城市軌道交通建筑信息模型應用及發(fā)展趨勢研究

■李鵬

（太原市軌道交通發(fā)展有限公司,山西 太原 030006）

建筑信息模型（Building Information Modelling，以下簡稱BIM）是一種強調對工程項目全生命周期相關信息進行參數(shù)化表達及集成化管理的里程碑技術[1]。它不僅是建筑實體的三維圖形表達，還集成了建設工程項目各項功能特性數(shù)據，核心是在不同項目階段為各參與方提供一個信息交流平臺，以數(shù)字化、可計算的形式提供一致的圖形信息和非圖形信息，目的是促使各參與方加強協(xié)作、增強工程項目信息的透明性和及時性，以提供有力的決策支持、提高工程項目質量、提升工程項目價值[2]。城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）項目具有投資規(guī)模巨大、建設周期長、資產類型與數(shù)量多、物資品種龐雜；系統(tǒng)專業(yè)性強、專業(yè)數(shù)量多、集成程度高、隸屬關系復雜；設備全生命周期長、智能化程度高、技術更新快、設備運行安全性要求高等特點[3]。因此，在城市軌道交通項目中使用BIM技術，可以在設計、施工、運維等項目階段對工程進度、質量、安全等進行有效的管理控制。

一、BIM在城軌的技術應用現(xiàn)狀

設計階段是目前國內城市軌道交通BIM應用最廣泛、最成熟的階段。車站管線綜合及構建數(shù)字管線是目前BIM技術應用的重要切入點。針對管線拆遷模擬、道路仿真模擬、場地現(xiàn)狀仿真、裝修效果可視化、工程量復核、大型設備檢修路徑復核等其他設計階段BIM應用點的探索也在積極推進。

據不完全統(tǒng)計，現(xiàn)階段BIM技術在城市軌道交通中常見應用點共有11個，但應用深度較淺，大多集中于設計階段和施工階段，主要為使用BIM進行管線綜合、碰撞檢查、凈空分析、施工模擬、方案比選、BIM平臺、工程量計算、質量驗收管理、進度模擬等，但在設施管理、預制加工方面較少。

BIM在軌道交通項目運營及維護期的應用仍處于發(fā)展階段，在實際工程應用中的規(guī)模較小，應用范圍也比較狹窄。如何最大程度利用BIM技術在城市軌道交通項目全生命周期信息管理中的集成優(yōu)勢，特別是運維階段的應用價值，是今后BIM在城市軌道交通發(fā)展的一個方向。

二、BIM在城軌的應用情況

1.上海市軌道交通項目BIM應用案例

上海市自2011年開始在城市軌道交通工程領域中應用BIM技術對設計和施工進行輔助，地鐵9號線延伸線、11號線迪士尼段、12號線、13號線、14號線、17號線等多條線路均在不同程度上應用了BIM技術。在地鐵9號線延伸線三期工程建設中，設計單位協(xié)助業(yè)主應用BIM技術實現(xiàn)項目設計、施工階段全過程，如場地仿真、管線搬遷模擬、交通疏解模擬、管線綜合設計、工程量輔助統(tǒng)計、效果圖渲染、場景漫游、施工仿真等。在地鐵11號線龍耀路檢測出各類管線碰撞問題112處，有效減少了返工誤工現(xiàn)象。

2.廈門市軌道交通項目BIM應用案例

廈門市在2013年地鐵1號線的建設早期就將BIM技術引入其中，在該項目中各階段的主要應用包括設計階段的土建和機電各專業(yè)建模、施工階段的輔助機電安裝施工。在該項目中，為設計方搭建的BIM協(xié)同設計平臺，通過協(xié)同設計服務器幫助不同專業(yè)進行協(xié)同工作；為施工方搭建的BIM機電施工管理平臺可以導入BIM深化模型，進行施工過程的可視化管理。設計階段所發(fā)現(xiàn)問題的數(shù)量已經達到上萬個。

3.武漢市軌道交通項目BIM應用案例

武漢市地鐵2號線采用BIM技術進行地鐵車站客流的三維動態(tài)仿真，為方案選擇階段提供支持。在地鐵5號線中，結合BIM技術智能化、信息化的特點，對工程中所遇到的困難提供解決方案。BIM技術被用于進行現(xiàn)場生產、可視化交底、管線改遷與交通疏解、結構模型碰撞檢查、施工進度模擬、結構模型碰撞檢查、施工進度模擬等方面。

4.呼和浩特市軌道交通項目BIM應用案例

呼和浩特市地鐵1、2號線在建設之初就引入了BIM技術，三維模型可以在工程中對實體建造起到指導作用，為后期運營管理提供有力的數(shù)據支撐。BIM技術在該項目中的主要特色包括：全生命周期“BIM封?！睉谩⒄竞蠊こ滩捎萌€三維正向設計、BIM工廠化加工與組合式裝配、打造BIM資產運維大數(shù)據四個方面。

5.太原軌道交通以運營為導向的全生命周期BIM應用案例

太原軌道交通將推行全自動運行、BIM、城軌融合云和故障預測與健康管理系統(tǒng)（Prognostic and Health Management，簡稱PHM）等智能建造和運維管理信息技術應用，并將重點利用BIM技術實現(xiàn)項目設計、施工、運營的全生命周期的精細化建設運營。BIM應用突出以運營為導向，將運營需求前置，使BIM技術輔助地鐵運營管理能更好地服務市民。

