城市軌道交通BIM咨詢模式探討

陳 燁

(上海市地下空間設(shè)計研究總院有限公司,200020，上海//高級工程師)

0 引言

BIM(建筑信息模型)是對建筑全壽命周期中信息生成和管理的過程，是利用數(shù)字化技術(shù)在計算機(jī)中建立一座虛擬的建筑工程信息模型。這個模型中可包含從建筑工程項目規(guī)劃、設(shè)計、建造、使用、改造直至最終拆除的全壽命周期過程中所需的所有信息，包括建筑物(含土建、設(shè)備、裝飾、管線等)的幾何信息、空間關(guān)系、環(huán)境、材料、性能、進(jìn)度、成本等各個方面，可以幫助業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理、運營管理等項目相關(guān)方提高工作效率和管理水平[1]。

我國從2003年開始引進(jìn)BIM，起初主要是應(yīng)用在學(xué)術(shù)和民用建筑領(lǐng)域，如上海世博場館、上海中心、上海迪斯尼樂園等大型項目。而市政項目的BIM應(yīng)用起步較晚，目前還是處于初步應(yīng)用階段。2012年，上海軌道交通引入BIM，在上海軌道交通11號線管線安裝施工過程中首次運用BIM技術(shù)進(jìn)行三維管綜碰撞模擬，之后的12號線、13號線和9號線三期中都局部和分階段采用BIM技術(shù)。目前政府及行業(yè)也越來越重視BIM的應(yīng)用價值和意義。國家“十一五”科技支撐計劃和“十二五”建筑信息化發(fā)展綱要中都將BIM技術(shù)納入研究內(nèi)容?！?011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確指出：“十二五”期間，加快建筑信息模型(BIM)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。2017年2月，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》中提到“加快推進(jìn)建筑信息模型(BIM)技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和運營維護(hù)全過程的集成應(yīng)用，實現(xiàn)工程建設(shè)項目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，為項目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)，促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效[2]?！?/p>

BIM多用于地面建筑，城市軌道交通工程中BIM應(yīng)用起步較晚，目前尚處于初步應(yīng)用階段。根據(jù)筆者的不完全統(tǒng)計，已開展或即將開展城市軌道交通BIM咨詢的城市為27座。本文旨在研究以何種方式能夠?qū)IM對城市軌道交通工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度、安全和投資等方面的輔助價值最大化。

1 城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用的必要性

1.1 BIM技術(shù)應(yīng)用的機(jī)遇

城市軌道交通具有投資大、線路長、影響范圍廣、工期緊的工程特點，特別是經(jīng)過城市核心區(qū)域的軌道交通線路，沿線的建構(gòu)筑物復(fù)雜，交通流量大，離居民區(qū)近，因此對設(shè)計、施工、環(huán)境保護(hù)都提出了較高要求。城市軌道交通建設(shè)參與方眾多，包括勘察、設(shè)計、施工、供應(yīng)商、監(jiān)理、第三方監(jiān)測檢測等單位，同時工程需與交通、消防、公安、市政管線公司等多家相關(guān)單位進(jìn)行溝通，工程信息總量龐大，交互需求緊迫，傳統(tǒng)的建設(shè)管理模式難以滿足城市軌道交通的越來越精細(xì)化的管理需要。對于軌道交通新建城市，例如貴陽、洛陽、烏魯木齊，這些城市本身缺乏建設(shè)管理經(jīng)驗，也缺少相關(guān)經(jīng)驗的專業(yè)人員，因此亟待尋求適合城市軌道交通建設(shè)的信息化管理模式。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用的價值

BIM可以承載城市軌道交通全生命周期的所有數(shù)字化信息，同時所有參與方可以共享唯一的BIM模型進(jìn)行協(xié)同工作，BIM是城市軌道交通全生命周期數(shù)字資產(chǎn)優(yōu)秀的建設(shè)和管理工具。實現(xiàn)城市軌道交通建設(shè)全周期、各參與方的BIM應(yīng)用，充分發(fā)揮BIM應(yīng)用價值，能夠有效控制和協(xié)助管理工程建設(shè)的質(zhì)量、進(jìn)度、安全和投資控制，提升城市軌道交通工程的精細(xì)化管理水平，提高工程管理和決策效率，減少返工浪費，保證工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。

