)過程，也是信息的生成、傳遞、處理和應用的過程，要求業(yè)主、設計單位、施工單位、監(jiān)理等多個建設參與方進行溝通協(xié)作來完成軌道交通工程的建設[1]。

BIM技術在軌道交通項目投資、設計、施工、運維等全生命期的應用，可切實有效地提高項目建設的質(zhì)量，為后期項目的運維管理提供高效、可靠的數(shù)據(jù)保障[2]。為了加快BIM技術在項目各個層面的深入應用，并提升項目各個參與方之間的溝通協(xié)同效率，研究基于BIM的項目協(xié)同管理是關鍵[3]。Homayouni[4]將BIM支持下的工程項目參與方有效的協(xié)同作業(yè)環(huán)境歸納為：培養(yǎng)集成的團隊、應用恰當?shù)钠脚_工具和策略、創(chuàng)建透明的項目參與方信息。研究表明，將基于BIM的協(xié)同平臺應用于大型項目具有降低項目風險、促進多專業(yè)協(xié)同工作、提高應急反應速度和效率、提高綜合效益等優(yōu)勢[5]。

鑒于此，國內(nèi)各大企業(yè)院校開始研究與探索BIM協(xié)同平臺，在平臺的框架體系、理論功能層面具有較快的進展[6]。與此同時，國內(nèi)一些業(yè)主開始依托項目自主研發(fā)項目協(xié)同平臺[7-8]。研究表明，項目協(xié)同平臺必須經(jīng)歷項目各參與方應用的磨合期，只有滿足用戶使用習慣，使得用戶對平臺產(chǎn)生黏度，并在日常工作中將平臺轉(zhuǎn)變?yōu)橐豁棽豢苫蛉钡墓ぞ?，才能真正發(fā)揮協(xié)同平臺的價值。這樣做的前提是平臺具備較強的數(shù)據(jù)管理與傳輸功能，保證滿足項目最基本的數(shù)據(jù)交互需求[9]。國外比較成熟的協(xié)同平臺軟件如Bentley Projectwise、Dassault Enovia等，在BIM技術發(fā)展的同時也越來越被建筑工程行業(yè)所認可，但由于費用高昂，絕大多數(shù)企業(yè)望而卻步。因此，在國內(nèi)軌道交通工程建設如火如荼的背景下，軌道交通領域BIM項目協(xié)同平臺的應用實踐尚處于起步階段[10]。本文從軌道交通項目最根本的功能需求出發(fā)，研究符合軌道交通項目特點的平臺功能模塊，設計一款能夠真正適用于軌道交通項目的協(xié)同平臺，并通過實際項目應用驗證協(xié)同平臺的價值。

2 平臺網(wǎng)絡架構設計

由于軌道交通項目參與方眾多，存在跨企業(yè)、跨地區(qū)的工作情景，而BIM技術產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也在不斷增長，協(xié)同平臺對數(shù)據(jù)的傳輸能力是首要考慮的因素。因此，BIM項目協(xié)同平臺的網(wǎng)絡架構是基于廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，并且配備本地緩存服務器，既能在廣域網(wǎng)條件下實現(xiàn)協(xié)同工作，又能達到局域網(wǎng)的共享速度，同時對數(shù)據(jù)設置備份保護（見圖1）。

3 平臺功能設計

BIM項目協(xié)同平臺主要針對軌道交通項目建設期的協(xié)同管理任務，實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)管理、BIM模型數(shù)據(jù)及文檔管理、權限管理、接口管理等主要功能。在已有BIM標準體系下，把標準中定義的BIM工作流程內(nèi)嵌于平臺中，在流程中的各個關鍵節(jié)點明確各參與方的職責，并通過權限配置約束各方的行為；支撐并規(guī)范建設期的提資、設計、校審、發(fā)布等業(yè)務流程，加強各參與方的協(xié)同作業(yè)；在BIM應用過程中，平臺應具備提供標準化設施設備構件以及自動化檢查等功能，確保項目建設過程中BIM數(shù)據(jù)的標準統(tǒng)一。針對以上需求設計BIM項目協(xié)同平臺各功能模塊，包含文檔管理、流程管理、構件管理、數(shù)據(jù)校驗等。平臺同時預留了后期開發(fā)的接口，在長期的應用過程中不斷開拓新功能以滿足項目實際需求，并與現(xiàn)有信息化系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸（見圖2）。

