基于城市軌道交通項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用分析及實(shí)踐

■劉晉瑋

（太原軌道交通集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002）

城市軌道交通系統(tǒng)是一個巨大的綜合性復(fù)雜系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)建造開始到實(shí)際運(yùn)營階段，既是物質(zhì)生產(chǎn)過程，也是信息產(chǎn)生、處理、傳播和使用的過程，要求業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等多個項(xiàng)目工程參與方相互溝通、協(xié)調(diào)、合作，方能完成[1]。其傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式組織復(fù)雜、信息傳遞效率低、管理難度高，“組織隔離”“信息孤立”等問題屢見不鮮。BIM技術(shù)作為一種新興的數(shù)字化項(xiàng)目管理手段，可以在一定程度上較好地解決上述問題，已被越來越多的城市軌道交通項(xiàng)目管理人員采納，但現(xiàn)階段,BIM技術(shù)本身仍存在個別難點(diǎn)、痛點(diǎn)，妨礙了BIM 技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。

本文以太原地鐵2 號線以運(yùn)營為導(dǎo)向的BIM 技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目為例，列舉了針對當(dāng)前BIM技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)、痛點(diǎn)，提出了的幾點(diǎn)舉措，較為全面地介紹了BIM 技術(shù)在城市軌道交通項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)踐過程和經(jīng)驗(yàn)方法。

一、BIM技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

當(dāng)前在各大企業(yè)應(yīng)用BIM 技術(shù)的過程中所遇到的困境難題究其原因可以劃分以下為兩點(diǎn)。

一是建模效率低。BIM技術(shù)應(yīng)用應(yīng)是建筑信息傳輸和共享的過程，這一過程貫穿建筑的整個生命周期，不同利益相關(guān)方通過BIM技術(shù)插入、提取、更新和修改信息，以支持和反應(yīng)其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。但目前國內(nèi)地鐵項(xiàng)目的BIM 應(yīng)用管理模式主要聚焦于建設(shè)過程的主要參建方基于其自身需求的分散式應(yīng)用，這種模式受制于參建方的BIM技術(shù)應(yīng)用能力和經(jīng)驗(yàn)的參差不齊、缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，提交的模型格式、精度、兼容性大相徑庭，同時各參建方孤軍奮戰(zhàn)，信息壁壘嚴(yán)重，BIM技術(shù)應(yīng)用難以協(xié)同，導(dǎo)致業(yè)主監(jiān)管困難，建模效率低下。

二是產(chǎn)出價值小。首先，BIM技術(shù)普遍在建設(shè)期的靜態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)營期的動態(tài)數(shù)據(jù)流失嚴(yán)重，許多有價值的數(shù)據(jù)被忽略，集成應(yīng)用程度低；其次，目前國內(nèi)建筑行業(yè)應(yīng)用的BIM 技術(shù)應(yīng)用軟件半數(shù)以上都停留在單項(xiàng)技術(shù)問題解決、提供單項(xiàng)使用功能的水準(zhǔn)上，在應(yīng)用中存在信息交流困難、產(chǎn)業(yè)上下游割裂、商業(yè)模式不清晰等重大瓶頸問題；最后，當(dāng)前利用模型進(jìn)行可視化的應(yīng)用多，利用信息進(jìn)行深入應(yīng)用的少，施工技術(shù)應(yīng)用多，企業(yè)和項(xiàng)目管理應(yīng)用少，企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)普遍初始投入比較大，增量成本在預(yù)算中不能體現(xiàn)[2]，使得最終BIM技術(shù)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)價值遠(yuǎn)低于投入的成本和其本身能夠帶來的價值，數(shù)字資產(chǎn)未被充分挖掘。

