基于建筑信息模型（BIM）的城市軌道交通設施設備分類與編碼研究*

畢湘利　陳 鴻　賴華輝　鄧雪原

（1.上海申通地鐵集團有限公司，201102，上海；2.上海市隧道工程軌道交通設計研究院，200235，上海；3.上海交通大學土木工程系，200240，上海∥第一作者，教授級高級工程師）

基于建筑信息模型（BIM）的城市軌道交通設施設備分類與編碼研究*

畢湘利1陳 鴻2賴華輝3鄧雪原3

（1.上海申通地鐵集團有限公司，201102，上海；2.上海市隧道工程軌道交通設計研究院，200235，上海；3.上海交通大學土木工程系，200240，上海∥第一作者，教授級高級工程師）

摘 要城市軌道交通涉及多專業的設施設備，建設項目從設計、施工到運營維護，各階段的設施設備信息采用不同的分類編碼體系，難以開展設施設備的統一化管理。調研上海軌道交通既有的設施設備分類編碼體系，基于建筑信息模型（BIM）技術研究，建立城市軌道交通全生命周期的設施設備分類編碼體系。該分類編碼體系是以城市軌道交通資產管理的分類編碼為基礎進行編制的，劃分了21類，具有唯一性、穩定性、可擴展性等特點，可兼容既有的設施設備分類編碼體系，并能夠滿足城市軌道交通運營維護管理的需求。

關鍵詞城市軌道交通；設施設備；分類；編碼；建筑信息模型

*中國BIM發展聯盟中國BIM標準研究課題（P-BIM01B00）；上海市科學技術委員會技術聯盟計劃項目（14DZ0510500）

First-author＇s address Shanghai Shentong Metro Group Co.，Ltd.，201102，Shanghai，China

根據中國城市軌道交通協會的統計，至2014年末，我國累計有22個城市建成城市軌道交通線路101條，運營線路長度達3 155 km［1］，城市軌道交通行業正處于快速發展時期。然而，城市軌道交通項目涉及多種專業的設施設備，僅設備就有1 000余種，且設備間接口復雜，管網密布。不同部門采用不同的設施設備分類編碼體系及數據格式，信息的不一致性導致了各階段的“信息孤島”等問題。

要解決上述問題，需立足于城市軌道交通全生命周期，建立統一的、標準化的城市軌道交通設施設備數據庫。搭建設施設備數據庫首先要解決設施設備的“身份”問題，即分類與編碼。在國外，美國對智能交通系統標準研究比較深入，制定了《公共交通通信接口屬性標準》（TCIP）等一系列標準；歐盟也制定了《公共交通數據模型技術標準》（TransModel）和《公共交通服務設施數據描述技術標準》（IFOPT），以規范公共交通的設施設備數據［2］。目前我國已頒布和正在編制的關于城市軌道交通的國家標準與行業標準已超過100項，但這些標準主要側重于設施設備的技術層面，統一的設施設備分類編碼體系仍未建立。

鑒于此，我國運營軌道交通的各城市提出并建立了自身的設施設備分類編碼體系，如北京市在2010年發布DB11∕T 717—2010《城市軌道交通設施設備分類與代碼》［3］，深圳市在2013年發布SZDB∕Z 84—2013《城市軌道交通設施設備編碼規范》［4］，但仍未見能應用于城市軌道交通全生命周期過程中的信息管理分類編碼體系。

近年來出現的建筑信息模型（Building Information Modeling，簡為BIM）技術是繼CAD（計算機輔助設計）技術后建設領域的又一重要計算機應用技術，其核心是建筑全生命周期過程中基于統一標準的信息共享與轉換［5］。這與城市軌道交通設施設備全生命周期信息的可持續利用目標是相符的。鑒于此，本文在調研上海軌道交通的基礎上，研究基于BIM的城市軌道交通設施設備分類編碼體系，為國內其它城市的軌道交通設施設備分類編碼研究提供參考。

1　上海軌道交通既有設施設備的分類編碼

1.1既有設施設備分類與編碼管理現狀

上海軌道交通從1995年1號線的運營開始，發展至今已有20年。根據地鐵建設方的統計數據，至2014年底上海軌道交通全網運營線路總長度達到548 km，車站337座。而按照新一輪建設規劃，到2020年年底，上海將形成總規模為18條線路、線路總長約800 km、500余座車站的龐大軌道交通路網［6］。可見，上海軌道交通已積累豐富的設施設備運營維護管理經驗，同時，上海軌道交通的長期規劃發展對設施設備管理要求也越來越高。

為保證城市軌道交通設施設備的正常運作，上海軌道交通項目的建設、運營、維護等工作分別由上海申通地鐵集團有限公司內各專業公司獨立承擔或聯合負責。各單位以城市軌道交通資產的分類與編碼為紐帶，結合自身的業務需求，對管轄范圍內的設施設備形成了內部的分類與編碼體系，但彼此之間的信息系統相對獨立，各單位管理的設施設備信息不盡相同。面對城市軌道交通設施設備的增多、線網規模的擴大、設施設備數據統一存儲與協同共享的需求等問題，建立統一的、標準化的城市軌道交通設施設備分類編碼體系具有重要意義。