圖1 BIM項目協(xié)同平臺網(wǎng)絡架構

圖2 BIM項目協(xié)同平臺功能框架

3.1 文檔管理

3.1.1 文檔管理功能設計

BIM項目協(xié)同平臺應具備基本的文檔管理功能，首先是可以定制形成適用于軌道交通項目的文件管理架構，使得原來分散于各參與方不同參與人員的項目文件得到集中管控。同時，平臺作為文件中轉(zhuǎn)站，所有用戶基于差異權限在平臺上進行協(xié)同工作，差異權限的設置是協(xié)同平臺最基本的要求，它將顯著提高項目信息共享效率。該平臺主要的文檔管理功能包括以下幾點：

1）文檔編碼管理，定義文檔的編碼規(guī)則，文檔編碼唯一標識；

2）版本管理，文件的版本控制，歷史版本追溯；

3）歷史記錄文件操作，歷史記錄查看、定制與導出；

4）文檔批注，在不更改文檔內(nèi)容的前提下添加備注信息并標記文檔；

5）自定義文檔屬性，對文檔添加自定義屬性及屬性值；

6）目錄結(jié)構映射，物理結(jié)構與邏輯結(jié)構之間的映射，建立多個目錄結(jié)構，而文件內(nèi)容唯一；

7）文件關聯(lián)與參考，設計文件中的參考和關聯(lián)度管理，文件之間的引用、掛接關系管理；

8）項目一鍵歸檔，文件狀態(tài)及標識改變。

3.1.2 自動編碼設計

對項目建設過程中涉及的各類圖紙、表單、報告、模型等文件進行分類與編碼，如圖3所示。每類文件都建立對應的文件編碼結(jié)構及代碼，不同的文件類型的編碼結(jié)構不盡一致。利用自動生成的文件類型代碼及順序號，保證上傳到平臺內(nèi)文件的唯一性，如圖4所示。平臺保留了文件的本地名稱，使得文件在平臺得到有效管理的前提下，不影響本地文件的命名方式。在上傳文件時，平臺支持自動生成文件編碼。如上海軌道交通14號線某車站的防水專業(yè)在施工圖蓋章階段的設計圖紙，對應的編碼為：S200613-SS-D10-120-FS-I-ST.001。

圖3 BIM項目協(xié)同平臺編碼體系

圖4 BIM項目協(xié)同平臺自動編碼

文件編碼體系的建立不僅保證了平臺內(nèi)文件名稱的規(guī)范性和唯一性，提高了平臺文件搜索、查詢、管理效率，同時，數(shù)字化的編碼也為后續(xù)計算機自動化處理信息提供了可能。

3.2 流程管理

流程管理模塊是協(xié)同平臺的重要功能模塊之一[11]，以企業(yè)BIM標準為主線，將標準中的BIM工作流程轉(zhuǎn)化為標準化的線性工作流程，對軌道交通項目規(guī)劃、設計、施工階段的BIM應用內(nèi)容、各參與方職責、交付成果做了明確的規(guī)定。

以施工圖設計階段的管線綜合與碰撞檢查流程為例，對標準中的BIM工作流程進行轉(zhuǎn)化，如圖5所示。其中，上半部分是BIM標準中定義的工作流程，是比較抽象和概念化的流程。將這樣的流程轉(zhuǎn)化為適用于平臺流轉(zhuǎn)的具體形象的線性流程，流程結(jié)合了平臺數(shù)據(jù)文件的目錄結(jié)構、觸發(fā)流程前進的操作機制。此外，通過重新構建線性流程，詳細規(guī)定各參與方在不同階段對應不同工作任務時的數(shù)據(jù)文件權限，約束各參與方職責的同時，結(jié)合項目時間計劃，確定任意相鄰兩個流程節(jié)點之間的執(zhí)行時間，保證項目建設的有序進行。

此外，流程管理模塊還對建設期的提資、設計、校審、發(fā)布等業(yè)務流程做了詳細的規(guī)定，將原始的線下業(yè)務流程嵌入至平臺中，通過平臺進行統(tǒng)一管理。平臺的流程管理功能同時具備消息推送功能，可向每位用戶根據(jù)其角色權限定時、定向投送以及定質(zhì)、定量回收信息，即把大量的規(guī)章制度隱含在各種自動推進的流程之中，最大限度地避免人為違規(guī)與相互推諉的現(xiàn)象，為領導者提供對各項工作進度整體把控的有力工具。