二、主要實(shí)踐做法

地鐵項(xiàng)目與民用建筑或一般的市政建設(shè)項(xiàng)目相比，總體上具有站點(diǎn)多、線路長、覆蓋面廣、投資規(guī)模大、建設(shè)周期長的特點(diǎn)。另外，地鐵項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備繁多，建設(shè)過程和運(yùn)營管理風(fēng)險高，對運(yùn)營維護(hù)過程提出了很高的要求。在國家宏觀政策倡導(dǎo)和支持大背景下，地鐵建設(shè)全過程應(yīng)用BIM 技術(shù)的必要性和緊迫性非常明顯，并在一些大型城市地鐵項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)踐中產(chǎn)生了示范性效果。太原軌道交通集團(tuán)在廣泛調(diào)研總結(jié)之后，以設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維過程中的BIM 技術(shù)模型數(shù)據(jù)和過程管理信息為支撐，結(jié)合智能運(yùn)營技術(shù)和管理方法，在業(yè)內(nèi)提出“以運(yùn)營為導(dǎo)向的軌道交通全生命周期BIM技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”（以下簡稱“太原地鐵項(xiàng)目”），以太原地鐵2號線為平臺，實(shí)施BIM技術(shù)應(yīng)用，利用BIM技術(shù)來輔助軌道交通建設(shè)及運(yùn)營，使其更好地服務(wù)于市民。同時，在過程中提出下列舉措，較好地解決了上述傳統(tǒng)難題。

（一）針對“建模效率低”的舉措

1.創(chuàng)新組織模式

由于以運(yùn)營為導(dǎo)向的BIM 技術(shù)應(yīng)用在本質(zhì)上是設(shè)施設(shè)備級的精細(xì)化管理，而精細(xì)化管理需要投入遠(yuǎn)超常規(guī)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理與分析的人力、物力與財(cái)力，且更需要有與精細(xì)化管理相匹配的團(tuán)隊(duì)和組織管理方法。太原地鐵項(xiàng)目采用“業(yè)主方牽頭、BIM技術(shù)中心組織實(shí)施、各參與方協(xié)同”的應(yīng)用管理模式。在這種模式下，業(yè)主方創(chuàng)建BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用中心，并委托其進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用的總體規(guī)劃和管理，制訂BIM技術(shù)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案，在統(tǒng)一的BIM應(yīng)用管理平臺和機(jī)制下實(shí)施以運(yùn)維為導(dǎo)向的BIM應(yīng)用管理。

在這種管理模式下，基于BIM技術(shù)可視化、集成性、模擬性等特征，太原地鐵項(xiàng)目嘗試應(yīng)用“交互集成辦公模式”，即“IROOM——Interactive&Integrated Room”對項(xiàng)目進(jìn)行管理，其總體定位為交互集成辦公空間。參與項(xiàng)目的業(yè)主、咨詢方及各參建單位需要派駐相關(guān)人員赴IROOM辦公，持續(xù)時間隨本單位任務(wù)及性質(zhì)而定，而IROOM為各單位提供開放式辦公場地和圖形工作站，供項(xiàng)目參與方人員開展相關(guān)的BIM 技術(shù)建模及其他應(yīng)用工作。各參與單位線上協(xié)同工作，線下實(shí)時交流，打破溝通壁壘，提高信息流通效率。

2.建全標(biāo)準(zhǔn)體系

在城市軌道交通項(xiàng)目中，BIM技術(shù)應(yīng)用系列標(biāo)準(zhǔn)作為集信息集成、共享和協(xié)作為一體的基準(zhǔn)線，能夠引導(dǎo)BIM技術(shù)在城市軌道交通項(xiàng)目中應(yīng)用，是BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提。因此，太原地鐵項(xiàng)目啟動了城市軌道交通建筑信息模型系列企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，以促進(jìn)軌道交通工程信息在項(xiàng)目全生命周期的有效利用，包括《城市軌道交通建筑信息模型全生命期應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》《城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)》、《城市軌道交通建筑信息模型建模標(biāo)準(zhǔn)》《城市軌道交通建筑信息模型數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》等，分類編碼覆蓋了2578 項(xiàng)山西省城市軌道交通常見設(shè)施設(shè)備，詳細(xì)規(guī)定了27120 項(xiàng)建模準(zhǔn)則，規(guī)定了所有設(shè)施設(shè)備模型均應(yīng)具備的7 類33 種通用屬性信息、常見工程對象應(yīng)具備的4815 項(xiàng)特殊屬性信息，規(guī)定了14 種線網(wǎng)級交付關(guān)聯(lián)資料、382 種區(qū)域級交付關(guān)聯(lián)資料、26964 項(xiàng)設(shè)備級交付關(guān)聯(lián)資料。目前，上述標(biāo)準(zhǔn)已升級為山西省地方標(biāo)準(zhǔn)。

