基于BIM的重慶城軌快線數(shù)字化建設管理研究與實踐

文：官波、王猛、周燦偉、周宴成、雷霆丨重慶市鐵路（集團）有限公司

重慶市鐵路集團依托城軌快線15號線一期在建項目開展建設階段基于BIM的數(shù)字化管控。以BIM模型為數(shù)據(jù)載體，挖掘BIM技術的價值，將BIM技術應用延伸到項目管理層面，以先進的管理理念和方法為指導，以信息化應用重塑項目管理流程為核心，實現(xiàn)各管理層級、各部門、全員實時參與，實現(xiàn)企業(yè)管理由傳統(tǒng)的經(jīng)驗管理向數(shù)字化管理、流程化管理、標準化管理的轉變，提升項目管理水平與效率。

BIM技術漸漸應用于城市軌道交通行業(yè)的3D設計、施工管理、物資信息管理、模擬分析等各個方面。《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中提出深化BIM技術在基礎設施的設計、建設、運維等全生命周期的應用，建設基于BIM的基礎設施狀態(tài)智能管理平臺。

一、建設目標

重慶市鐵路集團為打造集團數(shù)字化建設管理新品牌，在工程建設管理中加強對項目進度、投資、安全、質量等多方面的數(shù)字化建設管理，提升集團建設管理信息化水平。充分發(fā)揮信息化管理的作用，將信息化優(yōu)勢和效益轉變?yōu)闃I(yè)務生產(chǎn)力，實現(xiàn)BIM技術的工程建設管理與集團各職能部門生產(chǎn)力相融合。同時將BIM技術與工程建設深度融合，促進工程建設管理制度與流程的優(yōu)化創(chuàng)新，實現(xiàn)城軌建設過程的標準化、數(shù)字化、精細化、智慧化管理。

可通過如下三個子目標逐一實現(xiàn)：

1.建立BIM標準，統(tǒng)一數(shù)據(jù)要求；多層級審查，保障數(shù)據(jù)及時性、完整性、準確性；實現(xiàn)全生命期全方位的BIM系統(tǒng)性應用。

2.建立以BIM模型為數(shù)據(jù)基礎的軌道交通建設可視化協(xié)調管理平臺（簡稱：建管平臺），實現(xiàn)以設計階段成果管理為起點、以施工階段采集的工程進度、質量、安全等動態(tài)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)驅動，面向業(yè)主各職能部門及項目管理需求，結合項目建設的各參與方標準化管理流程和職責對項目建設進行協(xié)同管理。

3.在國內安全風險分級管控與隱患排查治理的基礎上，建立基于BIM的安全風險辨識方法，建立安全管控體系，同時完成安全管控系統(tǒng)與建管平臺的融合，建立基于BIM平臺的安全管控系統(tǒng)，形成“部門聯(lián)動，齊抓共管，責任落實，安全可控”的安全管理局面，切實完成了集團安全風險持續(xù)可控的管理目標。

二、建設路線與方案

（一）技術路線

基于重慶市鐵路集團既有信息化建設基礎上，依托城軌快線15號線一期在建項目開展實施應用，數(shù)字化管理體系技術路線圖見圖1。重慶市鐵路集團BIM技術采用頂層設計理念，開展企業(yè)級BIM應用及數(shù)據(jù)標準體系編制與全生命期BIM系統(tǒng)性應用，研發(fā)建設管理、安全管控及智慧運維等管控平臺，將BIM應用過程與管理平臺融為一體，結合管理辦法形成基于BIM應用的數(shù)字化建設管理體系。通過管理平臺進行BIM數(shù)據(jù)及工程數(shù)據(jù)的收集、傳遞、交付以及存儲，將各階段數(shù)據(jù)打通，形成從一套貫穿設計、施工、運維全過程管理的數(shù)據(jù)庫。全面推進重慶市鐵路集團數(shù)字化驅動建設管理，提高建設期與運維期的質量和管理水平。

圖1 數(shù)字化管理體系技術路線圖

（二）關鍵技術

本項目的信息化實踐主要以BIM技術應用研究為基礎，結合GIS、5G、云計算、數(shù)據(jù)集成、視頻、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術形成保障項目實施的關鍵技術，主要為如下幾個方面：

1.輕量化/跨平臺圖形顯示技術。為保證建立起的信息模型能在各類終端進行訪問，需對信息模型進行輕量化處理，在保留模型精細度、外觀材質的基礎上保證模型的流暢展示。對信息模型的加載和顯示進行優(yōu)化處理，在保證既有信息系統(tǒng)對接三維可視化模型的基礎上，實現(xiàn)跨平臺的圖形顯示及調用功能，支持PC、手機、平板電腦等多種終端的連接。