圖5 BIM應用流程轉(zhuǎn)化

3.3 構件管理

構件是BIM模型的基本組成內(nèi)容，標準化及參數(shù)化的構件對BIM模型數(shù)據(jù)的創(chuàng)建至關重要，是項目建設過程中BIM技術應用的基礎。針對數(shù)據(jù)標準化及后續(xù)資產(chǎn)管理要求，結(jié)合企業(yè)已編制的BIM標準，開發(fā)設施設備構件庫管理模塊，對軌道交通設施設備構件進行統(tǒng)一管理，提高構件的使用效率及BIM數(shù)據(jù)的標準化程度，進一步保護企業(yè)BIM數(shù)據(jù)的知識產(chǎn)權。

3.3.1 設施設備編碼

對構件的有效管理，首先需要對構件進行明確的分類與編碼，上海市住房和城鄉(xiāng)建設管理委員會在2016年5月正式發(fā)布了《城市軌道交通信息模型交付標準》（DG/TJ08—2203—2016）[12]，該標準規(guī)定了軌道交通設施設備分類編碼體系，共劃分了21類，具有唯一性、穩(wěn)定性、可擴展性等特點。在上海軌道交通資產(chǎn)管理分類編碼的基礎上，進一步細化設施設備分類，將資產(chǎn)管理的3級分類擴展到6級，進而滿足軌道交通項目建設及運維管理需求，如圖6所示。

圖6 設施設備編碼結(jié)構

3.3.2 設施設備構件庫

設施設備構件庫是基于通用BIM建模平臺Revit開發(fā)的插件，并將其功能無縫嵌入?yún)f(xié)同平臺的使用中，它采用三層架構的形式，具有較好的系統(tǒng)模塊化和可擴展性（見圖7）。

圖7 設施設備構件庫管理架構

應用層主要是Revit插件的開發(fā)，體現(xiàn)在界面上的應用；邏輯層用來控制插件與后臺的交互和邏輯等，程序接口層將后端業(yè)務邏輯與前端應用隔開，便于遷移擴展；云服務是結(jié)合平臺的數(shù)據(jù)庫和文件存儲，實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和管理。

設施設備構件庫分為以下4大功能模塊。用戶權限管理模塊：通過用戶權限管理限制不同用戶進行構件的查看、檢索及導入導出，以及對構件的操作信息記錄等。構件庫主界面：對構件的3D模型進行視圖預覽、信息查詢、檢索等；對構件的批量加載、版本管理等。構件的加解密：支持對構件參數(shù)及非模型視圖參數(shù)的加解密等。構件的升級維護與其他：構件版本升級后的更新提示、構件庫注冊信息等。

3.4 數(shù)據(jù)校驗

城市軌道交通BIM數(shù)據(jù)在創(chuàng)建、收集、獲取、輸入的過程中，不可避免會產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差、錯誤等問題，不僅會影響B(tài)IM數(shù)據(jù)在項目建設各階段的應用，還會影響到后期的交付運營[13]。因此，項目協(xié)同平臺開發(fā)了數(shù)據(jù)校驗功能模塊，對上傳提交平臺的BIM數(shù)據(jù)進行自動檢查，保證平臺內(nèi)的模型數(shù)據(jù)準確唯一。

數(shù)據(jù)校驗功能模塊是在軌道交通設施設備分類與編碼標準、交付標準的基礎上進行開發(fā)的，以軌道交通項目的BIM模型數(shù)據(jù)作為校驗對象。由于軌道交通項目存在多款建模軟件，包括Autodesk Revit、Bentley Microstation、Dassault Catia等，如果分別對每款軟件都開發(fā)數(shù)據(jù)校驗插件的話，難度及開發(fā)量相當大[14]。因此，采用國際通用的IFC標準作為模型的數(shù)據(jù)校驗格式，開發(fā)針對軌道交通項目的BIM模型數(shù)據(jù)校驗模塊，對模型構件的完整性、模型合規(guī)性等進行自動化檢查。

數(shù)據(jù)校驗模塊作為BIM項目協(xié)同平臺的功能之一，既可單獨使用，同時內(nèi)嵌于BIM流程的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對BIM應用階段性成果以及最終成果的自動檢查。數(shù)據(jù)校驗模塊功能可劃分為以下幾方面：

