城市軌道交通建筑信息模型應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)研究

■李鵬

（太原市軌道交通發(fā)展有限公司,山西 太原 030006）

建筑信息模型（Building Information Modelling，以下簡(jiǎn)稱BIM）是一種強(qiáng)調(diào)對(duì)工程項(xiàng)目全生命周期相關(guān)信息進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)及集成化管理的里程碑技術(shù)[1]。它不僅是建筑實(shí)體的三維圖形表達(dá)，還集成了建設(shè)工程項(xiàng)目各項(xiàng)功能特性數(shù)據(jù)，核心是在不同項(xiàng)目階段為各參與方提供一個(gè)信息交流平臺(tái)，以數(shù)字化、可計(jì)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(qiáng)協(xié)作、增強(qiáng)工程項(xiàng)目信息的透明性和及時(shí)性，以提供有力的決策支持、提高工程項(xiàng)目質(zhì)量、提升工程項(xiàng)目?jī)r(jià)值[2]。城市軌道交通（以下簡(jiǎn)稱“城軌”）項(xiàng)目具有投資規(guī)模巨大、建設(shè)周期長(zhǎng)、資產(chǎn)類型與數(shù)量多、物資品種龐雜；系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)、專業(yè)數(shù)量多、集成程度高、隸屬關(guān)系復(fù)雜；設(shè)備全生命周期長(zhǎng)、智能化程度高、技術(shù)更新快、設(shè)備運(yùn)行安全性要求高等特點(diǎn)[3]。因此，在城市軌道交通項(xiàng)目中使用BIM技術(shù)，可以在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等項(xiàng)目階段對(duì)工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全等進(jìn)行有效的管理控制。

一、BIM在城軌的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

設(shè)計(jì)階段是目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通BIM應(yīng)用最廣泛、最成熟的階段。車站管線綜合及構(gòu)建數(shù)字管線是目前BIM技術(shù)應(yīng)用的重要切入點(diǎn)。針對(duì)管線拆遷模擬、道路仿真模擬、場(chǎng)地現(xiàn)狀仿真、裝修效果可視化、工程量復(fù)核、大型設(shè)備檢修路徑復(fù)核等其他設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用點(diǎn)的探索也在積極推進(jìn)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段BIM技術(shù)在城市軌道交通中常見應(yīng)用點(diǎn)共有11個(gè)，但應(yīng)用深度較淺，大多集中于設(shè)計(jì)階段和施工階段，主要為使用BIM進(jìn)行管線綜合、碰撞檢查、凈空分析、施工模擬、方案比選、BIM平臺(tái)、工程量計(jì)算、質(zhì)量驗(yàn)收管理、進(jìn)度模擬等，但在設(shè)施管理、預(yù)制加工方面較少。

BIM在軌道交通項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)及維護(hù)期的應(yīng)用仍處于發(fā)展階段，在實(shí)際工程應(yīng)用中的規(guī)模較小，應(yīng)用范圍也比較狹窄。如何最大程度利用BIM技術(shù)在城市軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理中的集成優(yōu)勢(shì)，特別是運(yùn)維階段的應(yīng)用價(jià)值，是今后BIM在城市軌道交通發(fā)展的一個(gè)方向。

二、BIM在城軌的應(yīng)用情況

1.上海市軌道交通項(xiàng)目BIM應(yīng)用案例

上海市自2011年開始在城市軌道交通工程領(lǐng)域中應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行輔助，地鐵9號(hào)線延伸線、11號(hào)線迪士尼段、12號(hào)線、13號(hào)線、14號(hào)線、17號(hào)線等多條線路均在不同程度上應(yīng)用了BIM技術(shù)。在地鐵9號(hào)線延伸線三期工程建設(shè)中，設(shè)計(jì)單位協(xié)助業(yè)主應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段全過程，如場(chǎng)地仿真、管線搬遷模擬、交通疏解模擬、管線綜合設(shè)計(jì)、工程量輔助統(tǒng)計(jì)、效果圖渲染、場(chǎng)景漫游、施工仿真等。在地鐵11號(hào)線龍耀路檢測(cè)出各類管線碰撞問題112處，有效減少了返工誤工現(xiàn)象。