2.異域異構數(shù)據(jù)融合分析技術。安全管控系統(tǒng)涉及業(yè)務多，如施工及第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全風險預控數(shù)據(jù)、危大工程數(shù)據(jù)、隱患排查數(shù)據(jù)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控等，結構化數(shù)據(jù)與非結構化數(shù)據(jù)融合與分析；通過數(shù)據(jù)積累，不斷訓練AI模型，不斷提高現(xiàn)場安全風險的判定的準確性。

3.多系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成技術。提供標準化數(shù)據(jù)接口，支持對多個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成，為各參建方已有或規(guī)劃中信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐及數(shù)據(jù)傳遞的條件，如智慧工地系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、安全管控系統(tǒng)等，解決城市軌道交通建設數(shù)據(jù)量大、參建方多、信息系統(tǒng)多而雜的問題。減少數(shù)據(jù)的重復錄入，實現(xiàn)各參建單位間數(shù)據(jù)共建共享。

4.可視化精細管理技術。基于BIM模型建設期可視化精細管理，將模型進行深化拆分，滿足施工籌劃要求、投資管控要求、質量驗收要求，集成各類建設數(shù)據(jù)，包括正拆情況、進度計劃、現(xiàn)場問題、安全文明施工等。依托平臺、流程、表單、數(shù)據(jù)等管理工具，執(zhí)行PDCA循環(huán)閉環(huán)管理。

（三）實施方案

1.吸收融合國內外BIM技術應用特點，研究線網(wǎng)級城軌建設全生命期BIM技術應用管理，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系與應用體系。

2.以BIM模型為數(shù)據(jù)基礎，以設計階段成果為起點，為施工階段的工程進度、質量、安全等動態(tài)數(shù)據(jù)做容器，結合業(yè)主各職能部門及項目管理需求，融入中各參與方工作標準化流程，開發(fā)建設可視化協(xié)同管理平臺，為數(shù)字化驅動建設管理提供高效信息化管理工具。

3.建立健全安全風險分級管控和隱患排查治理的工作制度和規(guī)范，建立并完善了安全生產(chǎn)風險分級管控體系、隱患排查治理體系和全生產(chǎn)信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)關口前移、精準監(jiān)管、源頭治理、科學預防，同時通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術，實現(xiàn)標準化、信息化的安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防，進而達到從根本上防范事故發(fā)生，構建安全生產(chǎn)長效機制的最終目標。

4.總結城軌項目工程建設特點與管理難點，利用信息化技術手段重構工程建設管理流程，基采用于BIM技術+平臺技術的工程建設進度、質量、安全等精細化管控手段，形成基于BIM技術的數(shù)字化建設管理體系，實現(xiàn)數(shù)字化驅動管理。

三、實施過程及應用內容

（一）管理工具建設

依托城軌快線15號線一期工程開展數(shù)字化建設管理，管理工具主要為建設可視化協(xié)同管理平臺與安全管控系統(tǒng)。

1.可視化協(xié)同管理平臺。為實現(xiàn)在管理過程中進度、質量、安全的精細化、可視化管控，提高項目管理效率，打造“數(shù)字化、標準化、移動化和智能化”的建設可視化協(xié)同管理平臺，集成建設管理過程數(shù)據(jù)，輔助竣工驗收及移交運營。建設可視化協(xié)同管理平臺主要架構體系如圖2。

圖2 建設可視化協(xié)同管理平臺架構體系

2.安全管控系統(tǒng)。為進一步落實鐵路集團建設安全管理雙重預防機制，強化各級監(jiān)督管理與考核，實現(xiàn)風險預防預控，隱患及時排查治理，降低事故發(fā)生概率，安全管理行為留痕，分析安全管理薄弱環(huán)節(jié)，指導安全管理重點。

（二）前期準備

1.標準化BIM應用標準體系文件編制。為保證BIM數(shù)據(jù)的規(guī)范性和統(tǒng)一性，構建一套完整的符合軌道交通工程特點的BIM標準體系。根據(jù)BIM應用的目標，指導和約束模型建立、模型應用、模型交付，規(guī)范信息存儲、規(guī)范與企業(yè)其他信息系統(tǒng)的接口。同時，為軌道交通建設期、運維期BIM技術應用提供規(guī)范和指導。標準體系主要分為模型創(chuàng)建標準、數(shù)據(jù)接口標準、模型應用標準、模型交付標準四類共七部，分別為：《設施備分類編碼》《建筑信息模型與交付》《建筑信息模型單元創(chuàng)與交付》《建筑信息模型應用技術》《建設管理平臺數(shù)據(jù)規(guī)則》《巖土工程勘察信息模型數(shù)據(jù)規(guī)則》《地下管線信息模型數(shù)據(jù)規(guī)則》。

