城市軌道交通BIM咨詢模式探討

陳 燁

(上海市地下空間設計研究總院有限公司,200020，上海//高級工程師)

0 引言

BIM(建筑信息模型)是對建筑全壽命周期中信息生成和管理的過程，是利用數字化技術在計算機中建立一座虛擬的建筑工程信息模型。這個模型中可包含從建筑工程項目規劃、設計、建造、使用、改造直至最終拆除的全壽命周期過程中所需的所有信息，包括建筑物(含土建、設備、裝飾、管線等)的幾何信息、空間關系、環境、材料、性能、進度、成本等各個方面，可以幫助業主、設計、施工、監理、運營管理等項目相關方提高工作效率和管理水平[1]。

我國從2003年開始引進BIM，起初主要是應用在學術和民用建筑領域，如上海世博場館、上海中心、上海迪斯尼樂園等大型項目。而市政項目的BIM應用起步較晚，目前還是處于初步應用階段。2012年，上海軌道交通引入BIM，在上海軌道交通11號線管線安裝施工過程中首次運用BIM技術進行三維管綜碰撞模擬，之后的12號線、13號線和9號線三期中都局部和分階段采用BIM技術。目前政府及行業也越來越重視BIM的應用價值和意義。國家“十一五”科技支撐計劃和“十二五”建筑信息化發展綱要中都將BIM技術納入研究內容。《2011—2015年建筑業信息化發展綱要》中明確指出：“十二五”期間，加快建筑信息模型(BIM)、基于網絡的協同工作等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設。2017年2月，國務院發布《關于促進建筑業持續健康發展的意見》中提到“加快推進建筑信息模型(BIM)技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理，為項目方案優化和科學決策提供依據，促進建筑業提質增效[2]。”

BIM多用于地面建筑，城市軌道交通工程中BIM應用起步較晚，目前尚處于初步應用階段。根據筆者的不完全統計，已開展或即將開展城市軌道交通BIM咨詢的城市為27座。本文旨在研究以何種方式能夠將BIM對城市軌道交通工程建設質量、進度、安全和投資等方面的輔助價值最大化。

1 城市軌道交通BIM技術應用的必要性

1.1 BIM技術應用的機遇

城市軌道交通具有投資大、線路長、影響范圍廣、工期緊的工程特點，特別是經過城市核心區域的軌道交通線路，沿線的建構筑物復雜，交通流量大，離居民區近，因此對設計、施工、環境保護都提出了較高要求。城市軌道交通建設參與方眾多，包括勘察、設計、施工、供應商、監理、第三方監測檢測等單位，同時工程需與交通、消防、公安、市政管線公司等多家相關單位進行溝通，工程信息總量龐大，交互需求緊迫，傳統的建設管理模式難以滿足城市軌道交通的越來越精細化的管理需要。對于軌道交通新建城市，例如貴陽、洛陽、烏魯木齊，這些城市本身缺乏建設管理經驗，也缺少相關經驗的專業人員，因此亟待尋求適合城市軌道交通建設的信息化管理模式。

1.2 BIM技術應用的價值

BIM可以承載城市軌道交通全生命周期的所有數字化信息，同時所有參與方可以共享唯一的BIM模型進行協同工作，BIM是城市軌道交通全生命周期數字資產優秀的建設和管理工具。實現城市軌道交通建設全周期、各參與方的BIM應用，充分發揮BIM應用價值，能夠有效控制和協助管理工程建設的質量、進度、安全和投資控制，提升城市軌道交通工程的精細化管理水平，提高工程管理和決策效率，減少返工浪費，保證工期，提高工程質量和投資效益。

建立一套基于BIM的協同管理機制、數據標準、BIM實施標準，形成一套城市軌道交通工程建設可復制、可推廣的成套BIM應用和信息管理體系，將能為后續類似的城市軌道交通工程推進BIM技術應用提供示范基礎。