3.提供樣板示范

對新技術(shù)的不斷探索要求在全面推廣之前以試點(diǎn)的方式進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和優(yōu)化，同時需要一個實(shí)施效率極高、模型質(zhì)量極高、對全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用理解深刻的團(tuán)隊(duì)為其他標(biāo)段團(tuán)隊(duì)提前提供樣板示范。

太原地鐵項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況，確定以大南門站及其北側(cè)區(qū)間為樣板，依托數(shù)字化竣工交付原型平臺，開展BIM技術(shù)數(shù)字化竣工交付相關(guān)的全專業(yè)建模、運(yùn)營所需屬性的維護(hù)、運(yùn)營相關(guān)現(xiàn)場實(shí)景照片采集維護(hù)及運(yùn)營相關(guān)工程文檔資料的采集維護(hù)工作，以進(jìn)一步驗(yàn)證分類編碼標(biāo)準(zhǔn)和建模標(biāo)準(zhǔn)的可實(shí)施性，并優(yōu)化數(shù)字化交付平臺的功能，指導(dǎo)竣工交付標(biāo)準(zhǔn)的編制。

4.培訓(xùn)技術(shù)支持

項(xiàng)目實(shí)施過程中，BIM技術(shù)總體單位需要為業(yè)主和各參建單位完成BIM技能的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)培訓(xùn)工作，以增強(qiáng)各階段、各單位分散BIM 技術(shù)應(yīng)用的效益，提高模型建設(shè)質(zhì)量，加快項(xiàng)目推進(jìn)速度，起到認(rèn)識提升和技能提升的作用。

在太原地鐵項(xiàng)目中，BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用中心面向業(yè)主全員開展了240 人次、共9 期35 課時的BIM技術(shù)知識技能培訓(xùn)；先后邀請了20 余名國內(nèi)頂尖專家和知名企業(yè)家前往太原開展公共講座；舉辦“太原軌道交通BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用高端論壇”，邀請了BIM技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威專家進(jìn)行交流研討；面向設(shè)計(jì)單位、施工單位、設(shè)備供應(yīng)商、車輛廠商、運(yùn)營單位管理層和操作層，就標(biāo)準(zhǔn)體系、建模、模型應(yīng)用、數(shù)字化交付、平臺管理開展20 余次線上線下培訓(xùn)及標(biāo)準(zhǔn)宣貫會，幫助項(xiàng)目參與方各團(tuán)隊(duì)提高技術(shù)水平，增強(qiáng)流程和成果的標(biāo)準(zhǔn)化能力。

5.質(zhì)量控制體系

太原地鐵項(xiàng)目編制了《數(shù)字化交付總體實(shí)施方案》《數(shù)字化交付實(shí)施工作界面劃分》《數(shù)字化交付質(zhì)量考核辦法》《車站機(jī)電數(shù)字化交付管理辦法》《現(xiàn)場影像資料采集管理辦法》等24 冊配套管理辦法和實(shí)施手冊，為BIM技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量提供全方位、全流程的規(guī)定與考核依據(jù)。

同時，建立了全方位、全要素、全過程的質(zhì)量管理體系，從模型創(chuàng)建到歸檔，需要依次經(jīng)過圖紙問題反饋、設(shè)計(jì)回復(fù)、現(xiàn)場踏勘、施工單位現(xiàn)場一致性核對、BIM技術(shù)中心現(xiàn)場一致性核對、內(nèi)部審核、二次審核、驗(yàn)收、貫通復(fù)測等嚴(yán)格、復(fù)雜的流程，在機(jī)電施工單位進(jìn)場前，還利用三維點(diǎn)云掃描等技術(shù)手段對土建模型進(jìn)行精確地校準(zhǔn)，人工審查、自動化審查相結(jié)合，入庫全面檢查與可疑項(xiàng)抽查相結(jié)合，確保模型質(zhì)量符合甚至高于規(guī)定要求。