2.城市軌道交通建設可視化協(xié)同管理平臺研發(fā)。搭建數(shù)字資產(chǎn)建設可視化協(xié)同管理平臺，平臺以BIM模型和數(shù)據(jù)為核心，集成建設管理過程數(shù)據(jù)，輔助竣工驗收及移交運營。以實現(xiàn)軌道交通建設管理的信息化為目標，實現(xiàn)在管理過程中進度、質量、安全的精細化、可視化管控，提高項目管理效率，打造“數(shù)字化、標準化、移動化和智能化”的數(shù)字資產(chǎn)建設協(xié)同管理平臺。

3.基于BIM的安全管控平臺研發(fā)。研究基于多條線路同期建設模式下鐵路集團風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制新模式，解決建設范圍廣、管理層級多，管理分散，管理層級模糊，管理權限交叉等問題，明確各層級管理目標、內容、范圍及程序。研發(fā)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的安全與隱患管控雙重預防的安全管控信息化平臺，解決動態(tài)風險信息不暢，監(jiān)管不全面，隱患排查治理記錄、管理、分析、處置等環(huán)節(jié)痕跡化資料不全，大數(shù)據(jù)分析難度大及無法倒查責任等問題。

4.企業(yè)級管理辦法、招標要求的編制。企業(yè)級BIM技術應用管理辦法，主要包括BIM實施管理辦法、平臺應用管理辦法。管理辦法中明確集團項目組織架構，各參與方工作職責、使用要求、實施流程，并規(guī)定考核評價辦法，系統(tǒng)性的規(guī)定項目信息化建設管理的實施行為，為項目數(shù)字化建設管理提供依據(jù)。同時，針對各參與方工作內容與主要職責，在招標文件中明確數(shù)字化建設管理要求，包括人員要求、技術實力要求、工作職責、成果要求等，保障項目中的各參與方能高效地推進項目數(shù)字化建設。

5.利用信息化技術重塑項目管理流程。依據(jù)工程項目管理特點，利用信息化技術優(yōu)化項目管理流程，并在管理流程中加入BIM總體角色，使得項目管理流程更便捷、更高效，提升管理效率。

（三）工作開展

15號線一期工程為全線開展基于BIM的數(shù)字化建設管理，本年度處于土建建設階段。

1.基于BIM+GIS綜合應用。通過地圖資源、線路周邊勘測數(shù)據(jù)、線路設計信息，基于影像底圖實現(xiàn)城市軌道交通線路周邊構筑物、地下市政管線、工程站點等數(shù)據(jù)融合，并基于位置的統(tǒng)一配準、關聯(lián)和集成項目周邊征地拆遷及管線遷改信息、工程進度、實況，為建設管理者提供基于站點外大場景概覽。利用基于位置的信息運用模式、可視化表達方式和高級時空數(shù)據(jù)融合分析能力，方便、直觀地實現(xiàn)各業(yè)務信息的集成共享，從而輔助項目管理。

2.基于BIM的進度管理的應用?；谑┕そM織設計，對BIM模型進行深化拆分，同時對工程項目總體進度、單位工程、分部分項進度、階段工程進度等進行分級控制，賦予項目生產(chǎn)計劃及完成時間，以模型動態(tài)的形成過程表現(xiàn)項目的施工過程，實現(xiàn)對進度的可視化管理。依托建管平臺編制總計劃、年度計劃、季度計劃、月度計劃。通過對系統(tǒng)進度計劃實時跟蹤、監(jiān)控，按照進度計劃對工程WBS進行進度報量和資源綁定，滯后的任務項提前預警，做到進度管理事前可預知、事中可控制、事后可檢查，使得施工計劃控制有條不紊的進行。