建立一套基于BIM的協(xié)同管理機(jī)制、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、BIM實施標(biāo)準(zhǔn)，形成一套城市軌道交通工程建設(shè)可復(fù)制、可推廣的成套BIM應(yīng)用和信息管理體系，將能為后續(xù)類似的城市軌道交通工程推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用提供示范基礎(chǔ)。

2 城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用研究

2.1 BIM技術(shù)認(rèn)知

BIM技術(shù)對城市軌道交通工程建設(shè)的改變可以分為3個層面(見圖1)：

(1)應(yīng)用層面：BIM可以為傳統(tǒng)基于二維的城市軌道交通設(shè)計和施工帶來革新。通過三維的數(shù)字化，為城市軌道交通建設(shè)提供“未建先視”的設(shè)計工具和施工工具。

(2)協(xié)同層面：基于BIM，形成“三維空間索引”，不同參建單位、專業(yè)可以基于空間索引開展協(xié)同設(shè)計與施工協(xié)調(diào)，實現(xiàn)設(shè)計-施工各時序間的協(xié)同工作，以及各設(shè)計專業(yè)/施工專業(yè)之間的系統(tǒng)協(xié)同工作。

(3)決策層面：BIM作為數(shù)據(jù)載體，在應(yīng)用和協(xié)同過程中將采集全過程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將為城市軌道交通建設(shè)者的決策提供依據(jù)。通過“虛實結(jié)合”，使得“運營”提前介入“建設(shè)”成為可能，形成以運維為導(dǎo)向的城市軌道交通建設(shè)思維方式。

圖1 BIM從3個層面改變城市軌道交通建設(shè)

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用方式

目前，國內(nèi)城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用方式可分為3類：

(1)以運維為導(dǎo)向，將BIM定義為數(shù)字資產(chǎn)管理工具。主要表現(xiàn)：業(yè)主因BIM而改變工作方式，城市軌道交通建設(shè)參與方的全員全程協(xié)同參與BIM應(yīng)用。有專業(yè)的BIM管理方制定貫穿全生命期的各類標(biāo)準(zhǔn)，且標(biāo)準(zhǔn)以運維為導(dǎo)向，BIM模型最終交付運營。有基于BIM的數(shù)字資產(chǎn)全生命周期管理平臺。

(2)以設(shè)計和建設(shè)優(yōu)化為導(dǎo)向，將BIM定義為輔助優(yōu)化工具。主要表現(xiàn)：業(yè)主要求應(yīng)用BIM進(jìn)行設(shè)計或施工優(yōu)化，并制定統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計或施工單位一般委托第三方公司進(jìn)行BIM建模和應(yīng)用，沒有對BIM模型進(jìn)行統(tǒng)一管理，應(yīng)用成果無法作為數(shù)字資產(chǎn)在運營期進(jìn)一步利用。

(3)局部設(shè)計應(yīng)用。主要表現(xiàn)：以可視化和碰撞檢測作為BIM應(yīng)用的主要內(nèi)容，不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計或施工單位單獨委托第三方公司按圖紙翻模和應(yīng)用，BIM模型沒有后續(xù)利用價值。

2.3 BIM技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

筆者對國內(nèi)已應(yīng)用BIM的城市軌道交通建設(shè)項目進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)有幾個較為突出的問題，需要通過BIM應(yīng)用模式的優(yōu)化來解決：

(1)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。城市軌道交通工程本身非常復(fù)雜，在建設(shè)中往往還被切分成不同標(biāo)段，BIM應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計與施工無法繼承，專業(yè)與專業(yè)之間無法協(xié)調(diào)，標(biāo)段和標(biāo)段之間無法一致的情況。

