BIM技術在城市軌道交通行業的應用研究

李明軍 王利偉 張魯明

摘 要：目前，建筑信息模型（BIM）技術在國內城市軌道交通行業的應用已經逐步展開，但各地的 BIM 技術應用均以局部應用為主，缺乏系統性。文章通過分析城市軌道交通行業 BIM 技術應用存在的問題及其原因，提出 BIM 技術應用的總體目標，并指出實現該目標的具體途徑，即優化組織管理，加強標準體系建設及數據庫建設，落實 BIM 技術在設計、建設、運維等不同階段的應用點，以使 BIM 技術應用貫穿建設項目的全生命周期并覆蓋項目管理的各個方面，發揮其真正價值。

關鍵詞：城市軌道交通;BIM 技術;應用

中圖分類號：TU3

2016年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《 2016 — 2020年建筑業信息化發展綱要》，提出“十三五”時期應全面提高建筑業信息化水平，著力增強BIM、大數據、智能化、移動通信、云計算、物聯網（IoT）等信息技術的集成應用能力。此后，建筑業的數字化、網絡化、智能化水平得到顯著提升，初步建成了一體化的行業監管和服務平臺，數據資源利用水平和信息服務能力明顯提高，產生了一批具有較強信息技術創新能力、信息化應用達到國際先進水平的建筑企業;擁有關鍵自主知識產權的建筑業信息技術企業也日漸增多。城市軌道交通行業應結合目前技術發展及行業政策的背景，積極探索“互聯網+”形勢下的管理和生產新模式，深入研究BIM、物聯網等技術的創新應用，以實現跨越式發展。

1 存在的問題及其原因

目前，BIM技術在我國城市軌道交通行業的應用已經逐步展開，上海、廣州等城市在這方面做了較多嘗試。但是，由于缺乏統一的國家和行業標準，加上各單位存在認識的局限性，組織管理有欠缺，軟件不完備，團隊專業性不強等諸多因素，目前各地的BIM技術應用以局部應用為主，缺乏系統性。而導致這些問題的主要原因如下。

（1）應用軟件不統一。BIM技術相關的應用軟件多達幾百種，雖然國際標準化組織（ISO）正在努力推廣工業基礎類（IFC）等數據交換標準的應用，但由于軟件廠商利益格局難以打破，軟件之間的互通性仍然非常差，這必然導致應用BIM技術的成本上升。

（2）標準不統一。城市軌道交通行業的BIM技術應用涉及規劃、設計、建設、咨詢、施工、材料設備供應、運營維護等多家單位，而這些單位采用的軟件、標準、數據格式往往各不相同，因此各個應用環節之間無法進行信息的連接和傳遞，形成一個個信息孤島，導致BIM技術的效能難以發揮。

（3）缺乏統一、規范的建筑材料與設備編碼庫。由于城市軌道交通行業的建筑材料與設備品種繁多、規格不一，制訂統一、規范的編碼標準難度較大，因此極大影響了城市軌道交通行業信息化的進程。

（4）城市軌道交通工程基本構件需進一步開發。城市軌道交通工程涉及專業眾多，除建筑、結構、風、水、電之外，還涉及線路、限界、軌道、通信、信號、牽引供電、自動售檢票（AFC）、綜合監控、乘客信息（PIS）、屏蔽門等10多個專業的20多種設備系統。國內城市軌道交通行業對BIM技術的應用才剛剛起步，許多基礎性工作尚未完成，尤其是與城市軌道交通各專業相關的大量基本標準化構件需要建模開發。

2 BIM 技術應用的總體目標

2.1 實現系統性應用

實現BIM技術的系統性應用是指使BIM技術應用貫穿建設項目的全生命周期，覆蓋項目管理的各個方面，且做到信息共享、數據傳承。系統性應用的特征如下：

（1）統一性，即采用統一標準、統一管理和統一模型;

（2）延續性，即模型可沿用更新，數據可流轉傳承;

（3）全程性，即貫穿項目的全生命周期，包括項目的設計、建設、運維等階段;

（4）全面性，即滲透到協同、投資、進度、質量、安全、信息等各方面的管理工作中;

（5）廣泛性，即涉及建設、設計、施工、監理、咨詢、設備供應商等多個參建單位。

2.2 實現平臺化應用

將BIM技術應用與項目管理結合起來，建立BIM技術應用管理平臺，使其在投資、進度、質量、安全、信息等方面真正發揮項目管理的作用。該平臺包含的模塊及其功能如下：

（1）協同管理模塊，負責計劃、圖紙及設計協同的管理;

（2）規劃設計模塊，負責路網規劃、線路規劃、管線綜合、方案比選等;

（3）信息管理模塊，負責標準體系、建模標準、應用標準、數據標準、構件庫的管理;

（4）投資控制模塊，負責投資統計、概算、招標、竣工管理及驗工計價;

（5）進度控制模塊，負責控制總體進度、形象進度、實物量進度，以及進行進度模擬和偏差分析;

（6）施工管理模塊，負責材料管理、交通導改、拆遷管理;

（7）質量控制模塊，負責質量問題統計、追蹤記錄、資料管理、檢驗批管理;