3.基于BIM的質量管理的應用。根據(jù)規(guī)范、設計文件、施工方案，依據(jù)流水段拆分深化BIM模型，并上傳至建管平臺，構件附加或關聯(lián)施工質量管理信息（相關質量驗收資料、現(xiàn)場記錄、施工方案等），梳理篩選出重要施工樣板、質量控制點、復雜節(jié)點，建立質量管理模型，并對施工工藝、工序進行動態(tài)模擬，以進行三維技術交底。通過建管平臺質量管理全過程跟蹤，保證了整個質量監(jiān)督管理工作的規(guī)范化與程序化，可快速發(fā)現(xiàn)施工中存在的質量問題，快速生成質量管理業(yè)務數(shù)據(jù)報表，并及時提出整改策略，避免檢查漏洞，實現(xiàn)質量管理數(shù)字化、智能化、信息化，提升質量管理力度與服務質量。

4.基于BIM的安全風險管理的應用。基于多條線路同期建設模式下鐵路集團風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制新模式，明確各層級管理目標、容、范圍及程序，解決建設范圍廣、管理層級多、管理層級模糊、管理分散，管理權限交叉等問題。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的安全與隱患管控雙重預防的安全管控信息化平臺，解決動態(tài)風險信息不暢，監(jiān)管不全面，隱患排查治理記錄、管理、分析、處置等環(huán)節(jié)痕跡化資料不全，大數(shù)據(jù)分析難度大及無法倒查責任等問題。

通過創(chuàng)建安全技術措施模型，進行安全交底、安全樣板引路。通過BIM模型，進行危險源識別、安全防護設計、受力分析等，并將BIM模型上傳至協(xié)同管理平臺，進行安全問題追蹤和安全資料管理。平臺支持安全管理方案在線審批，快速生成安全管理業(yè)務數(shù)據(jù)報表，縮短對安全隱患的響應時間，規(guī)避施工安全事故的發(fā)生。

5.基于BIM數(shù)字化建設管理手段。為保證標準體系與數(shù)字化管理落地實施，15號線推進過程中逐步形成了一系列數(shù)字化管理手段。

（1）編制一系列BIM技術應用指導要求，指導標準體系落地實施。

（2）建立全方位多層次的數(shù)據(jù)審核體系，保障數(shù)據(jù)的準確性、完整性與及時性。

（3）集團領導牽頭組織集團各業(yè)務部門、BIM總體單位、各參建方形成1+N的數(shù)字化建管模式，并共同成立快線BIM+建管應用協(xié)同中心（15號線），通過集中辦公、定期調度等方式確保本項目BIM應用及數(shù)字化建管工作的有序開展。

（4）打造數(shù)字化建設管理示范應用，明確各參建方內部數(shù)字化管理建設要求，規(guī)范協(xié)調各參建方之間的溝通協(xié)作，保障業(yè)務和數(shù)據(jù)同步，推動軌道交通15號線的高質量建設。

（5）建立培訓制度，開展要求培訓宣貫，同時也可推進新技術、新手段深度交流。

（6）同時針對應用過程管理，形成了報表制度、會議制度、巡檢制度，最終落實到考核制度上，加強業(yè)主對參建方數(shù)字化應用管理。

6.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的安全與隱患管控。為保證各項安全管理措施與技術措施落實到位，在15號線一期試點應用過程中建立了信息化管控手段。

（1）編制系統(tǒng)應用管理制度，包括風險管理辦法、預警管理辦法、隱患排查治理辦法、考核管理辦法等。

（2）結合15號線城軌快線建設實際情況，細化了隱患庫，并對其進行分級，明確整改責任人、整改時間等。

（3）加強應用培訓，對15號線各應用單位進行了點對點培訓，確保實操人員熟練使用系統(tǒng)。

（4）建立了結構化考核標準與機制，系統(tǒng)根據(jù)每個人的職責，每月對不履責的行為進行自動記分，建設單位定期通報。

四、管理成效

（一）解決的關鍵問題

1.跨部門溝通協(xié)作困難。建管平臺內嵌崗位職責與管理流程，使各部門、各參建方間形成標準化、流程化的工作模式，減少溝通協(xié)調沖突，合理有效利用組織資源，提升效率和績效。

2.建設質量管理效率低。建管平臺中集成文檔管理、質量問題整改（派單）、問題整改提醒、預警等功能，提高問題上報速度，提高管理效率。

3.建設進度管理困難大。建管平臺將BIM模型與時間掛鉤，進行分級控制、動態(tài)展示，實現(xiàn)對進度可視化管理。同時平臺可實現(xiàn)進度計劃的通報、跟蹤、監(jiān)控、預警、進度款申報等功能，提高進度管理水平。