2.廈門市軌道交通項(xiàng)目BIM應(yīng)用案例

廈門市在2013年地鐵1號(hào)線的建設(shè)早期就將BIM技術(shù)引入其中，在該項(xiàng)目中各階段的主要應(yīng)用包括設(shè)計(jì)階段的土建和機(jī)電各專業(yè)建模、施工階段的輔助機(jī)電安裝施工。在該項(xiàng)目中，為設(shè)計(jì)方搭建的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過協(xié)同設(shè)計(jì)服務(wù)器幫助不同專業(yè)進(jìn)行協(xié)同工作；為施工方搭建的BIM機(jī)電施工管理平臺(tái)可以導(dǎo)入BIM深化模型，進(jìn)行施工過程的可視化管理。設(shè)計(jì)階段所發(fā)現(xiàn)問題的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到上萬個(gè)。

3.武漢市軌道交通項(xiàng)目BIM應(yīng)用案例

武漢市地鐵2號(hào)線采用BIM技術(shù)進(jìn)行地鐵車站客流的三維動(dòng)態(tài)仿真，為方案選擇階段提供支持。在地鐵5號(hào)線中，結(jié)合BIM技術(shù)智能化、信息化的特點(diǎn)，對(duì)工程中所遇到的困難提供解決方案。BIM技術(shù)被用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、可視化交底、管線改遷與交通疏解、結(jié)構(gòu)模型碰撞檢查、施工進(jìn)度模擬、結(jié)構(gòu)模型碰撞檢查、施工進(jìn)度模擬等方面。

4.呼和浩特市軌道交通項(xiàng)目BIM應(yīng)用案例

呼和浩特市地鐵1、2號(hào)線在建設(shè)之初就引入了BIM技術(shù)，三維模型可以在工程中對(duì)實(shí)體建造起到指導(dǎo)作用，為后期運(yùn)營(yíng)管理提供有力的數(shù)據(jù)支撐。BIM技術(shù)在該項(xiàng)目中的主要特色包括：全生命周期“BIM封模”應(yīng)用、站后工程采用全線三維正向設(shè)計(jì)、BIM工廠化加工與組合式裝配、打造BIM資產(chǎn)運(yùn)維大數(shù)據(jù)四個(gè)方面。

5.太原軌道交通以運(yùn)營(yíng)為導(dǎo)向的全生命周期BIM應(yīng)用案例

太原軌道交通將推行全自動(dòng)運(yùn)行、BIM、城軌融合云和故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（Prognostic and Health Management，簡(jiǎn)稱PHM）等智能建造和運(yùn)維管理信息技術(shù)應(yīng)用，并將重點(diǎn)利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的全生命周期的精細(xì)化建設(shè)運(yùn)營(yíng)。BIM應(yīng)用突出以運(yùn)營(yíng)為導(dǎo)向，將運(yùn)營(yíng)需求前置，使BIM技術(shù)輔助地鐵運(yùn)營(yíng)管理能更好地服務(wù)市民。

太原軌道交通“以運(yùn)營(yíng)為導(dǎo)向的全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用”項(xiàng)目是以太原市軌道交通2號(hào)線一期工程運(yùn)營(yíng)階段的BIM集成應(yīng)用為目標(biāo)，采用“運(yùn)營(yíng)方主導(dǎo)、專業(yè)顧問咨詢、參與方實(shí)施”的BIM應(yīng)用模式。在這種模式下，太原市軌道公司與BIM應(yīng)用總顧問、當(dāng)?shù)馗咝?chuàng)新性地成立“BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用中心”（簡(jiǎn)稱“BIM中心”），依托“BIM中心”平臺(tái)，協(xié)同進(jìn)行BIM應(yīng)用的總體策劃、BIM戰(zhàn)略實(shí)施規(guī)劃、BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和BIM應(yīng)用實(shí)施方案，在統(tǒng)一的BIM應(yīng)用系統(tǒng)管理平臺(tái)和機(jī)制下實(shí)施過程管理。在整個(gè)建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期，BIM中心編制了軌道交通項(xiàng)目全生命周期BIM應(yīng)用系列標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)行總體的組織、里程碑節(jié)點(diǎn)控制，具體實(shí)施工作的全過程管理；基于軌道交通智能運(yùn)營(yíng)理念，研發(fā)軌道交通項(xiàng)目BIM竣工交付管理平臺(tái)及BIM運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，而后基于統(tǒng)一的實(shí)施方案、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和管理平臺(tái)，管理各設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理方等BIM實(shí)施的主體單位，完成BIM應(yīng)用目標(biāo)所開展的具體的建模、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及培訓(xùn)等應(yīng)用實(shí)施內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的BIM應(yīng)用管理平臺(tái)和機(jī)制下實(shí)施以運(yùn)維為導(dǎo)向的BIM應(yīng)用管理。

