以運營為導向的軌道交通BIM技術應用特點及方案研究

，2

(1. 同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092； 2. 上海巨一科技發展有限公司，上海 200333)

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modelling，以下簡稱BIM)是一類強調對工程項目全生命周期相關信息進行參數化表達及集成化管理的里程碑技術[1-2]。研究表明，BIM技術可消除多達40%的預算外變更、縮短7%的建設工期, 節約10-17%的運營成本，降低50%的建筑溫室排放量[3-5]。考慮到BIM技術的巨大潛在價值， 許多國家的政府機構已開始制定各類政策推動BIM在工程建設活動中的應用[6]。在我國，住房和城鄉建設部在2015年6月發布了《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，倡導行業對BIM技術的研究及應用，并明確了2020年末的BIM應用目標。國務院辦公廳也于2017年發布《關于促進建筑業持續健康發展的意見》(國辦發〔2017〕19號)，明確指出需要加快推進BIM技術在工程建設項目規劃、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。

2 BIM技術在我國軌道交通工程的應用現狀

近年來BIM技術逐漸應用于我國軌道交通行業，并在一些大型城市地鐵項目的實踐中產生了示范性效果[7]。圖1為迄今為止我國軌道交通項目各階段的BIM使用和各類BIM應用點的統計。統計結果表明，在我國各類軌道交通項目中，目前已有17個省市、76條軌交路線使用了BIM技術，其中在設計施工階段使用BIM的有76條線路；而在軌道交通建設全過程中使用BIM的僅有27條線路。另外，從BIM應用點的統計結果來看， 現階段BIM技術在軌道交通中主要應用于施工模擬、方案比選、碰撞檢查等，在運維階段的BIM應用大多為對設施的管理[8]。雖然這些應用在一定程度上改善了城市軌道交通項目的設計、施工以及管理手段，但并未體現BIM技術真正價值，單純的模型應用難以從根本上突破二維繪圖的本質，BIM最大的價值應用在于項目全周期，各參與方都參與，提供并獲取所需信息，實現信息積累，數據多層次應用與管理高效協同，真正為軌道交通工程帶來全局性的改變。

(a)我國軌道交通項目各階段的BIM使用統計

(b)我國軌道交通項目各類BIM應用點的統計圖1 我國軌道交通工程的BIM應用現狀

基于此，本文提出以運營為導向，反向規范設計、施工階段，在開展相關BIM應用的同時，也為運維階段提供符合運維動態管理需要的信息基礎。不同于常規的BIM技術應用方案，運營導向的BIM技術應用方案覆蓋設計、施工、運維三個階段，集成項目全生命周期的信息服務于智能運營，利用BIM來輔助軌道交通運營方使其能更好服務于市民：

(1)基于“運營部門牽頭、BIM咨詢團隊主導”的組織方式，為城市軌道交通項目全生命周期過程的BIM應用提供基礎；

(2)基于運營導向的BIM系統架構，充分發揮BIM的可視化和可集成性特征；

(3)依托IROOM的協同實施方式，實現基于BIM的協同討論的交互集成辦公空間。

本文詳細論述了運營導向的BIM技術應用的特點，并對比常規BIM技術應用方案，分析研究以運營為導向的BIM技術應用方案，為推動BIM在軌道交通中的全生命周期應用提供有益借鑒[9-10]。

3 以運營為導向的BIM技術應用方案

3.1 基于 “運營部門牽頭、BIM總體單位主導”的組織方式

目前國內軌道交通項目的BIM應用模式主要聚焦于建設過程的主要參建部門主導的組織方式，集成度低，特別不利于BIM技術應用。多個項目實踐證明，這一常規組織方式往往在設計和施工階段的BIM應用取得較好收益，對于提高項目實體質量具有積極的作用，但很少能看到跨階段或全過程的成功案例，目前無論是設計還是施工部門都難以完成將信息模型有效地移交給運維部門繼續使用[7, 11]。參建部門的服務收益主要在設計和施工階段，主要基于其自身需求的這種傳統模式，并受制于自身的BIM應用能力和經驗平參差不齊、缺乏統一的應用標準。這種模式導致了參建部門難以站在全局的立場上推動整理項目的BIM應用，交付成果差，使得項目預定的全過程BIM實施目標和技術價值難以實現。

以運營為導向的BIM技術應用方案采用“運營部門牽頭、BIM總體單位主導”的組織方式。在此組織方式下，BIM總體單位站在項目全局高度上，進行BIM應用的總體規劃和管理，根據運營單位的BIM應用需求，制訂運營導向的BIM實施標準和BIM項目應用實施方案，服務于數字化高質量運營服務。不同于常規組織方式，運營部門在建設期機電招標之前開始介入，通過對設計、采購以及施工三個過程的改變，集成建設過程中的各類任務及其活動信息，使設計、采購以及施工的相關數據和信息能有效傳遞至運維階段，為實現了城市軌道交通項目全生命周期過程的BIM應用提供基礎。

