軌道交通運營期BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢及實例

陳詩，盧哲穎，徐震,2

（1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司；2.浙江省工程數(shù)字化技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311122）

當(dāng)前，國內(nèi)軌道交通工程BIM 技術(shù)階段性應(yīng)用主要以設(shè)計與施工階段應(yīng)用為主，少數(shù)企業(yè)開展了規(guī)劃階段和運維階段的BIM 技術(shù)應(yīng)用。在軌道交通工程運營管理過程中，涉及人員管理、設(shè)備設(shè)施管理、客運組織管理、行車組織管理、演練管理、培訓(xùn)管理、應(yīng)急事件處置等多個方面，以往采用規(guī)則列表、文字描述、數(shù)字列表等管理方式無法滿足當(dāng)前日益復(fù)雜的管理需要。通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以直觀、清晰地對接運營管理相關(guān)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，輔助開展運營管理活動，有利于提高運營管理水平和服務(wù)質(zhì)量。

1 BIM 技術(shù)原理及運營期應(yīng)用場景

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)主要通過三維數(shù)字化模型，將設(shè)計、施工、運維各個階段的信息進行集成整合，以便高效傳遞和共享，為項目各參與方的決策者、管理者與執(zhí)行者提供全面、立體、可靠、可視的信息服務(wù)。BIM技術(shù)在軌道交通運營階段的應(yīng)用場景主要包括應(yīng)急管理、虛擬巡檢、資產(chǎn)管理、物資管理、人員管理、客運組織、培訓(xùn)管理、專業(yè)設(shè)備維護、自動工單管理等。

2 軌道交通運營期BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 協(xié)調(diào)性

為適應(yīng)軌道交通蓬勃發(fā)展，軌道交通運營管理機構(gòu)的組織架構(gòu)日趨專業(yè)化與復(fù)雜化，各專業(yè)部門分工與職責(zé)處于相對獨立狀態(tài)，部門之間的日常溝通協(xié)作也大多通過傳統(tǒng)通訊工具以圖片、文字等方式進行。傳統(tǒng)協(xié)作方式存在不可避免的信息損失，也不利于信息存檔，常導(dǎo)致理解與實際情況偏差并大幅降低工作效率。而基于BIM 技術(shù)的運營管理基于統(tǒng)一的數(shù)字信息載體，具備信息全面、集成、共享的特點，可以降低部門之間、部門人員之間信息傳遞偏差，提高全員工作協(xié)調(diào)性，保障運營管理與業(yè)務(wù)執(zhí)行的效率。

2.2 可視化

可視化是基于BIM 技術(shù)的軌道交通運營管理的基本特點，基礎(chǔ)三維信息模型搭配多種模型交互操作方式，如剖切、漫游等，可以為管理者提供更為全面清晰的全局視野，從而對決策提供有效支持。特別是應(yīng)對險情時，雖然軌道交通行業(yè)前期均會設(shè)置應(yīng)急處置方案，但是，各類常規(guī)方案的可行性無法進行直觀分析驗證。而利用BIM 技術(shù)的可視化特點，可以對設(shè)備故障點位、影響范圍、方案應(yīng)用情況進行直觀展示和即時分析，從而提升運營期應(yīng)急處置方案的適用性與可操作性。

2.3 模擬性

城市軌道交通行業(yè)對運營安全性具有極高的要求，以往運營安全相關(guān)的管理方法大多限制在資料學(xué)習(xí)、經(jīng)驗積累、“手把手、傳幫帶”的層面。而基于BIM 技術(shù)的運營安全管理可以利用已知歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r獲取的動靜態(tài)信息全面分析軌道交通的相關(guān)設(shè)備類型和影響范圍。對不同類別的重大故障或應(yīng)急事件進行多維度場景化的模擬，能夠快速提高軌道交通運營保障人員的對險情的認知，縮短相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)的速度與處置時間。

2.4 優(yōu)化性

基于BIM 技術(shù)的軌道交通運營管理，可以對現(xiàn)有管理流程與體系進行優(yōu)化。針對突發(fā)應(yīng)急事件，基于BIM 技術(shù)的軌道交通運營管理可以通過與其他系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施接口，促使各相關(guān)專業(yè)協(xié)同響應(yīng)，提高現(xiàn)場處理效率和處置水平。而在運營管理內(nèi)部培訓(xùn)管理過程中，通過BIM 技術(shù)，可以利用虛擬現(xiàn)實代替?zhèn)鹘y(tǒng)文本，將距離和時間影響降至最低，省時省力。

3 軌道交通運營期BIM 技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 概況

某地軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營指揮調(diào)度大樓項目位于A 地軌道交通6 號線停車場東南角地塊，南邊寬約86m，東西長約186m，短邊寬約55m，基地面積為13806m2，項目面積約為55623m2，其中地上部分總建筑面積為38695m2，地下部分為兩層11m 島式站臺，共設(shè)四個出入口及兩組風(fēng)亭。該項目采用“1+6+20”定位模式，包含一個網(wǎng)絡(luò)運營協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮、六個子中心及二十條軌道交通線路，具備運營協(xié)調(diào)、集中調(diào)度、整體監(jiān)控、輔助決策、應(yīng)急指揮等功能。由于該軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營指揮調(diào)度中心不僅布設(shè)了常規(guī)給排水、暖通、消防等機電系統(tǒng)，還配置了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、智能化集成系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、廣播電視會議與信息查詢發(fā)布系統(tǒng)、信息資源網(wǎng)接入系統(tǒng)等若干個系統(tǒng)，機電專業(yè)門類多，復(fù)雜程度較高，擬通過BIM 模型承載運營階段靜態(tài)信息，并整合運營期間動態(tài)信息進行高效傳遞，解決運營期間若干難點及風(fēng)險。