(2)缺乏評價體系。由于BIM的應(yīng)用在城市軌道交通工程處于初步探索階段，建設(shè)單位無法對各參建單位的BIM應(yīng)用情況進(jìn)行有據(jù)可循的評價，經(jīng)常造成BIM成果質(zhì)量把控的缺失。

(3)應(yīng)用水平良莠不齊。城市軌道交通設(shè)計、施工企業(yè)對BIM的人才儲備和資源儲備仍舊不足，加之缺少業(yè)主的引導(dǎo)，使得城市軌道交通工程的BIM應(yīng)用水平層次不齊，且普遍偏低。

(4)未將BIM應(yīng)用提升到數(shù)字資產(chǎn)管理的高度。由于各參建單位在BIM應(yīng)用上各自為戰(zhàn)，導(dǎo)致BIM很難發(fā)揮數(shù)字傳遞的價值。加之建設(shè)階段的BIM應(yīng)用理所當(dāng)然地聚焦于建設(shè)當(dāng)下，缺少從運營角度建設(shè)全生命周期數(shù)據(jù)資產(chǎn)的考慮。

3 城市軌道交通BIM咨詢模式

3.1 分包咨詢模式

分包咨詢模式(見圖2)是城市軌道交通BIM應(yīng)用初期較為普遍的模式。由于缺少整體的BIM應(yīng)用技術(shù)路線，該模式往往被應(yīng)用于一條城市軌道交通線路內(nèi)的部分車站或區(qū)間。

圖2 BIM分包咨詢模式

分包咨詢模式中BIM應(yīng)用是離散性的，BIM咨詢單位獨立地受雇于設(shè)計單位或者施工單位，因此，這種模式下的BIM應(yīng)用成果僅僅滿足設(shè)計階段或施工階段的需求，其數(shù)據(jù)缺少可傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。同時，BIM也失去了作為協(xié)調(diào)媒介的作用，各專業(yè)之間無法基于離散的BIM空間索引進(jìn)行協(xié)同設(shè)計或施工。

因此，分包咨詢模式下的BIM應(yīng)用價值僅限于三維工具的作用，為設(shè)計與施工提供比二維圖紙多一維度的視角。但所形成的三維模型既無法用于協(xié)同建設(shè)，更不可能形成過程資產(chǎn)被傳遞給建設(shè)業(yè)主。

3.2 總包咨詢模式

總包咨詢模式(見圖3)是城市軌道交通建設(shè)業(yè)主直接委托一家BIM咨詢單位，承擔(dān)整條城市軌道交通線路的BIM應(yīng)用。該總包單位負(fù)責(zé)BIM管理和BIM實施兩部分工作。

總包單位根據(jù)業(yè)主需求，制定整條線路的BIM實施方案和標(biāo)準(zhǔn)，并在建設(shè)過程中負(fù)責(zé)BIM協(xié)同平臺的搭建與維護(hù)工作。 BIM總包單位對BIM應(yīng)用成果負(fù)全部責(zé)任，包括BIM模型、BIM應(yīng)用成果和業(yè)主提出的BIM輸出成果。

圖3 BIM總包咨詢模式

同時，BIM總包單位負(fù)責(zé)將整條城市軌道交通線路的BIM建模和實施工作拆分，并分包給多個BIM分項實施單位。各分項單位負(fù)責(zé)與相關(guān)標(biāo)段的屬地化設(shè)計與施工單位進(jìn)行單點溝通，同時按照總包單位所制定的總體實施方案和標(biāo)準(zhǔn)開展工作。