3.2 基于運營導向的BIM系統架構

常規軌道交通項目中的BIM協同管理平臺，主要通過Office、Project、CAD、Revit等軟件，應用于無縫對接業主、設計、勘察、施工、監理等參與單位的協同工作。常規軌道交通項目的BIM應用包括，設計深化、設計優化、沖突檢測、管線綜合、工程量統計、施工計劃模擬、施工工藝模擬、施工進度管理、質量安全管理等。各參與單位在BIM協同管理平臺上及時記錄和處理工程設計施工問題，保障項目參與各方得到的信息是及時準確的，避免不對稱或溝通不及時造成的設計和施工錯誤。常規軌道交通項目中的BIM協同管理平臺服務于優化設計質量以及優化施工組織，并無大量設備的接入。

如圖2所示，不同于常規軌道交通項目中簡單的單平臺BIM應用體系，以運營為導向的BIM技術應用方案為多平臺及系統的混合架構，體系復雜，并接入海量設備數據，滿足新一代智能技術變革背景下軌道交通項目的智能及精細化運營需求。

圖2 常規軌道交通項目中的BIM系統架構與運營導向的城市軌道交通項目中的BIM系統架構的對比

運營導向的BIM系統架構包括竣工交付管理平臺以及BIM運營管理平臺，其運營期的BIM應用包括全自動運行系統、城軌融合云以及PHM(故障預測與健康管理)等智能運維管理信息技術。竣工交付管理平臺服務于竣工交付環節，作為BIM建模成果交付的管理工具類平臺，用于指導建模和建模過程的協同管理，并作為設計、施工階段的BIM協同管理平臺為設計、施工、監理及業主提供協同服務。BIM運維管理系統利用BIM竣工交付平臺收集竣工模型、數據及檔案，并在BIM運維管理系統中將運維涉及的綜合監控、健康監測等系統數據與運維模型關聯，為運維階段各類應用提供數據和模型的支撐。在上述基礎上，所有運維參與單位依托BIM運維管理系統開展虛擬監控、檢查維修、運行管理、培訓及應急處置等應用，隨時隨地基于模型和數據開展運維管理相關問題的討論、溝通協調與協同工作。

3.3 依托IROOM的協同工作方式

與傳統建設項目相比，軌道交通項目的建設周期長、設計參與方多、產品構成及產品運營方式更為復雜，BIM應用過程中涉及到的參與方協同更為困難。考慮到BIM可視化、集成性、模擬性等特征，并借鑒國外對于協同工作方式的研究[12-13], 以運營為導向的BIM技術應用方案采用了依托IROOM的協同工作方式。IROOM的總體定位為交互集成辦公空間，即Interactive & Integrated Room，適合開展基于BIM的協同討論等應用的交互集成辦公模式。圖3為城市軌道項目的各參與方在IROOM里協同工作。

不同于常規的城市軌道交通BIM應用項目，以運營為導向的BIM技術應用方案突出運營為主導向，雖然建模成果還可在一定程度上支持設計、施工階段的BIM應用，但整個運維模型的創建過程需要在資料齊備后，相對集中在一段時間內完成，且涉及的主要單位是設計單位、施工單位(土建及各機電分包)、監理、設計管理部門、建設管理部門、運營管理部門等多個單位。 IROOM的用途包括提供開放式的BIM工作室，提供建模、以及模型和標準的協同檢查以及討論的軟硬件設施，提供建模的培訓場所，以及提供問題導向性的討論工作室等。IROOM為軌道交通項目的BIM應用過程中涉及到的參與方協同工作提供了優良及時的辦公環境，實現了基于BIM的協同討論的交互集成辦公方式。

圖3 軌道交通項目各參與方在IROOM協同工作

4 結語

在工程建項目里引入BIM技術可以得到顯著相依，因此近年來各國對BIM技術的推行度不斷提升。我國軌道交通項目各階段的BIM應用以及其BIM結果表明，現階段BIM技術在城市軌道交通的項目中主要應用于設計以及施工階段，并未體現BIM技術真正價值。本文提出運營導向的項目理念，充分考慮地鐵項目全生命周期管理的需要，并以運維導向反向規范設計、施工階段，以此推動BIM在軌道交通中的全生命周期的應用。

以運營為導向的BIM技術應用方案，在組織方式上，系統架構以及工作方式上不同于常規的城市軌道交通BIM應用方案，突顯其以運營為導向的項目特點。

在組織方式上，以運營為導向的BIM技術應用方案采用“運營部門牽頭、BIM總體單位主導”的組織方式，站在項目全局高度上，集成建設過程中的各類任務及其活動信息，使設計、采購以及施工的相關數據和信息能有效傳遞至運維階段。

在系統架構層面，以運營為導向的BIM技術應用方案采用多平臺及系統的混合架構，并接入海量設備數據。利用BIM竣工交付平臺傳遞竣工模型、數據及檔案至BIM運維管理系統，在BIM運維管理系統中將運維涉及的綜合監控、健康監測等系統數據與運維模型關聯，并開展虛擬監控、檢查維修、運行管理、培訓及應急處置等BIM應用。

在工作方式上，以運營為導向的BIM技術應用方案采用了依托IROOM的協同工作方式，提供開展基于BIM的協同討論等應用的交互集成辦公場所，實現了多個涉及單位的協同工作。