1）完整性校驗。根據(jù)既定的模板要求，校驗模型是否包含完整的實體，同時，校驗該實體是否包含完整的屬性信息；

2）規(guī)范性校驗。根據(jù)既定的命名與編碼標準，校驗實體的命名與編碼是否合乎標準；

3）合法性校驗。校驗實體的屬性信息是否符合既定的要求，如類型、字符長度、取值范圍等；

4）合規(guī)性校驗。校驗模型是否滿足相應的設計或施工規(guī)范要求；

5）關聯(lián)性校驗。校驗實體與實體之間的關聯(lián)信息是否準確。

4 項目應用實例

4.1 應用情況

上海軌道交通14號線工程橫貫上海市中心城區(qū)，沿線經(jīng)過嘉定區(qū)、普陀區(qū)、靜安區(qū)、黃浦區(qū)、浦東新區(qū)5個行政區(qū)，正線全長38.514 km，全部為地下線，共設地下車站31座，平均站間距1.273 km。

上海軌道交通14號線工程由10家設計單位、13家施工單位、6家BIM咨詢單位、8家施工監(jiān)理組成，項目參與方多、數(shù)據(jù)量大、專業(yè)接口復雜。在該項目中試點應用BIM項目協(xié)同平臺，旨在解決項目各參與方之間的數(shù)據(jù)共享問題，提升項目建設總體管理水平，如圖8所示。

圖8 項目應用實例截圖

經(jīng)過一年多時間的應用，平臺累計使用人數(shù)已超過50人，所有參與人員基本習慣于平臺的日常使用，項目文檔的提資、審批等流程在平臺上有序地開展，設計文檔的參考關聯(lián)及版本管理保證了高效的協(xié)同設計工作；平臺支持模型的瀏覽、批注、審閱、校驗，保證了BIM技術應用的順利實施。目前該平臺已經(jīng)產(chǎn)生超過200 G的文件數(shù)據(jù)量，包含模型數(shù)據(jù)、設計圖紙、表單文件等，基本發(fā)揮了協(xié)同平臺的作用，得到了業(yè)主、設計總體、分項設計、施工單位等項目各參與方的一致認可。

4.2 應用經(jīng)驗

得益于上線之前詳盡的調(diào)研、周全的部署、配套的培訓以及使用手冊的編制，平臺能夠比較順暢地上線使用?？偨Y(jié)平臺應用后的幾大優(yōu)勢：1）對分散在各參與方不同參與人員的項目文件形成集中管控；2）結(jié)合當前常用的建模軟件Revit，可實現(xiàn)BIM人員之間的異地協(xié)同工作；3）可作為文件中轉(zhuǎn)站，有效提高項目文件共享的效率；4）規(guī)范了提資流程，提高了BIM應用效率。

任何一個平臺都不是完美的，仍然存在問題需要解決和關注。為此，制定了周期性反饋機制，要求平臺使用者定期進行反饋，根據(jù)反饋意見不斷優(yōu)化應用流程和進行平臺二次開發(fā)，并制訂相應的開發(fā)計劃，迭代地完善平臺的各項功能。

5 結(jié)語

BIM項目協(xié)同平臺在上海軌道交通14號線工程的應用驗證了平臺實施的可行性，基本發(fā)揮了平臺應有的價值，提高了項目各參與方之間信息傳遞和共享的效率。支持多方在廣域網(wǎng)的環(huán)境下協(xié)同工作，使得編制完成的企業(yè)級BIM標準、導則和規(guī)范能夠真正落地。

任何一個協(xié)同平臺都需要運維團隊與制度建設并行，制度就是要將大部分參與方的習慣行為與平臺的定制規(guī)則連接起來，需要在平臺實施過程中逐步推進，即逐步發(fā)現(xiàn)習慣與規(guī)則之間的差距，逐步改變習慣并修改規(guī)則，最終實現(xiàn)協(xié)同平臺與使用團隊的高度融合。屆時的協(xié)同平臺也達到了合理的動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，是企業(yè)或項目不可或缺的一部分。

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（編輯：王艷菊）

Application Research on BIM Project Collaborative Platform of Urban Rail Transit

SHI Pingwang, XIA Haibing

(Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute, Shanghai 200235)

This paper embarks from the practical application demand of rail-transit projects, and designs the network architecture and major functional modules for the BIM project collaborative platform, including the document management module, process management module, facility equipment component library module, and data verification module. Finally, based on the project of Shanghai rail transit, the feasibility and value of the platform are verified, and the quality and efficiency of construction management of the rail transit project are improved.

rail transit; BIM; project collaborative platform; facilities and equipment component library

U239.5；TP319

A

1672-6073(2018)02-0026-06

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.02.005

2017-05-26

2017-06-23

施平望，男，碩士研究生，工程師，土木工程專業(yè)，shi.pingwang@stedi.com.cn

上海市信息化發(fā)展專項資金項目（201501048）