以運營為導(dǎo)向的軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用特點及方案研究

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(1. 同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092； 2. 上海巨一科技發(fā)展有限公司，上海 200333)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modelling，以下簡稱BIM)是一類強(qiáng)調(diào)對工程項目全生命周期相關(guān)信息進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)及集成化管理的里程碑技術(shù)[1-2]。研究表明，BIM技術(shù)可消除多達(dá)40%的預(yù)算外變更、縮短7%的建設(shè)工期, 節(jié)約10-17%的運營成本，降低50%的建筑溫室排放量[3-5]。考慮到BIM技術(shù)的巨大潛在價值， 許多國家的政府機(jī)構(gòu)已開始制定各類政策推動BIM在工程建設(shè)活動中的應(yīng)用[6]。在我國，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2015年6月發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，倡導(dǎo)行業(yè)對BIM技術(shù)的研究及應(yīng)用，并明確了2020年末的BIM應(yīng)用目標(biāo)。國務(wù)院辦公廳也于2017年發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》(國辦發(fā)〔2017〕19號)，明確指出需要加快推進(jìn)BIM技術(shù)在工程建設(shè)項目規(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。

2 BIM技術(shù)在我國軌道交通工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來BIM技術(shù)逐漸應(yīng)用于我國軌道交通行業(yè)，并在一些大型城市地鐵項目的實踐中產(chǎn)生了示范性效果[7]。圖1為迄今為止我國軌道交通項目各階段的BIM使用和各類BIM應(yīng)用點的統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果表明，在我國各類軌道交通項目中，目前已有17個省市、76條軌交路線使用了BIM技術(shù)，其中在設(shè)計施工階段使用BIM的有76條線路；而在軌道交通建設(shè)全過程中使用BIM的僅有27條線路。另外，從BIM應(yīng)用點的統(tǒng)計結(jié)果來看， 現(xiàn)階段BIM技術(shù)在軌道交通中主要應(yīng)用于施工模擬、方案比選、碰撞檢查等，在運維階段的BIM應(yīng)用大多為對設(shè)施的管理[8]。雖然這些應(yīng)用在一定程度上改善了城市軌道交通項目的設(shè)計、施工以及管理手段，但并未體現(xiàn)BIM技術(shù)真正價值，單純的模型應(yīng)用難以從根本上突破二維繪圖的本質(zhì)，BIM最大的價值應(yīng)用在于項目全周期，各參與方都參與，提供并獲取所需信息，實現(xiàn)信息積累，數(shù)據(jù)多層次應(yīng)用與管理高效協(xié)同，真正為軌道交通工程帶來全局性的改變。

(a)我國軌道交通項目各階段的BIM使用統(tǒng)計

(b)我國軌道交通項目各類BIM應(yīng)用點的統(tǒng)計圖1 我國軌道交通工程的BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

基于此，本文提出以運營為導(dǎo)向，反向規(guī)范設(shè)計、施工階段，在開展相關(guān)BIM應(yīng)用的同時，也為運維階段提供符合運維動態(tài)管理需要的信息基礎(chǔ)。不同于常規(guī)的BIM技術(shù)應(yīng)用方案，運營導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案覆蓋設(shè)計、施工、運維三個階段，集成項目全生命周期的信息服務(wù)于智能運營，利用BIM來輔助軌道交通運營方使其能更好服務(wù)于市民：

(1)基于“運營部門牽頭、BIM咨詢團(tuán)隊主導(dǎo)”的組織方式，為城市軌道交通項目全生命周期過程的BIM應(yīng)用提供基礎(chǔ)；

(2)基于運營導(dǎo)向的BIM系統(tǒng)架構(gòu)，充分發(fā)揮BIM的可視化和可集成性特征；

(3)依托IROOM的協(xié)同實施方式，實現(xiàn)基于BIM的協(xié)同討論的交互集成辦公空間。

本文詳細(xì)論述了運營導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用的特點，并對比常規(guī)BIM技術(shù)應(yīng)用方案，分析研究以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案，為推動BIM在軌道交通中的全生命周期應(yīng)用提供有益借鑒[9-10]。