（8）運維管理模塊，負責資產管理、隧道監控，以及軌道、車輛和信號系統的檢測維護等。

2.3 實現數字化、智能化建設與管理

利用大數據、云計算、物聯網、地理信息系統（GIS）、虛擬現實（VR）等現代信息技術，對城市軌道交通BIM信息進行集成利用，推進城市軌道交通建設的自動化、智能化。

3 目標實現途徑

3.1 優化組織管理

對BIM技術應用的組織管理進行優化應遵循以下4 個原則。

（1）統一領導原則。城市軌道交通項目參建單位眾多，職能各異，對BIM技術的認識水平、掌握程度、應用理解與實踐經驗差異較大。為實現有效管理，保證項目科學、有序地開展，必須由建設單位作為主體責任方，負責統籌計劃、組織、領導，以控制項目進程，協調各參與單位的工作。

（2）領導決策原則。BIM技術應用是“一把手”工程，各級應用部門應由建設單位主要領導直接負責，明確各方分工及職責，建立管理制度，及時溝通交流信息，匯報階段進展，協商解決問題。

（3）分層管理原則。BIM技術應用管理實行總公司和項目公司2級管理。總公司負責基礎性、整體性的BIM技術應用管理工作，包括總體協調、平臺、接口、服務器、標準、培訓以及常規技術支持等。項目公司負責組織BIM技術應用實踐，包括各階段建模、方案比選、設計優化、投資優化管理、管線綜合排布、技術交底、方案模擬、進度管理、運維管理等。

（4）專業指導原則。鑒于BIM技術的專業性，可聘請BIM技術咨詢單位協助各級應用部門的組織管理工作，并提供技術支持，其具體職責包括：編制BIM技術實施方案，為各方開展BIM技術應用制定統一標準、工作流程等，建立示范模型，提供培訓支持，協助建設方進行竣工管理及模型試運營等。

3.2 建設 BIM 技術標準體系

城市軌道交通BIM模型的創建和交付需要具有可操作性、兼容性強的統一標準和統一的模型數據端口，以實現城市軌道交通參建單位在同一數據體系之下的工作與交流，以及廣泛的數據交換和共享。

制定BIM技術標準須遵循以下原則：

（1）合規性原則，即符合國家或地方政策和標準的框架范圍;

（2）實用性原則，即符合工程項目實施的具體情況和各個階段需求重點;

（3）全面性原則，即滿足項目全生命周期不同階段、不同內容的系統性應用要求;

（4）可擴展性原則，即BIM技術標準能夠在不改變原有框架體系的前提下不斷進行補充完善;

（5）系統性原則，即對管理、數據、應用、模型創建等做出系統的規定。

3.3 完善 BIM 數據庫管理

城市軌道交通項目在設計、建設、運維等階段均會不斷產生大量數據，而對數據進行有效的收集、管理和利用，是未來城市軌道交通建設的發展趨勢，也是智慧地鐵的核心技術。通過建立BIM數據庫管理平臺，可極大提高城市軌道交通企業的綜合管理水平。BIM技術所收集的數據包括三維模型數據（圖1），構件、構件庫、材料設備數據，管理過程中產生的時間進度數據，成本造價數據，運營數據等。但這些數據多是在不規范、不系統、不科學的數據基礎上形成的，因此數據管理的首要任務是對數據進行標準化。數據的標準化應考慮不同BIM軟件之間格式的標準化，以及對國家標準、地方標準的兼容性。

3.4 落實各階段 BIM 技術應用點

BIM技術在城市軌道交通的設計、建設、運維等不同階段有不同的應用，應根據不同階段的不同要求將其應用落到實處，具體如下：

（1）總體設計階段，BIM模型深度需達到細節級別（LOD）100級，主要應用方向有實景建模、GIS、三維線路及站位方案比選;

（2）初步設計階段，BIM模型深度需達到LOD 200級，主要應用方向有三維管線搬遷、交通導改、三維地質、建筑設計及分析等;

（3）施工圖設計階段，BIM模型深度需達到LOD 300級，主要應用方向有協同設計、管線綜合、裝修效果可視化、大型設備檢修路徑復核、三維客流仿真、三維漫游等;

（4）深化設計和建設安裝階段，BIM模型深度需達到LOD 400級，主要應用方向有二維碼應用與管理、可視化交底、施工場地管理、特殊工藝模擬、節點構造模擬、大型設備進場路徑模擬、施工數據監測及可視化、三維激光放樣、三維掃描質量復核、預制構件信息管理、計量支付控制等;

（5）驗收階段，BIM模型深度需達到LOD 500級，主要應用方向有數字化驗交、點云掃描對比、設備部件信息錄入;

（6）運維階段，BIM模型深度需達到LOD 500級，主要應用方向有工單管理、備品備件管理、漫游巡檢、空間精確定位、設備運行監控、故障分析、模擬實景培訓、安全防控、應急處理、虛擬應急演練、能耗管理與分析等。

4 結語

BIM技術應用“三分技術，七分管理”，因此應該首先加強項目組織管理，將其作為“一把手”項目進行推動;其次，應加強技術研發及基礎數據積累，打破不同專業、不同階段的數據格式壁壘，降低BIM技術的應用難度，提升其應用效率。雖然目前BIM技術由于受制于多方面的因素尚未得到很好的應用，但其具有強大的技術優勢，在其引領之下，城市軌道交通行業將結束設計、建設、運維分離的狀態，進入多專業協同、基于同一模型進行全過程整體應用的新時期。

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收稿日期 2019-06-24

責任編輯 蘇靖棋