2 城市軌道交通BIM技術應用研究

2.1 BIM技術認知

BIM技術對城市軌道交通工程建設的改變可以分為3個層面(見圖1)：

(1)應用層面：BIM可以為傳統基于二維的城市軌道交通設計和施工帶來革新。通過三維的數字化，為城市軌道交通建設提供“未建先視”的設計工具和施工工具。

(2)協同層面：基于BIM，形成“三維空間索引”，不同參建單位、專業可以基于空間索引開展協同設計與施工協調，實現設計-施工各時序間的協同工作，以及各設計專業/施工專業之間的系統協同工作。

(3)決策層面：BIM作為數據載體，在應用和協同過程中將采集全過程數據，這些數據將為城市軌道交通建設者的決策提供依據。通過“虛實結合”，使得“運營”提前介入“建設”成為可能，形成以運維為導向的城市軌道交通建設思維方式。

圖1 BIM從3個層面改變城市軌道交通建設

2.2 BIM技術應用方式

目前，國內城市軌道交通BIM技術應用方式可分為3類：

(1)以運維為導向，將BIM定義為數字資產管理工具。主要表現：業主因BIM而改變工作方式，城市軌道交通建設參與方的全員全程協同參與BIM應用。有專業的BIM管理方制定貫穿全生命期的各類標準，且標準以運維為導向，BIM模型最終交付運營。有基于BIM的數字資產全生命周期管理平臺。

(2)以設計和建設優化為導向，將BIM定義為輔助優化工具。主要表現：業主要求應用BIM進行設計或施工優化，并制定統一的建模標準，設計或施工單位一般委托第三方公司進行BIM建模和應用，沒有對BIM模型進行統一管理，應用成果無法作為數字資產在運營期進一步利用。

(3)局部設計應用。主要表現：以可視化和碰撞檢測作為BIM應用的主要內容，不存在統一的標準，設計或施工單位單獨委托第三方公司按圖紙翻模和應用，BIM模型沒有后續利用價值。

2.3 BIM技術應用中存在的問題

筆者對國內已應用BIM的城市軌道交通建設項目進行了研究，發現有幾個較為突出的問題，需要通過BIM應用模式的優化來解決：

(1)缺乏統一標準。城市軌道交通工程本身非常復雜，在建設中往往還被切分成不同標段，BIM應用中經常出現設計與施工無法繼承，專業與專業之間無法協調，標段和標段之間無法一致的情況。

(2)缺乏評價體系。由于BIM的應用在城市軌道交通工程處于初步探索階段，建設單位無法對各參建單位的BIM應用情況進行有據可循的評價，經常造成BIM成果質量把控的缺失。

(3)應用水平良莠不齊。城市軌道交通設計、施工企業對BIM的人才儲備和資源儲備仍舊不足，加之缺少業主的引導，使得城市軌道交通工程的BIM應用水平層次不齊，且普遍偏低。

(4)未將BIM應用提升到數字資產管理的高度。由于各參建單位在BIM應用上各自為戰，導致BIM很難發揮數字傳遞的價值。加之建設階段的BIM應用理所當然地聚焦于建設當下，缺少從運營角度建設全生命周期數據資產的考慮。

3 城市軌道交通BIM咨詢模式

3.1 分包咨詢模式

分包咨詢模式(見圖2)是城市軌道交通BIM應用初期較為普遍的模式。由于缺少整體的BIM應用技術路線，該模式往往被應用于一條城市軌道交通線路內的部分車站或區間。

圖2 BIM分包咨詢模式

分包咨詢模式中BIM應用是離散性的，BIM咨詢單位獨立地受雇于設計單位或者施工單位，因此，這種模式下的BIM應用成果僅僅滿足設計階段或施工階段的需求，其數據缺少可傳遞的標準。同時，BIM也失去了作為協調媒介的作用，各專業之間無法基于離散的BIM空間索引進行協同設計或施工。

因此，分包咨詢模式下的BIM應用價值僅限于三維工具的作用，為設計與施工提供比二維圖紙多一維度的視角。但所形成的三維模型既無法用于協同建設，更不可能形成過程資產被傳遞給建設業主。