1.2既有設施設備分類與編碼體系

建立統一的城市軌道交通設施設備分類編碼體系，并不是拋棄既有的體系建立全新的體系，而是繼承并發展既有的體系，以適應當前的管理需求。在上海軌道交通既有的分類編碼體系中，資產臺賬是設施設備管理的核心業務，運營維護管理的設施設備是軌道交通日常管理的數據基礎。

（1）資產管理的設施設備分類與編碼。在設施設備的資產管理業務中，上海發布了《城市軌道交通資產編碼規則》和《城市軌道交通運營資產工程實物移交接規則》，對各條軌道交通線路的固資和物資進行統一管理。根據資產管理的分類方法，設施設備按照大類、中類、小類三個層級進行劃分。其中，大類分為線路、房屋建筑、供電系統、通信、信號等21類，中類、小類根據各專業對象進行細分。為確定資產的管理單位和空間位置，資產管理的編碼結構在設施設備分類代碼的基礎上增加權屬單位、維保單位、線路、車站等代碼，采用10層20位數字型代碼表征資產編碼。

（2）運營維護管理的設施設備分類與編碼。上海軌道交通下設通號公司、工務公司、車輛公司、供電公司、物資和后勤公司等五大專業公司，各專業公司主要采用EAM（企業資產管理）系統管轄不同的設施設備。EAM系統的主要功能有設備臺賬管理、維修管理、成本核算和數據分析等。五大專業公司基于資產分類編碼細化到可維修單元，形成自身業務的設施設備分類與編碼體系，基本上可與資產管理建立映射關系，但不同專業公司之間的分類編碼方法不同。而在運營管理方面，運營公司的設施設備分類編碼沿襲原有的分類方法，并按照專業、系統大類、系統、子系統、設備大類、設備六個層次進行劃分。

可見，上海軌道交通各業務的設施設備分類編碼基本是在資產管理的分類編碼體系下進行擴展，以滿足城市軌道交通其它業務的分類編碼深度或屬性信息的需求，但尚缺乏一套基于全生命周期的、統一的設施設備分類與編碼體系。

2　基于BIM的城市軌道交通設施設備分類與編碼體系

BIM最初的概念是由Chuck Eastman在1976年提出的，當時將其定義為Building Description System［7］。到2002年，Building Information Modeling［8］一詞才逐漸被業界接受和認可。我國從“十五”科技攻關計劃開始對BIM相關研究給予支持，在“十一五”、“十二五”計劃中逐步拓展BIM研究的廣度和深度。鑒于BIM的重要性，上海軌道交通規定，新線工程采用BIM技術進行模型的設計與交付。

BIM在工程項目中的應用很多，如碰撞檢測、施工模擬、仿真漫游等，但要實現BIM在建筑項目全生命周期的可持續應用，其基礎是實現建筑全生命周期過程中的數據標準［9］。對于城市軌道交通行業，其基礎是設施設備數據。為構建基于BIM的城市軌道交通設施設備數據庫，首先要研究并建立標準化的設施設備分類與編碼體系。

2.1基于BIM的設施設備分類

鑒于城市軌道交通工程的快速發展，國內有不少學者開展了城市軌道交通設施設備的分類編碼研究。文獻［10］調查國外地下空間的分類信息系統，提出建立《地下空間設施代碼與分類》的建議性框架。文獻［11］以城市軌道交通設備的全生命周期管理為線索，對設備管理服務的幾種分類與編碼進行分析，提出設施設備的編碼原則和基礎數據管理的思路。文獻［12］以城市軌道交通企業為研究對象，總結了資產編碼在資產管理信息系統中的基本結構，研究形成了蘇州輕軌的資產管理編碼體系。但這些研究主要集中在城市軌道交通竣工交付后的運營維護階段，并未考慮城市軌道交通項目從設計、施工到運營維護的全生命周期，且研究范圍主要集中在資產管理方面，對于其它業務范圍研究較少。

基于BIM的設施設備分類體系首先要確定設施設備分類層級。表1展示了我國部分城市軌道交通的分類編碼體系。由表1可知，在設施設備分類編碼上，不同城市所采用的分類與編碼完全不同，一定程度上影響了城市軌道交通信息的共享與轉換。

表1　不同分類編碼體系比較

上海軌道交通既有設施設備分類編碼體系中，設施設備資產管理采用3級分類，是核心的分類編碼管理體系；EAM系統負責管理城市軌道交通運營維護，采用6級（選用）分類。基于BIM的城市軌道交通設施設備數據庫是為城市軌道交通建設與管理服務的，該設施設備數據庫應著眼于設施設備分類編碼的核心部分，并能滿足城市軌道交通運營維護管理需求。因此，在上海軌道交通資產管理的分類（3級6位）基礎上，進一步細化設施設備的分類，將設施設備分類層級完善、擴充到6級12位，進而滿足設施設備的運營維護管理需求。具體的分類層級結構如圖1所示。