總包咨詢模式是業(yè)主管理成本最小化的BIM咨詢模式。全線由一家咨詢單位統(tǒng)籌考慮與管理BIM技術(shù)應(yīng)用，有利于BIM數(shù)據(jù)與成果的協(xié)同與傳遞。當(dāng)然也存在不足之處，譬如業(yè)主對BIM應(yīng)用技術(shù)路線的把控能力不足，以運維為導(dǎo)向的BIM數(shù)據(jù)資產(chǎn)無法落實到建設(shè)階段。從分項層面來看，BIM分項實施的成果受相關(guān)設(shè)計/施工單位的限制，容易造成BIM進(jìn)度滯后于建設(shè)進(jìn)度。

3.3 總體咨詢模式

總體咨詢模式(見圖4)是城市軌道交通建設(shè)業(yè)主聘請一家BIM總體咨詢單位，該單位平行于設(shè)計總體與施工總包，負(fù)責(zé)對全線BIM相關(guān)工作的總體管理，但BIM實施的工作由設(shè)計、施工和其它參建單位負(fù)責(zé)。業(yè)主作為BIM工作的源頭，輸入BIM技術(shù)應(yīng)用的總體方向和成果要求，然后由總體咨詢單位通過管理體系解析傳遞給相關(guān)參建單位。

該單位負(fù)責(zé)為城市軌道交通全線制定BIM實施總體方案和標(biāo)準(zhǔn)。在建設(shè)全周期中，負(fù)責(zé)制定標(biāo)準(zhǔn)化的BIM工作管理與考核體系，對參建單位的BIM工作進(jìn)行質(zhì)量管控，保證設(shè)計/施工單位的BIM模型與設(shè)計圖紙/施工現(xiàn)場的一致，協(xié)調(diào)各專業(yè)基于統(tǒng)一空間索引的協(xié)同工作，并管控過程數(shù)據(jù)最終交付給建設(shè)業(yè)主。

總體咨詢模式具有“業(yè)主主導(dǎo)、專業(yè)咨詢、多方參與”的特點。即業(yè)主對BIM技術(shù)的應(yīng)用具有主導(dǎo)責(zé)任，在BIM總體的支持下確保BIM技術(shù)充分服務(wù)于自身的建設(shè)管理工作與后期運維需求。BIM總體咨詢單位專注于自身的專業(yè)性，統(tǒng)籌BIM相關(guān)的所有工作。參建各方在總體BIM體系下，在各自負(fù)責(zé)的專業(yè)工作中有機(jī)地結(jié)合BIM技術(shù)應(yīng)用，不僅保證BIM成果與建設(shè)進(jìn)度的一致性，而且其可以從專業(yè)需求出發(fā)充分挖掘BIM的應(yīng)用價值。目前看來，總體咨詢模式是最接近城市軌道交通BIM正向設(shè)計的一種模式。

但是，總體咨詢模式對于業(yè)主的管理能力要求較高，而且對于城市軌道交通設(shè)計、施工等參建單位的技術(shù)能力要求也較高，相關(guān)方的技術(shù)投入成本也較高。

3.4 BIM咨詢模式比較

表1為3種BIM咨詢模式適用項目和應(yīng)用效果比較表。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的興起為城市軌道交通建設(shè)的精細(xì)化和信息化管理提供了創(chuàng)新性的技術(shù)手段。然而BIM技術(shù)如何在城市軌道交通工程建設(shè)過程中發(fā)揮最切實的價值，需要業(yè)主根據(jù)BIM技術(shù)投入成本與預(yù)期產(chǎn)出進(jìn)行權(quán)衡，并選擇最符合自身線路建設(shè)特點的BIM咨詢模式。

表1 BIM各咨詢模式適用項目和應(yīng)用效果比較

本文所提及的3種咨詢模式在我國城市軌道交通行業(yè)中尚處于并存狀態(tài)，各種模式也隨著實踐的開展進(jìn)行著優(yōu)化迭代，為新建城市軌道交通線路提供經(jīng)驗借鑒。筆者相信，在經(jīng)過城市軌道交通BIM應(yīng)用初期的探索之后，BIM咨詢模式將殊途同歸于為業(yè)主創(chuàng)造最大化價值、為參建方提升專業(yè)效率的BIM應(yīng)用模式。