3.2 總包咨詢模式

總包咨詢模式(見圖3)是城市軌道交通建設業主直接委托一家BIM咨詢單位，承擔整條城市軌道交通線路的BIM應用。該總包單位負責BIM管理和BIM實施兩部分工作。

總包單位根據業主需求，制定整條線路的BIM實施方案和標準，并在建設過程中負責BIM協同平臺的搭建與維護工作。 BIM總包單位對BIM應用成果負全部責任，包括BIM模型、BIM應用成果和業主提出的BIM輸出成果。

圖3 BIM總包咨詢模式

同時，BIM總包單位負責將整條城市軌道交通線路的BIM建模和實施工作拆分，并分包給多個BIM分項實施單位。各分項單位負責與相關標段的屬地化設計與施工單位進行單點溝通，同時按照總包單位所制定的總體實施方案和標準開展工作。

總包咨詢模式是業主管理成本最小化的BIM咨詢模式。全線由一家咨詢單位統籌考慮與管理BIM技術應用，有利于BIM數據與成果的協同與傳遞。當然也存在不足之處，譬如業主對BIM應用技術路線的把控能力不足，以運維為導向的BIM數據資產無法落實到建設階段。從分項層面來看，BIM分項實施的成果受相關設計/施工單位的限制，容易造成BIM進度滯后于建設進度。

3.3 總體咨詢模式

總體咨詢模式(見圖4)是城市軌道交通建設業主聘請一家BIM總體咨詢單位，該單位平行于設計總體與施工總包，負責對全線BIM相關工作的總體管理，但BIM實施的工作由設計、施工和其它參建單位負責。業主作為BIM工作的源頭，輸入BIM技術應用的總體方向和成果要求，然后由總體咨詢單位通過管理體系解析傳遞給相關參建單位。

該單位負責為城市軌道交通全線制定BIM實施總體方案和標準。在建設全周期中，負責制定標準化的BIM工作管理與考核體系，對參建單位的BIM工作進行質量管控，保證設計/施工單位的BIM模型與設計圖紙/施工現場的一致，協調各專業基于統一空間索引的協同工作，并管控過程數據最終交付給建設業主。

總體咨詢模式具有“業主主導、專業咨詢、多方參與”的特點。即業主對BIM技術的應用具有主導責任，在BIM總體的支持下確保BIM技術充分服務于自身的建設管理工作與后期運維需求。BIM總體咨詢單位專注于自身的專業性，統籌BIM相關的所有工作。參建各方在總體BIM體系下，在各自負責的專業工作中有機地結合BIM技術應用，不僅保證BIM成果與建設進度的一致性，而且其可以從專業需求出發充分挖掘BIM的應用價值。目前看來，總體咨詢模式是最接近城市軌道交通BIM正向設計的一種模式。

但是，總體咨詢模式對于業主的管理能力要求較高，而且對于城市軌道交通設計、施工等參建單位的技術能力要求也較高，相關方的技術投入成本也較高。

3.4 BIM咨詢模式比較

表1為3種BIM咨詢模式適用項目和應用效果比較表。

4 結語

BIM技術的興起為城市軌道交通建設的精細化和信息化管理提供了創新性的技術手段。然而BIM技術如何在城市軌道交通工程建設過程中發揮最切實的價值，需要業主根據BIM技術投入成本與預期產出進行權衡，并選擇最符合自身線路建設特點的BIM咨詢模式。

表1 BIM各咨詢模式適用項目和應用效果比較

本文所提及的3種咨詢模式在我國城市軌道交通行業中尚處于并存狀態，各種模式也隨著實踐的開展進行著優化迭代，為新建城市軌道交通線路提供經驗借鑒。筆者相信，在經過城市軌道交通BIM應用初期的探索之后，BIM咨詢模式將殊途同歸于為業主創造最大化價值、為參建方提升專業效率的BIM應用模式。