城市軌道交通BIM建模及交付標準研究

劉文超 劉 剛 楊艷學

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308)

1 城市軌道交通BIM應用現狀

軌道交通工程建設周期長、涉及專業多，在其整個生命周期中會產生大量的信息。在建筑領域，有著成熟的BIM建模應用及交付標準，在城市軌道交通領域內，尚缺乏統一的建模及交付整體解決方案[1]。

目前，上海，廣州，廈門，南京等城市的相關規劃、設計、施工單位，相繼出臺了各自的建模及交付技術要求，但沒有形成規范、統一的標準，導致設計、施工、運維單位在模型應用方面各自為政，聯動性、協調性差，在BIM模型的利用上形成中間“孤島”，信息無法共享[2]。

祝嘉提出了在城市軌道交通建設項目中應用BIM技術的設想[3]；王玉澤、冀程、徐博研究了BIM技術在軌道交通工程設計中的應用[1，4-5]；辛佐先、施平望、張波等對城市軌道交通項目BIM的應用模式和實施體系進行了研究[6-8]；賴華輝、陳安惠、畢湘利等對城市軌道交通運維交付及設施設備分類編碼進行了相關分析[2，9-10]。但是對于建模階段如何進行構件拆分、線性工程的模型命名、不同專業的BIM協同配合、交付物和交付形式等缺乏系統研究，造成城市軌道交通BIM建模及交付全過程的碎片化。

2 城市軌道交通BIM建模標準

2.1 建模軟件選擇

主要應用對象包括區間線路、隧道、高架、車站、停車場等。城市軌道交通涉及不同的專業領域，既是線性工程又包括車站等單體建筑。因此，在城市軌道交通建模軟件選擇上，應針對不同的專業和對象，利用優勢軟件進行BIM建模，不同BIM建模軟件特點[11]見表1。

表1 BIM建模軟件對比

2.2 BIM建模標準

結合多地城市軌道交通BIM建模及應用經驗，建議從專業拆分、命名規則、建模協同、模型扣減、管線綜合等五個方面，對BIM建模標準進行規范化。

(1)專業拆分

根據不同建模平臺的軟硬件處理能力、項目復雜程度和體量，對模型進行相應拆分。模型拆分的目的是提高工作效率，達到最大的協同工作效果。

城市軌道交通項目線路長，專業復雜，對于整條線路來說，可分為地形地質、區間、市政、單體建筑(包含車站、停車場、車輛段)四部分，區間包括隧道區間、高架區間；單體建筑部分可按照子項范圍、位置、專業、系統、子系統進行模型拆分[12]，專業模型拆分見表2。最后，將各拆分模型按需求合并，以此提高建模效率。

模型拆分原則如下：

①合理控制模型文件大小，符合計算機硬件性能；

②按照線路工點標段拆分；

③單體建筑模型按專業拆分；

④機電模型按系統功能拆分；

⑤市政、地形地質、周邊建筑單獨建模。

(2)命名規則

城市軌道交通BIM命名應包括BIM文檔組織、模型文件、模型構件、模型顏色規定等。文檔命名：原則上需包含BIM建模原始文件、模型過程文件、成果文件的整理存儲；模型文件命名：應準確描述模型所屬線路、設計階段、歸屬標段、名稱、所屬專業、版本等信息，如M02-CS-04-YJQ-JG-20180302表示地鐵2號線-初步設計階段-04標段-易家橋站-結構專業-模型更新日期。

表2 專業模型拆分

模型構件的命名由其幾何、非幾何信息組成，構件命名原則為：在明確構件幾何尺寸的同時添加相應模型信息，如材質、設備參數、安裝方式等，既方便于施工階段的工程量統計，也可用于運營階段直接讀取設備維修參數。

模型顏色命名確定了模型的視覺表現形式。原則上，建筑、結構專業以真實材質顏色為宜，水暖電專業的模型命名以軌道交通設計CAD圖層命名為基礎，各類管線顏色以二維CAD設計顏色為主，并結合管線模型需求進行細化和調整。

(3)建模協同

不同的軟件平臺有著不同的協同工作方式，其目的基本一致，即多個用戶同時針對同一項目進行BIM建模，而不同建模軟件的模型成果，可轉換成兼容格式，通過鏈接方式整合至完整項目中，車站建模協同流程見圖1。

圖1 車站建模協同流程

BIM建模涉及不同的專業以及不同標段之間的協作。在BIM設計的準備階段，應建立一致的基準坐標點，確保各專業模型位置準確，便于項目協作[12]。

以Revit為例說明建模協同過程：模型基準的設置取決于Revit中項目基準點參數的設置。項目基點用于確定模型所在局部坐標系的絕對位置，也是模型與其他建筑物相對位置的坐標參照。

