城市軌道交通建筑信息模型應用及發展趨勢研究

■李鵬

（太原市軌道交通發展有限公司,山西 太原 030006）

建筑信息模型（Building Information Modelling，以下簡稱BIM）是一種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]。它不僅是建筑實體的三維圖形表達，還集成了建設工程項目各項功能特性數據，核心是在不同項目階段為各參與方提供一個信息交流平臺，以數字化、可計算的形式提供一致的圖形信息和非圖形信息，目的是促使各參與方加強協作、增強工程項目信息的透明性和及時性，以提供有力的決策支持、提高工程項目質量、提升工程項目價值[2]。城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）項目具有投資規模巨大、建設周期長、資產類型與數量多、物資品種龐雜；系統專業性強、專業數量多、集成程度高、隸屬關系復雜；設備全生命周期長、智能化程度高、技術更新快、設備運行安全性要求高等特點[3]。因此，在城市軌道交通項目中使用BIM技術，可以在設計、施工、運維等項目階段對工程進度、質量、安全等進行有效的管理控制。

一、BIM在城軌的技術應用現狀

設計階段是目前國內城市軌道交通BIM應用最廣泛、最成熟的階段。車站管線綜合及構建數字管線是目前BIM技術應用的重要切入點。針對管線拆遷模擬、道路仿真模擬、場地現狀仿真、裝修效果可視化、工程量復核、大型設備檢修路徑復核等其他設計階段BIM應用點的探索也在積極推進。

據不完全統計，現階段BIM技術在城市軌道交通中常見應用點共有11個，但應用深度較淺，大多集中于設計階段和施工階段，主要為使用BIM進行管線綜合、碰撞檢查、凈空分析、施工模擬、方案比選、BIM平臺、工程量計算、質量驗收管理、進度模擬等，但在設施管理、預制加工方面較少。

BIM在軌道交通項目運營及維護期的應用仍處于發展階段，在實際工程應用中的規模較小，應用范圍也比較狹窄。如何最大程度利用BIM技術在城市軌道交通項目全生命周期信息管理中的集成優勢，特別是運維階段的應用價值，是今后BIM在城市軌道交通發展的一個方向。

二、BIM在城軌的應用情況

1.上海市軌道交通項目BIM應用案例

上海市自2011年開始在城市軌道交通工程領域中應用BIM技術對設計和施工進行輔助，地鐵9號線延伸線、11號線迪士尼段、12號線、13號線、14號線、17號線等多條線路均在不同程度上應用了BIM技術。在地鐵9號線延伸線三期工程建設中，設計單位協助業主應用BIM技術實現項目設計、施工階段全過程，如場地仿真、管線搬遷模擬、交通疏解模擬、管線綜合設計、工程量輔助統計、效果圖渲染、場景漫游、施工仿真等。在地鐵11號線龍耀路檢測出各類管線碰撞問題112處，有效減少了返工誤工現象。

2.廈門市軌道交通項目BIM應用案例

廈門市在2013年地鐵1號線的建設早期就將BIM技術引入其中，在該項目中各階段的主要應用包括設計階段的土建和機電各專業建模、施工階段的輔助機電安裝施工。在該項目中，為設計方搭建的BIM協同設計平臺，通過協同設計服務器幫助不同專業進行協同工作；為施工方搭建的BIM機電施工管理平臺可以導入BIM深化模型，進行施工過程的可視化管理。設計階段所發現問題的數量已經達到上萬個。

3.武漢市軌道交通項目BIM應用案例

武漢市地鐵2號線采用BIM技術進行地鐵車站客流的三維動態仿真，為方案選擇階段提供支持。在地鐵5號線中，結合BIM技術智能化、信息化的特點，對工程中所遇到的困難提供解決方案。BIM技術被用于進行現場生產、可視化交底、管線改遷與交通疏解、結構模型碰撞檢查、施工進度模擬、結構模型碰撞檢查、施工進度模擬等方面。

4.呼和浩特市軌道交通項目BIM應用案例

呼和浩特市地鐵1、2號線在建設之初就引入了BIM技術，三維模型可以在工程中對實體建造起到指導作用，為后期運營管理提供有力的數據支撐。BIM技術在該項目中的主要特色包括：全生命周期“BIM封模”應用、站后工程采用全線三維正向設計、BIM工廠化加工與組合式裝配、打造BIM資產運維大數據四個方面。

5.太原軌道交通以運營為導向的全生命周期BIM應用案例

太原軌道交通將推行全自動運行、BIM、城軌融合云和故障預測與健康管理系統（Prognostic and Health Management，簡稱PHM）等智能建造和運維管理信息技術應用，并將重點利用BIM技術實現項目設計、施工、運營的全生命周期的精細化建設運營。BIM應用突出以運營為導向，將運營需求前置，使BIM技術輔助地鐵運營管理能更好地服務市民。