4.安全隱患排查不到位、不及時。安全管控系統(tǒng)依據(jù)安全生產(chǎn)管理體制，建立安全風險分級管控、完善隱患排查治理，落實安全生產(chǎn)主體責任。并與建管平臺BIM模型相關聯(lián)，直觀地評估現(xiàn)場條件和識別風險，并根據(jù)算法自動判定風險等級，提供適當?shù)慕鉀Q方案。實現(xiàn)風險、隱患雙重預防控制，應急物資可視化調度，提高應急反應能力。應用“BIM+”技術建立安全安全管控系統(tǒng)。實現(xiàn)了安全風險與隱患排查治理的信息化、規(guī)范化管理，實現(xiàn)了全員、全過程、全方位的動態(tài)信息化輔助管理及安全風險管理的分級管控與協(xié)同管理工作。

（二）效益價值

1.社會效益

外婆年紀大了，前段時間身體大不如從前，錢海燕忙著陪周啟明做各種復查，沒顧得上回諸暨看望外婆。卻沒想到外婆就這樣走了。

（1）設計階段利用先進技術輔助設計人員合理規(guī)劃線路，減少線路周邊房屋拆遷量，減少對樹木、水域、旅游區(qū)的破壞，降低對環(huán)境的影響。

（2）借助BIM技術對施工交通組織、管線遷改等進行模擬仿真，可以最大限度降低施工階段對周邊城鎮(zhèn)居民出行的影響。

（3）開展數(shù)字化、精細化建設管理，有效控制施工過程中的進度、質量、安全，保障工程質量，保障建設工人人身財產(chǎn)安全，亦可讓建設中的線路更快地為人民服務。

（4）加快軌道交通新技術裝備在建設階段的推廣應用。

（5）為設計、施工、運維階段的管理提供可靠、準確、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，提高軌道交通設計、施工、運維管理信息化水平。

（6）有助于實現(xiàn)項目集群管理和智慧運維，打造智慧快軌和智慧鐵路大腦，為重慶市鐵路規(guī)劃、設計、建設及智慧運維提供決策和方法，樹立軌道交通行業(yè)信息化、智慧化運營標桿。

（8）社會政治效益顯著。一方面提高管理效率、降低管理成本，避免和減少傷亡事故，有利于民生和社會穩(wěn)定；再者鐵路集團深入貫徹落實國家、省、市有關風險分級管控與隱患排查治理方面部署，在重慶市起到了帶頭作用。

2.經(jīng)濟效益

（1）設計階段，優(yōu)化設計方案、提高圖紙質量，減少設計變更30%，有效的控制造價預算成本。

（2）全過程利用BIM建管平臺開展信息化建設管理，實現(xiàn)項目進度、質量、安全的精細化管控，有效控制工程建設投資。

（3）為軌道交通項目的運營維護管理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，降低由于數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、不準確以及溝通失誤導致的成本浪費和潛在返工誤工風險。

（4）安全管控系統(tǒng)的直接成本投入較低，一次性投入成本約100萬元，每年因此而節(jié)省的人力、物力、財力以及降低或減少的經(jīng)濟損失至少為500萬。系統(tǒng)的應用，進一步強化了施工單位、監(jiān)理單位隱患排查治理的職責落地，豐富了隱患排查治理手段，提高了參建各方的安全意識、履職能力。同時促進優(yōu)化資源配備，提高了信息傳遞效率，提高了人員專業(yè)素質，提升了隱患排查與治理效率，避免了重大事故的發(fā)生。

通過本項目實踐可看出，BIM技術作為建筑行業(yè)的信息化抓手和容器，收集匯總來自GIS、智能終端、傾斜攝影等多維元數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)采集、保持、應用的體系、流程和工具平臺，以運營需求的最終需求為起點，圍繞項目管理行為和運維管理行為兩個中心，打造“數(shù)字一張圖”“數(shù)據(jù)一張網(wǎng)”“智慧一朵云”創(chuàng)新管理標桿項目，為國家級示范工程提供了方案參考。

通過確立安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制，秉持高效率低成本安全風險、隱患處置理念，不斷推動關口前移，橫觀工程建設涉及各方面，縱觀工程建設始末，不斷加強風險源辨識及隱患點排查，不但滿足各線路在規(guī)劃、可研、勘察設計、施工期等各階段的全過程動態(tài)風險管控要求，確立了風險辨識超前、工前查體完善、全過程動態(tài)管控的全面風險管控機制，更重要的是重慶鐵路集團建設至今對在建所有線路風險源辨識全面、施工過程中各類風險規(guī)避恰當、重大風險管控合理，有效降低了事故的發(fā)生概率。