該項(xiàng)目除了發(fā)揮BIM在施工圖深化、大型設(shè)備路徑規(guī)劃、沖突檢測(cè)、三維管線綜合、施工模擬、竣工交付等設(shè)計(jì)和施工階段的作用，還重點(diǎn)探索了BIM在軌道交通運(yùn)營(yíng)階段的資產(chǎn)管理、運(yùn)營(yíng)沙盤、檢查維護(hù)、人員培訓(xùn)、應(yīng)急管理等方面的價(jià)值，極大程度上提高了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化水平，打造太原軌道交通以運(yùn)營(yíng)為導(dǎo)向的全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用的特色，實(shí)現(xiàn)“拓展BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用范圍和價(jià)值，提升地方及行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用水平”的目標(biāo)。

三、BIM技術(shù)在我國(guó)城市軌道交通項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)

近年來，BIM技術(shù)在我國(guó)城市軌道交通項(xiàng)目的應(yīng)用取得了令人矚目的成效，但是當(dāng)前我國(guó)BIM技術(shù)的應(yīng)用尚處于發(fā)展階段，仍需進(jìn)一步探索。在數(shù)字化時(shí)代，先進(jìn)的信息通信技術(shù)正以驚人的速度不斷涌現(xiàn)，已引起各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。綜合利用各種先進(jìn)技術(shù)，探索“BIM+”技術(shù)，全面改進(jìn)城市軌道交通項(xiàng)目的生產(chǎn)方式與管理模型，進(jìn)而提升城市軌道交通項(xiàng)目的生產(chǎn)效率，已經(jīng)成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。

1.BIM+云計(jì)算

云計(jì)算具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力和處理能力，將BIM技術(shù)轉(zhuǎn)化為BIM云服務(wù)，可以借助云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)軌道應(yīng)用中各類信息的訪問、共享和處理[4]。城軌融合云技術(shù)對(duì)于軌道交通的智能選線設(shè)計(jì)、列車調(diào)控、安全監(jiān)控等工作具有重要意義。

2.BIM+PHM

故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（Prognostic and Health Management，簡(jiǎn)稱PHM）可以通過傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所搜集的數(shù)據(jù)，借助各類算法和模型推導(dǎo)設(shè)備故障原因與位置，并對(duì)故障發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)[5]。BIM技術(shù)為PHM搭建了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)搭載和展示平臺(tái)。軌道交通自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)需要搜集大量的數(shù)據(jù)并建立相關(guān)平臺(tái)為決策提供支持，BIM技術(shù)、城軌融合云等新技術(shù)的發(fā)展為此創(chuàng)造了極為有利的條件。

3.BIM+VR

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality,簡(jiǎn)稱VR），也稱作虛擬環(huán)境或虛擬真實(shí)環(huán)境，是一種三維環(huán)境技術(shù)，集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、傳感和測(cè)量技術(shù)、微電子技術(shù)等為一體，借此產(chǎn)生逼真的視、聽、觸、力等三維感覺環(huán)境，形成一種虛擬世界[6]。BIM與VR集成應(yīng)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(chǎng)景中，可實(shí)時(shí)切換備選的施工方案，在同一個(gè)視點(diǎn)或同一個(gè)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(yōu)勢(shì)與不足，以確定最佳施工方案。同時(shí)，還可以對(duì)某特定局部進(jìn)行修改，并實(shí)時(shí)與修改前的方案進(jìn)行分析比較。此外，還可以直接觀察整個(gè)過程的三維虛擬施工環(huán)境，快速查看不合理或者錯(cuò)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(yīng)該還可加強(qiáng)探索集成應(yīng)用BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)技術(shù)、智能設(shè)備、3D打印、GIS等大數(shù)據(jù)信息化技術(shù)手段，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)采集、高效協(xié)同合作、科學(xué)預(yù)測(cè)決策、智能管理施工現(xiàn)場(chǎng)。提高BIM在城市軌道交通工程領(lǐng)域和整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的深度應(yīng)用水平將是信息化、工業(yè)化、智能化與綠色化發(fā)展的共同要求。

總之，BIM技術(shù)不只是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的顛覆性變革，也要求在實(shí)踐中對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和組織模型進(jìn)行變革，用創(chuàng)新的思維模式對(duì)待未來城市軌道交通項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營(yíng)管理，這將對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的積極影響。