項目基點設置原則：

①在項目實施過程中，項目基準點宜設置在軸網A-1軸交點處；各專業進行協同設計時，項目基點不得更改。

②項目基點坐標從規劃設計總圖中獲取。

③專業間協同設計采用同一軸網，建筑專業與水電相關專業采用同一高程。

(4)模型扣減

建筑結構模型的扣減對象為結構梁、板、柱等構件，扣減后模型示例見圖2。模型扣減規則提高了BIM模型的應用價值。結構扣減大致規則[13]如下：

①同種類構件不重疊；

②混凝土等級不同的構件不重疊，混凝土等級高的構件扣減等級低的構件；

③結構構件扣減建筑構件。

圖2 某地鐵車站建筑結構模型

(5)管線綜合

地鐵車站管線綜合示例見圖3，BIM管線綜合的基本原則如下。

①滿足管線排布相應規范要求： BIM管線綜合需符合相應系統設計要求，同時滿足車站空間的要求。

②建筑空間合理利用：地鐵車站人流量大，管線排布應該在滿足使用功能、路徑合理、方便施工的原則下盡可能集中布置。

③滿足施工及檢修要求：管線綜合應充分考慮施工操作空間及運維設備等的檢修要求，合理確定管道、線路、閥門、開關等的位置和距離。

圖3 某地鐵車站管線綜合模型

3 城市軌道交通BIM交付標準

3.1 模型構件編碼標準

通過BIM模型構件與各系統信息的集成，可實現模型構件信息與城市軌道交通運維信息的整合，進而打通BIM在城市軌道交通全生命周期的應用。在BIM全生命周期的各個應用階段，數據的分類及BIM模型編碼有所不同，在企業管理、工程建設、運營維護領域也有不同的編碼體系。

其中，企業管理領域的編碼信息主要為概算、合同、供應商、檔案分類、資產；在工程建設領域，主要為與設計施工相關的模型構件編碼。運維領域涉及的BIM模型主要與設備資產相關，包含設備位置、設備型號、資產編碼等(編碼結構見表3)[10]。

城市軌道交通模型構件編碼內容應包括：線路、公共位置、專業、系統等基本要素。

為達到城市軌道交通BIM交付中模型信息部分的共享與兼容，統一的構件編碼尤為重要，其中編碼內容、位數、取值范圍、編碼定義等應形成統一標準。

表3 編碼結構

3.2 BIM模型交付數據格式

傳統BIM模型交付通常采用模型的原文件格式及其輕量化的瀏覽文件。

表4 建模平臺交付格式

由此可見，各BIM平臺都有各自獨立的交付及輕量化格式，由此造成各自模型及信息不能互相利用。因此，需要建立一種統一的BIM模型交付格式來整合各類BIM建模軟件。

模型交付應保證幾何信息、模型信息的完整性，滿足BIM模型的輕量化應用。目前，尚無城市軌道交通統一的標準數據格式。國際公認的開放共享標準IFC (Industry Foundation Classes)[14]采用EXPRESS語言和定義，適用于Autodesk、Bentley、Dassault等BIM軟件解決方案。建議城市軌道交通BIM數據交付采用IFC標準。

在領域層、共享層、核心層、資源層這四個層級關系中，資源層囊括了最為具體的基礎數據，可提供給下層使用，下層則根據不同專業進行分類、提取、重組、使用，城市軌道交通IFC架構見圖4。

圖4 IFC標準架構

3.3 模型交付

模型交付應與設計階段相匹配。各設計階段BIM模型精度等級要求不同。在建筑領域，定義了用于BIM模型交付的LOD(Level of Development)標準，其LOD概念來源于三維動畫領域的精細程度(即模型細致程度)，在BIM領域，LOD轉變成模型發展等級的含義，即從設計到施工、運維的模型等級。在城市軌道交通領域，結合設計過程及習慣，制定了LOD100-400等級。

LOD100等同于方案設計。LOD200等同于初步設計，可進行各專業模型的可視化展示。LOD300等同于施工圖設計，此模型可滿足成本估算以及施工過程應用，包括碰撞檢測、進度模擬以及可視化交底；此外，模型應包含構件的幾何屬性信息和非幾何參數信息。LOD400為竣工模型，在此階段，模型應滿足軌道交通運維管理的最低要求[15]，BIM建模精度等級及要求見表5。應依據城市軌道交通特點，保證模型的完整性，滿足相應階段LOD的深度要求；既而保證模型的規范性。模型應包含正確的構件信息并與設計圖紙吻合。在施工圖深化階段，保證模型扣減、管線綜合符合相應施工規范要求。另外，在模型組裝中應設定各自原點坐標，以保證車站、區間等與設計總圖的坐標一致性。

BIM交付物基本以可編輯模型文件、輕量化瀏覽模型為主，還包括各類方案模擬視頻文件，如設計方案、管線改遷、交通導改方案等，也包括重要節點的三維渲染圖、工程量統計等內容。

表5 BIM建模精度等級

4 總結

通過對城市軌道交通領域BIM建模及交付標準的研究，對比主流建模軟件平臺的特點，選取符合軌道交通領域的BIM建模軟件平臺。通過對軌道交通專業建模流程、規則、方法的闡述，建立起基于統一的建模軟件平臺、統一的建模規則及統一編碼的軌道交通規范化BIM模型，保證了模型的質量統一、表達統一、構件精度統一、模型信息統一。