6.應(yīng)用效果評價

太原地鐵項(xiàng)目建立全過程問題跟蹤體系及各階段BIM 技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)評價考核體系，將落實(shí)應(yīng)用效果、模型質(zhì)量審核、模型應(yīng)用、應(yīng)用效果考核、效果評價打分、優(yōu)化建議各環(huán)節(jié)形成閉環(huán)，確保各BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)發(fā)揮預(yù)期的效果，為建設(shè)單位最大化BIM技術(shù)投資效益。其中，應(yīng)用效果評價內(nèi)容包括合同金額、BIM 應(yīng)用組織結(jié)構(gòu)、管理制度等組織支持內(nèi)容；模型精細(xì)度、數(shù)據(jù)信息交換和共享程度、BIM 技術(shù)功能應(yīng)用深度、BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行度等技術(shù)內(nèi)容；高層認(rèn)可度、BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)人員及證照、軟硬件支持度、參與項(xiàng)目協(xié)助配合程度等資源支持內(nèi)容；利用BIM技術(shù)解決項(xiàng)目管理問題的深度等項(xiàng)目管理內(nèi)容。

（二）針對“產(chǎn)出價值小”的舉措

1.數(shù)字化交付整體解決方案

太原地鐵項(xiàng)目開展基于BIM 技術(shù)的數(shù)字化竣工交付，開發(fā)了數(shù)字化交付管理平臺，用于指導(dǎo)建模，建模過程的協(xié)同管理，交付模型、屬性、文檔、影像資料，成果檢查驗(yàn)收和成果導(dǎo)出到運(yùn)維管理系統(tǒng)。其用戶為業(yè)主、BIM技術(shù)中心及所有項(xiàng)目參建方，以模型為中心實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)集成，通過平臺在全生命期逐步實(shí)現(xiàn)收集模型、屬性、現(xiàn)場實(shí)景照片及文檔檔案資料，是太原地鐵BIM技術(shù)應(yīng)用中交付數(shù)字資產(chǎn)的通道，也是對項(xiàng)目全生命期產(chǎn)生的數(shù)字資產(chǎn)的整合，是利用BIM技術(shù)優(yōu)化組織管理的工具。

有別于傳統(tǒng)BIM技術(shù)項(xiàng)目實(shí)施后由設(shè)計(jì)方、咨詢方交付BIM技術(shù)模型，太原地鐵項(xiàng)目數(shù)字化交付管理平臺中的交付物，特指城市軌道交通工程的虛擬數(shù)字化工程，其虛擬數(shù)字化的含義不僅包括模型文件，而且包括設(shè)計(jì)、施工至運(yùn)營全過程中產(chǎn)生的虛擬設(shè)施設(shè)備、設(shè)施設(shè)備相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)施設(shè)備相關(guān)現(xiàn)場影像資料、設(shè)施設(shè)備相關(guān)的竣工檔案資料等，交付物種類齊全、內(nèi)容豐富，且包含傳統(tǒng)BIM技術(shù)交付無法收集的隱蔽工程影像資料，交付的范圍超出了狹義BIM技術(shù)的范疇[3]。并實(shí)現(xiàn)了PC 端、WEB 端、移動端全平臺覆蓋，除了全功能的PC 端軟件可以滿足交付流程中各種功能需求，輕量化的WEB 端和更靈活的移動端為現(xiàn)場實(shí)施人員提供了易用的交付方式，也為施工全過程收集影像、報批文件等資料提供了可能。

數(shù)字化交付平臺擁有超500 位用戶，包括建設(shè)單位、BIM 技術(shù)總體管理單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)備廠商等；擁有超300 萬個模型構(gòu)件，涵蓋全線所有車站、區(qū)間、車輛基地、變電站的所有專業(yè)；上傳超2億條屬性信息，利用模型集成整合設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)備制造、施工安裝、運(yùn)營維護(hù)等信息；收集超2 萬份建設(shè)期影像資料；超32 萬份關(guān)聯(lián)文檔資料；超350G 的數(shù)據(jù)庫規(guī)模；進(jìn)行超7 萬次審核。