圖1　基于BIM的設施設備分類代碼結構

其中，一級分類沿用資產管理的21個類別，并結合各專業實際應用情況，將設施設備根據專業型和通用型進行細分，如表2所示。

表2　基于BIM的設施設備一級分類

在6級分類中，基于線分類法，不同層級類目之間按照從屬關系進行分類，同一分支的類目之間按照并列關系進行分類；前三級分類基本與資產管理的3級分類相對應，4～6級的分類深度逐漸達到最小管理單元，以滿足運營維護管理的需求。

需要說明的是，基于BIM的設施設備分類是管控6級范圍的設施設備，對于維護管理深度更深的構件，如部件、組件、備件等，其管理單位可在6級分類基礎上進行擴充，從而在保證BIM設施設備數據庫唯一性的同時，也保證了各應用對設施設備管理的自由度。

2.2基于BIM的設施設備編碼

城市軌道交通設施設備包含大量的屬性信息，如權屬管理屬性、位置信息、時間信息、技術參數等，通過與上海軌道交通各管理單位研究，基于穩定性的編碼原則，篩選了結構穩定的信息部分增加到設施設備編碼結構中。具體編碼結構如圖2所示。同時，為保證設施設備屬性信息的完整性，設施設備其它信息根據標準模板統一存放在屬性信息表中，該部分內容不在本文研究范圍內。

圖2　基于BIM的設施設備編碼結構

圖2的編碼結構是在分類代碼的基礎上增加物理位置代碼和序號碼形成的，共22位數字型代碼。物理位置代碼是指設施設備當前所在的地點，由線路和位置組成。鑒于設施設備可能會因為環境、條件的改變而搬遷到建筑物內其它位置，因此該代碼主要針對宏觀的空間位置描述，以維持編碼的穩定性，具體的位置描述存放在屬性信息表里。序號碼是用以區分在同一地點出現的多個分類代碼相同的設施設備。通過物理位置代碼和序號碼，可唯一識別城市軌道交通設施設備的“身份”。

3　基于BIM的分類編碼體系在城市軌道交通管理中的應用

統一的設施設備分類編碼，有利于城市軌道交通項目從設計階段開始積累數據，隨著項目的推進，最終為城市軌道交通設施設備數據庫提供準確、完整的信息，進而服務于城市軌道交通運營維護管理。

BIM尚處于不斷發展的過程中，基于BIM的城市軌道交通設施設備分類編碼體系也未完全覆蓋城市軌道交通中的所有業務。該分類編碼體系立足于城市軌道交通管理的核心部分，并由城市軌道交通的權屬管理單位負責，而城市軌道交通的其它業務應用可在基于BIM的分類編碼體系上進行擴展。圖3展示了基于BIM的城市軌道交通設施設備分類編碼體系的應用框架。

圖3　基于BIM的城市軌道交通設施設備分類編碼體系應用框架

基于BIM的分類編碼體系由上海軌道交通管理層統一管理，有利于基于全局的眼光管理城市軌道交通設施設備，作出基于數據的決策，以合理規劃城市軌道交通資源。

基于BIM的分類編碼體系是在上海軌道交通既有的設施設備分類編碼體系的基礎上建立的，因此，該分類編碼體系能夠為設施設備資產管理提供基礎數據。城市軌道交通資產臺賬的記錄和更新是設施設備管理的核心業務，將基于BIM的城市軌道交通設施設備數據庫與資產管理臺賬關聯起來，能夠實現城市軌道交通資產數據的動態管理，進而提高資產臺賬數據的可靠性與準確性，為撥付運營維護費用提供依據。

4　結語

基于BIM的設施設備分類編碼研究是BIM技術全面應用于城市軌道交通行業的基礎性研究。本文調研了上海軌道交通設施設備分類編碼的管理情況，建立了基于BIM的設施設備分類編碼體系。該體系是以城市軌道交通資產管理的分類編碼為基礎進行編制的，劃分了21類，能夠滿足城市軌道交通運營維護管理的需求。本文研究成果仍處于理論階段，后期將應用到實際的城市軌道交通項目中進行驗證與完善，同時為其它城市的軌道交通建立設施設備分類編碼體系提供參考。

參考文獻

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Classification and Coding for Urban Rail Transit Facility Equipment Based on BIM

Bi Xiangli，Chen Hong，Lai Huahui，Deng Xueyuan

AbstractMulti-disciplinary facility equipment is involved in urban rail transit projects.Different classification and coding systems are used in design，construction and maintenance stages respectively，making it difficult to conduct a unified management of urban rail transit facilities.Based on an investigation of the classification and coding systems of facility equipment in Shanghai rail transit，the BIM-based classification and coding system for full life cycle of urban rail transit is established，which is compiled according to the asset management classification with 21 categaries，this system features uniqueness，stability and extensibility.It is adapted to the operation and maintenance management requirements of urban rail transit industry.

Key wordsurban rail transit；facility equipment；classification；coding；building information modeling（BIM）

中圖分類號F 530.7

DOI：10.16037∕j.1007-869x.2016.01.002

收稿日期：（2014-12-29）