太原軌道交通“以運營為導向的全生命周期BIM技術應用”項目是以太原市軌道交通2號線一期工程運營階段的BIM集成應用為目標，采用“運營方主導、專業顧問咨詢、參與方實施”的BIM應用模式。在這種模式下，太原市軌道公司與BIM應用總顧問、當地高校創新性地成立“BIM技術創新應用中心”（簡稱“BIM中心”），依托“BIM中心”平臺，協同進行BIM應用的總體策劃、BIM戰略實施規劃、BIM實施標準和BIM應用實施方案，在統一的BIM應用系統管理平臺和機制下實施過程管理。在整個建設期和運營期，BIM中心編制了軌道交通項目全生命周期BIM應用系列標準；進行總體的組織、里程碑節點控制，具體實施工作的全過程管理；基于軌道交通智能運營理念，研發軌道交通項目BIM竣工交付管理平臺及BIM運營管理平臺，而后基于統一的實施方案、實施標準和管理平臺，管理各設計、施工、運營管理方等BIM實施的主體單位，完成BIM應用目標所開展的具體的建模、數據準備及培訓等應用實施內容，從而實現在統一的BIM應用管理平臺和機制下實施以運維為導向的BIM應用管理。

該項目除了發揮BIM在施工圖深化、大型設備路徑規劃、沖突檢測、三維管線綜合、施工模擬、竣工交付等設計和施工階段的作用，還重點探索了BIM在軌道交通運營階段的資產管理、運營沙盤、檢查維護、人員培訓、應急管理等方面的價值，極大程度上提高了建設和運營的數字化水平，打造太原軌道交通以運營為導向的全生命周期BIM技術應用的特色，實現“拓展BIM技術在軌道交通行業的應用范圍和價值，提升地方及行業BIM技術應用水平”的目標。

三、BIM技術在我國城市軌道交通項目的發展趨勢

近年來，BIM技術在我國城市軌道交通項目的應用取得了令人矚目的成效，但是當前我國BIM技術的應用尚處于發展階段，仍需進一步探索。在數字化時代，先進的信息通信技術正以驚人的速度不斷涌現，已引起各行各業的廣泛關注。綜合利用各種先進技術，探索“BIM+”技術，全面改進城市軌道交通項目的生產方式與管理模型，進而提升城市軌道交通項目的生產效率，已經成為今后發展的趨勢。

1.BIM+云計算

云計算具有強大的數據存儲能力和處理能力，將BIM技術轉化為BIM云服務，可以借助云計算的優勢實現BIM技術軌道應用中各類信息的訪問、共享和處理[4]。城軌融合云技術對于軌道交通的智能選線設計、列車調控、安全監控等工作具有重要意義。

2.BIM+PHM

故障預測與健康管理系統（Prognostic and Health Management，簡稱PHM）可以通過傳感器和數據采集系統所搜集的數據，借助各類算法和模型推導設備故障原因與位置，并對故障發生進行預測[5]。BIM技術為PHM搭建了基礎數據搭載和展示平臺。軌道交通自動化運行技術需要搜集大量的數據并建立相關平臺為決策提供支持，BIM技術、城軌融合云等新技術的發展為此創造了極為有利的條件。

3.BIM+VR

虛擬現實（Virtual Reality,簡稱VR），也稱作虛擬環境或虛擬真實環境，是一種三維環境技術，集先進的計算機技術、仿真技術、傳感和測量技術、微電子技術等為一體，借此產生逼真的視、聽、觸、力等三維感覺環境，形成一種虛擬世界[6]。BIM與VR集成應用，能夠很好地提高模擬工作中的可交互性。在虛擬的三維場景中，可實時切換備選的施工方案，在同一個視點或同一個觀察序列中感受不同的施工過程，有助于比選不同施工方案的優勢與不足，以確定最佳施工方案。同時，還可以對某特定局部進行修改，并實時與修改前的方案進行分析比較。此外，還可以直接觀察整個過程的三維虛擬施工環境，快速查看不合理或者錯誤之處，避免施工中的返工。

4.BIM+更多可能

此外，在軌道交通工程中各參與方應該還可加強探索集成應用BIM技術與物聯網、移動技術、智能設備、3D打印、GIS等大數據信息化技術手段，在此基礎上實現信息自動采集、高效協同合作、科學預測決策、智能管理施工現場。提高BIM在城市軌道交通工程領域和整個產業鏈的深度應用水平將是信息化、工業化、智能化與綠色化發展的共同要求。

總之，BIM技術不只是對傳統技術的顛覆性變革，也要求在實踐中對傳統的生產方式和組織模型進行變革，用創新的思維模式對待未來城市軌道交通項目的設計、施工與運營管理，這將對整個行業產生巨大而深遠的積極影響。