太原軌道交通“以運營為導向的全生命周期BIM技術應用”項目是以太原市軌道交通2號線一期工程運營階段的BIM集成應用為目標，采用“運營方主導、專業(yè)顧問咨詢、參與方實施”的BIM應用模式。在這種模式下，太原市軌道公司與BIM應用總顧問、當?shù)馗咝?chuàng)新性地成立“BIM技術創(chuàng)新應用中心”（簡稱“BIM中心”），依托“BIM中心”平臺，協(xié)同進行BIM應用的總體策劃、BIM戰(zhàn)略實施規(guī)劃、BIM實施標準和BIM應用實施方案，在統(tǒng)一的BIM應用系統(tǒng)管理平臺和機制下實施過程管理。在整個建設期和運營期，BIM中心編制了軌道交通項目全生命周期BIM應用系列標準；進行總體的組織、里程碑節(jié)點控制，具體實施工作的全過程管理；基于軌道交通智能運營理念，研發(fā)軌道交通項目BIM竣工交付管理平臺及BIM運營管理平臺，而后基于統(tǒng)一的實施方案、實施標準和管理平臺，管理各設計、施工、運營管理方等BIM實施的主體單位，完成BIM應用目標所開展的具體的建模、數(shù)據準備及培訓等應用實施內容，從而實現(xiàn)在統(tǒng)一的BIM應用管理平臺和機制下實施以運維為導向的BIM應用管理。

該項目除了發(fā)揮BIM在施工圖深化、大型設備路徑規(guī)劃、沖突檢測、三維管線綜合、施工模擬、竣工交付等設計和施工階段的作用，還重點探索了BIM在軌道交通運營階段的資產管理、運營沙盤、檢查維護、人員培訓、應急管理等方面的價值，極大程度上提高了建設和運營的數(shù)字化水平，打造太原軌道交通以運營為導向的全生命周期BIM技術應用的特色，實現(xiàn)“拓展BIM技術在軌道交通行業(yè)的應用范圍和價值，提升地方及行業(yè)BIM技術應用水平”的目標。

三、BIM技術在我國城市軌道交通項目的發(fā)展趨勢

近年來，BIM技術在我國城市軌道交通項目的應用取得了令人矚目的成效，但是當前我國BIM技術的應用尚處于發(fā)展階段，仍需進一步探索。在數(shù)字化時代，先進的信息通信技術正以驚人的速度不斷涌現(xiàn)，已引起各行各業(yè)的廣泛關注。綜合利用各種先進技術，探索“BIM+”技術，全面改進城市軌道交通項目的生產方式與管理模型，進而提升城市軌道交通項目的生產效率，已經成為今后發(fā)展的趨勢。

1.BIM+云計算

云計算具有強大的數(shù)據存儲能力和處理能力，將BIM技術轉化為BIM云服務，可以借助云計算的優(yōu)勢實現(xiàn)BIM技術軌道應用中各類信息的訪問、共享和處理[4]。城軌融合云技術對于軌道交通的智能選線設計、列車調控、安全監(jiān)控等工作具有重要意義。

2.BIM+PHM

故障預測與健康管理系統(tǒng)（Prognostic and Health Management，簡稱PHM）可以通過傳感器和數(shù)據采集系統(tǒng)所搜集的數(shù)據，借助各類算法和模型推導設備故障原因與位置，并對故障發(fā)生進行預測[5]。BIM技術為PHM搭建了基礎數(shù)據搭載和展示平臺。軌道交通自動化運行技術需要搜集大量的數(shù)據并建立相關平臺為決策提供支持，BIM技術、城軌融合云等新技術的發(fā)展為此創(chuàng)造了極為有利的條件。

3.BIM+VR

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality,簡稱VR），也稱作虛擬環(huán)境或虛擬真實環(huán)境，是一種三維環(huán)境技術，集先進的計算機技術、仿真技術、傳感和測量技術、微電子技術等為一體，借此產生逼真的視、聽、觸、力等三維感覺環(huán)境，形成一種虛擬世界[6]。BIM與VR集成應用，能夠很好地提高模擬工作中的可交互性。在虛擬的三維場景中，可實時切換備選的施工方案，在同一個視點或同一個觀察序列中感受不同的施工過程，有助于比選不同施工方案的優(yōu)勢與不足，以確定最佳施工方案。同時，還可以對某特定局部進行修改，并實時與修改前的方案進行分析比較。此外，還可以直接觀察整個過程的三維虛擬施工環(huán)境，快速查看不合理或者錯誤之處，避免施工中的返工。

4.BIM+更多可能

此外，在軌道交通工程中各參與方應該還可加強探索集成應用BIM技術與物聯(lián)網、移動技術、智能設備、3D打印、GIS等大數(shù)據信息化技術手段，在此基礎上實現(xiàn)信息自動采集、高效協(xié)同合作、科學預測決策、智能管理施工現(xiàn)場。提高BIM在城市軌道交通工程領域和整個產業(yè)鏈的深度應用水平將是信息化、工業(yè)化、智能化與綠色化發(fā)展的共同要求。

總之，BIM技術不只是對傳統(tǒng)技術的顛覆性變革，也要求在實踐中對傳統(tǒng)的生產方式和組織模型進行變革，用創(chuàng)新的思維模式對待未來城市軌道交通項目的設計、施工與運營管理，這將對整個行業(yè)產生巨大而深遠的積極影響。