3 以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案

3.1 基于 “運營部門牽頭、BIM總體單位主導(dǎo)”的組織方式

目前國內(nèi)軌道交通項目的BIM應(yīng)用模式主要聚焦于建設(shè)過程的主要參建部門主導(dǎo)的組織方式，集成度低，特別不利于BIM技術(shù)應(yīng)用。多個項目實踐證明，這一常規(guī)組織方式往往在設(shè)計和施工階段的BIM應(yīng)用取得較好收益，對于提高項目實體質(zhì)量具有積極的作用，但很少能看到跨階段或全過程的成功案例，目前無論是設(shè)計還是施工部門都難以完成將信息模型有效地移交給運維部門繼續(xù)使用[7, 11]。參建部門的服務(wù)收益主要在設(shè)計和施工階段，主要基于其自身需求的這種傳統(tǒng)模式，并受制于自身的BIM應(yīng)用能力和經(jīng)驗平參差不齊、缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。這種模式導(dǎo)致了參建部門難以站在全局的立場上推動整理項目的BIM應(yīng)用，交付成果差，使得項目預(yù)定的全過程BIM實施目標(biāo)和技術(shù)價值難以實現(xiàn)。

以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案采用“運營部門牽頭、BIM總體單位主導(dǎo)”的組織方式。在此組織方式下，BIM總體單位站在項目全局高度上，進(jìn)行BIM應(yīng)用的總體規(guī)劃和管理，根據(jù)運營單位的BIM應(yīng)用需求，制訂運營導(dǎo)向的BIM實施標(biāo)準(zhǔn)和BIM項目應(yīng)用實施方案，服務(wù)于數(shù)字化高質(zhì)量運營服務(wù)。不同于常規(guī)組織方式，運營部門在建設(shè)期機(jī)電招標(biāo)之前開始介入，通過對設(shè)計、采購以及施工三個過程的改變，集成建設(shè)過程中的各類任務(wù)及其活動信息，使設(shè)計、采購以及施工的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息能有效傳遞至運維階段，為實現(xiàn)了城市軌道交通項目全生命周期過程的BIM應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

3.2 基于運營導(dǎo)向的BIM系統(tǒng)架構(gòu)

常規(guī)軌道交通項目中的BIM協(xié)同管理平臺，主要通過Office、Project、CAD、Revit等軟件，應(yīng)用于無縫對接業(yè)主、設(shè)計、勘察、施工、監(jiān)理等參與單位的協(xié)同工作。常規(guī)軌道交通項目的BIM應(yīng)用包括，設(shè)計深化、設(shè)計優(yōu)化、沖突檢測、管線綜合、工程量統(tǒng)計、施工計劃模擬、施工工藝模擬、施工進(jìn)度管理、質(zhì)量安全管理等。各參與單位在BIM協(xié)同管理平臺上及時記錄和處理工程設(shè)計施工問題，保障項目參與各方得到的信息是及時準(zhǔn)確的，避免不對稱或溝通不及時造成的設(shè)計和施工錯誤。常規(guī)軌道交通項目中的BIM協(xié)同管理平臺服務(wù)于優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量以及優(yōu)化施工組織，并無大量設(shè)備的接入。

如圖2所示，不同于常規(guī)軌道交通項目中簡單的單平臺BIM應(yīng)用體系，以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案為多平臺及系統(tǒng)的混合架構(gòu)，體系復(fù)雜，并接入海量設(shè)備數(shù)據(jù)，滿足新一代智能技術(shù)變革背景下軌道交通項目的智能及精細(xì)化運營需求。

圖2 常規(guī)軌道交通項目中的BIM系統(tǒng)架構(gòu)與運營導(dǎo)向的城市軌道交通項目中的BIM系統(tǒng)架構(gòu)的對比

運營導(dǎo)向的BIM系統(tǒng)架構(gòu)包括竣工交付管理平臺以及BIM運營管理平臺，其運營期的BIM應(yīng)用包括全自動運行系統(tǒng)、城軌融合云以及PHM(故障預(yù)測與健康管理)等智能運維管理信息技術(shù)。竣工交付管理平臺服務(wù)于竣工交付環(huán)節(jié)，作為BIM建模成果交付的管理工具類平臺，用于指導(dǎo)建模和建模過程的協(xié)同管理，并作為設(shè)計、施工階段的BIM協(xié)同管理平臺為設(shè)計、施工、監(jiān)理及業(yè)主提供協(xié)同服務(wù)。BIM運維管理系統(tǒng)利用BIM竣工交付平臺收集竣工模型、數(shù)據(jù)及檔案，并在BIM運維管理系統(tǒng)中將運維涉及的綜合監(jiān)控、健康監(jiān)測等系統(tǒng)數(shù)據(jù)與運維模型關(guān)聯(lián)，為運維階段各類應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和模型的支撐。在上述基礎(chǔ)上，所有運維參與單位依托BIM運維管理系統(tǒng)開展虛擬監(jiān)控、檢查維修、運行管理、培訓(xùn)及應(yīng)急處置等應(yīng)用，隨時隨地基于模型和數(shù)據(jù)開展運維管理相關(guān)問題的討論、溝通協(xié)調(diào)與協(xié)同工作。