2.全生命周期系統(tǒng)解決方案

太原地鐵項(xiàng)目采用“研究先行、標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)、局部試點(diǎn)、全局推廣”的總體方針，研制出一套符合項(xiàng)目實(shí)際的全生命周期系統(tǒng)解決方案，除了傳統(tǒng)的解決設(shè)計(jì)、施工階段割裂的BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)，項(xiàng)目統(tǒng)一了軟硬件和各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議，在方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段、施工準(zhǔn)備階段、施工實(shí)施階段、運(yùn)維階段均設(shè)置了科學(xué)合理的應(yīng)用點(diǎn)，充分利用模型的承載、傳遞能力，將信息在各個階段發(fā)揮作用。在運(yùn)營階段，項(xiàng)目開發(fā)了運(yùn)營管理平臺，打通與交付管理平臺的數(shù)據(jù)通道，根據(jù)運(yùn)營實(shí)際需要，將設(shè)施設(shè)備和其他地鐵運(yùn)營系統(tǒng)采集的動態(tài)數(shù)據(jù)，與經(jīng)過交付管理平臺整合的靜態(tài)數(shù)據(jù)有機(jī)集成，為BIM技術(shù)下一步推廣提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和空間。同時，運(yùn)營管理平臺是獲取運(yùn)維管理所需數(shù)據(jù)的便捷手段，也是企業(yè)優(yōu)化組織管理的工具，與數(shù)字化交付平臺共同促進(jìn)太原地鐵數(shù)字資產(chǎn)流轉(zhuǎn)、保存、利用，以規(guī)范的流程和清晰便捷的使用方式提高相關(guān)實(shí)施人員的專業(yè)素質(zhì)和工作效率。以下列舉介紹運(yùn)營階段的部分高價值應(yīng)用。

（1）維修管理

全流程閉環(huán)跟蹤：故障觸發(fā)、維修任務(wù)發(fā)起、維修任務(wù)指派、備品備件取用、維修過程記錄、任務(wù)完畢全流程跟蹤。

維修資料查詢：快速定位故障點(diǎn)，獲取歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，查詢關(guān)聯(lián)文檔資料或委外維修單位信息。

備品備件管理：跟蹤備品備件取用情況，庫存預(yù)警。

（2）應(yīng)急管理

全流程閉環(huán)跟蹤：應(yīng)急處置培訓(xùn)、應(yīng)急事件觸發(fā)、應(yīng)急處置過程記錄、應(yīng)急事件解除、處置結(jié)果評估全流程跟蹤。

應(yīng)急預(yù)案推送：根據(jù)應(yīng)急事件自動觸發(fā)預(yù)案，向相關(guān)人員推送應(yīng)急處置指令。

輔助決策：可視化展示現(xiàn)場各傳感器、監(jiān)控設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)，靈活調(diào)用現(xiàn)場實(shí)時影像，輔助預(yù)案外的應(yīng)急處置決策。

（3）能耗管理

實(shí)時展示：動態(tài)監(jiān)測建筑內(nèi)能耗數(shù)據(jù)，以可視化形式直觀顯示。

統(tǒng)計(jì)分析：支持自定義、可配置的能耗統(tǒng)計(jì)分析，通過樓層或系統(tǒng)的切換，可橫向?qū)Ρ葮菍?、樓層?nèi)房間的能耗，幫助運(yùn)營管理人員多維度地掌握能耗情況。

優(yōu)化建議：提供對建筑的設(shè)備運(yùn)行用電量、用水量和用冷量等多維度的能耗計(jì)報表，提供優(yōu)化建議，輔助決策。

三、結(jié)語

傳統(tǒng)的城市軌道交通項(xiàng)目管理模式組織復(fù)雜、信息傳遞效率低、管理難度高，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以在一定程度上解決此類問題，但現(xiàn)階段BIM技術(shù)本身存在的個別難點(diǎn)、痛點(diǎn)使其應(yīng)用效果不佳，妨礙了其大規(guī)模應(yīng)用。太原地鐵項(xiàng)目通過對其難點(diǎn)痛點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了一系列對應(yīng)舉措和解決方案，通過創(chuàng)新組織模式、建全標(biāo)準(zhǔn)體系、提供樣板示范、培訓(xùn)技術(shù)支持、質(zhì)量控制體系、應(yīng)用效果評價、推出數(shù)字化交付整體解決方案及全生命周期系統(tǒng)解決方案等舉措，很大程度上提升了BIM技術(shù)在城市軌道交通項(xiàng)目中的應(yīng)用效果，進(jìn)一步推動BIM技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域繁榮發(fā)展。