3.2 應(yīng)用過程

（1）結(jié)構(gòu)BIM 模型創(chuàng)建。通過工程圖紙創(chuàng)建BIM 模型并進行格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入至專業(yè)消防模擬軟件，完成軌道交通BIM 運營管理模型構(gòu)建。創(chuàng)建詳細過程為：將軌道交通站點竣工圖紙DWG 文件導(dǎo)入BIM 建模軟件后，構(gòu)建軸網(wǎng)、標(biāo)高。同時，結(jié)合施工設(shè)計圖紙信息，將結(jié)構(gòu)柱、剪力墻、梁板、洞口及相關(guān)構(gòu)件的分層繪制，隨后進行復(fù)雜度較高的異形梁、異形柱、樓梯等結(jié)構(gòu)繪制，并利用豎井命令預(yù)留關(guān)鍵孔及關(guān)鍵洞。在此基礎(chǔ)上，利用參數(shù)化設(shè)備設(shè)施管理器，進行排風(fēng)設(shè)備、防火門等基礎(chǔ)設(shè)施及出入口、風(fēng)亭等附屬結(jié)構(gòu)繪制，獲得精確完整的軌道交通工程結(jié)構(gòu)信息模型。

（2）建筑BIM 模型創(chuàng)建。在結(jié)構(gòu)BIM 模型構(gòu)建完畢后，新建一個建筑樣板并進行軸網(wǎng)、標(biāo)高設(shè)置，將結(jié)構(gòu)模型逐一關(guān)聯(lián)并在其標(biāo)高、軸網(wǎng)上進行建筑墻、建筑板及相關(guān)構(gòu)件設(shè)置，如在建筑墻柱表面進行天花板、裝飾等構(gòu)件建立。同時，利用幕墻命令創(chuàng)建屏蔽門和各種指示標(biāo)志。隨后，調(diào)用元器件庫逐一建立閘機、電梯、安檢設(shè)備、站臺公共區(qū)域滅火器、設(shè)備間消防栓等設(shè)備設(shè)施。在這個基礎(chǔ)上，利用剖切、漫游等模型交互工具，核查每個元器件構(gòu)件的空間信息和屬性信息，確保獲得精確完整的軌道交通工程建筑信息模型。

（3）進行基于BIM 技術(shù)的運營場景模擬仿真。以BIM 的運營安全管理為例，通常包括應(yīng)急事件管理、性能化分析等幾個部分。其中，在應(yīng)急事件管理過程中，根據(jù)應(yīng)急事件類別，設(shè)置不同的數(shù)值。以火災(zāi)應(yīng)急場景為例，基于建筑布局及通風(fēng)模式、防排煙模式、屏蔽門開啟方式對火災(zāi)應(yīng)急事件發(fā)生時延期擴散效果產(chǎn)生影響，為確定火災(zāi)發(fā)生時軌道交通內(nèi)部防排煙系統(tǒng)具有足量的排煙排熱功效，可以依據(jù)前期BIM 建模軟件構(gòu)建的建筑信息模型，并通過專業(yè)仿真軟件（如消防模擬軟件Pyrosim），將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為軌道交通火災(zāi)模擬模型，研究軌道交通火災(zāi)事故發(fā)生時不同火源位置下、屏蔽門開啟方式、通風(fēng)模式對煙氣控制效果，進而確定軌道交通設(shè)備損害最小、人員安全逃生概率最大、恢復(fù)運行最快及安全疏散時間最短的方案。借鑒國內(nèi)外相關(guān)資料可知，軌道交通發(fā)生火災(zāi)事故時多數(shù)乘客是被因中毒、煙氣熏倒、窒息而導(dǎo)致的受傷或死亡，因此，運營管理者可以利用BIM 技術(shù)重點對軌道交通火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律進行模擬，即設(shè)置站臺主風(fēng)機排煙、自然排風(fēng)、站臺主風(fēng)機及隧道輔助風(fēng)機組合排煙三種模式，分析屏蔽門打開一側(cè)、全部打開、全部關(guān)閉下一氧化碳濃度、站臺溫度場、站臺速度場及其對煙氣的控制效果。在性能化分析方面，運營管理者可以設(shè)置相關(guān)數(shù)值，逐一模擬“采用工位送風(fēng)及頂峰旋流風(fēng)口對人員所在區(qū)域送風(fēng)”“僅采用工位送風(fēng)對整體調(diào)度大廳送風(fēng)”等多種方案，選擇大廳熱環(huán)境調(diào)度最優(yōu)方案并下達送風(fēng)決策指令。

此外，還可以將BIM 技術(shù)應(yīng)用至軌道交通資產(chǎn)管理、設(shè)備維修管理、客運組織管理等日常運營管理場景。

4 結(jié)語

綜上所述，在城市軌道交通運營過程中，由于管理者對復(fù)雜運營環(huán)境認知的不準(zhǔn)確、對必要數(shù)據(jù)信息的掌握不全面、對復(fù)雜的管理業(yè)務(wù)沒有應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)手段，導(dǎo)致存在諸多運營管理上的難點和痛點?；贐IM 技術(shù)的軌道交通運營管理，充分體現(xiàn)BIM 技術(shù)的各項優(yōu)勢，順應(yīng)了當(dāng)下信息數(shù)字技術(shù)發(fā)展促進管理提升的趨勢，有效帶動了傳統(tǒng)軌道交通運營管理業(yè)務(wù)的提質(zhì)、增效、降本，將助力軌道交通行業(yè)向?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型邁進。