3.3 依托IROOM的協(xié)同工作方式

與傳統(tǒng)建設(shè)項目相比，軌道交通項目的建設(shè)周期長、設(shè)計參與方多、產(chǎn)品構(gòu)成及產(chǎn)品運營方式更為復(fù)雜，BIM應(yīng)用過程中涉及到的參與方協(xié)同更為困難?？紤]到BIM可視化、集成性、模擬性等特征，并借鑒國外對于協(xié)同工作方式的研究[12-13], 以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案采用了依托IROOM的協(xié)同工作方式。IROOM的總體定位為交互集成辦公空間，即Interactive & Integrated Room，適合開展基于BIM的協(xié)同討論等應(yīng)用的交互集成辦公模式。圖3為城市軌道項目的各參與方在IROOM里協(xié)同工作。

不同于常規(guī)的城市軌道交通BIM應(yīng)用項目，以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案突出運營為主導(dǎo)向，雖然建模成果還可在一定程度上支持設(shè)計、施工階段的BIM應(yīng)用，但整個運維模型的創(chuàng)建過程需要在資料齊備后，相對集中在一段時間內(nèi)完成，且涉及的主要單位是設(shè)計單位、施工單位(土建及各機(jī)電分包)、監(jiān)理、設(shè)計管理部門、建設(shè)管理部門、運營管理部門等多個單位。 IROOM的用途包括提供開放式的BIM工作室，提供建模、以及模型和標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同檢查以及討論的軟硬件設(shè)施，提供建模的培訓(xùn)場所，以及提供問題導(dǎo)向性的討論工作室等。IROOM為軌道交通項目的BIM應(yīng)用過程中涉及到的參與方協(xié)同工作提供了優(yōu)良及時的辦公環(huán)境，實現(xiàn)了基于BIM的協(xié)同討論的交互集成辦公方式。

圖3 軌道交通項目各參與方在IROOM協(xié)同工作

4 結(jié)語

在工程建項目里引入BIM技術(shù)可以得到顯著相依，因此近年來各國對BIM技術(shù)的推行度不斷提升。我國軌道交通項目各階段的BIM應(yīng)用以及其BIM結(jié)果表明，現(xiàn)階段BIM技術(shù)在城市軌道交通的項目中主要應(yīng)用于設(shè)計以及施工階段，并未體現(xiàn)BIM技術(shù)真正價值。本文提出運營導(dǎo)向的項目理念，充分考慮地鐵項目全生命周期管理的需要，并以運維導(dǎo)向反向規(guī)范設(shè)計、施工階段，以此推動BIM在軌道交通中的全生命周期的應(yīng)用。

以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案，在組織方式上，系統(tǒng)架構(gòu)以及工作方式上不同于常規(guī)的城市軌道交通BIM應(yīng)用方案，突顯其以運營為導(dǎo)向的項目特點。

在組織方式上，以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案采用“運營部門牽頭、BIM總體單位主導(dǎo)”的組織方式，站在項目全局高度上，集成建設(shè)過程中的各類任務(wù)及其活動信息，使設(shè)計、采購以及施工的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息能有效傳遞至運維階段。

在系統(tǒng)架構(gòu)層面，以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案采用多平臺及系統(tǒng)的混合架構(gòu)，并接入海量設(shè)備數(shù)據(jù)。利用BIM竣工交付平臺傳遞竣工模型、數(shù)據(jù)及檔案至BIM運維管理系統(tǒng)，在BIM運維管理系統(tǒng)中將運維涉及的綜合監(jiān)控、健康監(jiān)測等系統(tǒng)數(shù)據(jù)與運維模型關(guān)聯(lián)，并開展虛擬監(jiān)控、檢查維修、運行管理、培訓(xùn)及應(yīng)急處置等BIM應(yīng)用。

在工作方式上，以運營為導(dǎo)向的BIM技術(shù)應(yīng)用方案采用了依托IROOM的協(xié)同工作方式，提供開展基于BIM的協(xié)同討論等應(yīng)用的交互集成辦公場所，實現(xiàn)了多個涉及單位的協(xié)同工作。