基于BIM技術的軌道交通數字化竣工交付研究應用
——以太原地鐵大南門站為例

陳 曦1 徐小東2 劉航天3 薛劍展

(1.太原市軌道交通發展有限公司，太原 030002； 2.同濟大學，上海 200092； 3.太原市城市職業技術學院，太原 030027； 4.上海城建信息科技有限公司，上海 200131)

引言

我國傳統的設計、施工、竣工、歸檔以及送審資料的藍圖提交方式，存在著審批環節多、差錯多、施工圖版本多、人力和資金成本浪費、建設周期長、效率低下及政府監管不到位等諸多問題，且隨著互聯網和信息技術的發展，傳統的以藍圖為主的提交方式已不能適應建筑業信息化的要求。

基于藍圖提交方式存在的種種不適應性，2014年住房城鄉建設部發布的《關于推進建筑業發展和改革的若干意見》[1]中提出要探索開展白圖替代藍圖、數字化審圖等工作。隨后地方政府紛紛出臺相關規章制度，推進建設工程設計、施工及竣工圖紙數字化和白圖交付的具體實施規定[2]。其中2016年住建部發布的《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》[3]中，重點提出要建立完善數字化成果交付體系； 開展白圖代藍圖和數字化審圖試點、示范工作； 完善工程竣工備案管理信息系統，探索基于BIM的工程竣工備案模式。

針對城市軌道交通工程項目，住建部在2018年發布了《城市軌道交通工程BIM應用指南》[4]，其中明確了施工階段BIM應用，針對竣工驗收模型交付提出了具體要求。指南要求城市軌道交通工程竣工驗收合格后，將各階段驗收形成的專項驗收情況、設備系統聯合調試數據、試運行數據等驗收信息和資料附加或關聯到模型中，形成竣工驗收模型，分別向政府管理部門和運營單位移交。竣工驗收模型及附加或關聯的驗收信息、資料和格式等應滿足政府管理部門資料歸檔要求，支持線路運營維護。

盡管加快推進數字化竣工交付勢在必行，但現階段針對以運營為導向數字化竣工交付研究尚存在不足，有待深入研究。本文在深入調研太原城市軌道交通2號線一期以運營為導向生命周期BIM技術應用項目的基礎上，以大南門站點為例，對以運營為導向的軌道交通數字化竣工交付的內容展開深入研究。

1 數字化竣工交付國內研究現狀

目前國內不同領域針對項目建設各個階段的數字化交付進行了不同深度的研究與探索，主要集中在數字化交付標準、數字化交付平臺的研究。其中壽海濤(2017)闡述數字化工廠的構建在于實現數字化交付，而實現數字化交付的關鍵點是建立完善的綜合數字化集成平臺和相應的數字化交付標準，對研究的數字化竣工交付提供了思路[5]。劉芳青(2014)基于自主開放的BIM平臺，對建筑機電安裝工程模塊化生產、集成交付及運維技術展開研究，并在多數實際項目中展開成功應用，對數字化竣工交付平臺的搭建有好的指導意義[6]。李明照等(2016)對運營數據構建以及信息模型數字化集成交付進行研究，具體從運營階段BIM模型的關鍵要素、BIM數據重組及運營數據構建流程進行論述，為以運營為導向的數字化交付提供了參考思路[7]。

研究表明，工程數字化交付涉及項目全過程，以工程信息為核心，數字三維模型為依托，工程資料為擴展，涵蓋規劃、設計、施工、交付各個階段。因此實現以運營為導向的數字化竣工交付，關鍵點是編制數字化竣工標準、構建建筑信息竣工模型、搭建數字化竣工交付平臺、打通數字化竣工交付流程。

但針對軌道交通工程項目的數字化竣工交付研究文獻較少。賴華輝等(2015)基于上海申通地鐵項目，結合運營管理的模型交付需求提出軌道交通建筑信息運維模型的交付標準，對編制數字化竣工標準和構建建筑信息竣工模型完善具有極大的參考意義[8]。苑露莎等(2018)對BIM技術在城市軌道交通竣工交付中的應用展開研究，雖未提出完整的數字化竣工交付概念，但提出數字歸檔，針對BIM竣工模型交付提出具體實施方案，對研究數字化竣工交付有一定指導意義[9]。

基于以上研究綜述發現：針對數字化竣工交付的市場需求和政策導向極為迫切，但專門針對數字化竣工交付的研究較少，以實際工程進行的案例研究則更少。

2 數字化竣工交付內容及需求

數字化竣工交付應通過信息化技術實施，以便于更高效地實現工程項目信息的管理和共享。數字化竣工交付應貫徹“工程項目全生命周期信息管理和共享”的基本理念。

大南門站位于解放路與迎澤大街十字路口東南象限，為2號線與1號線的換乘站。車站主體為明挖三層車站，采用島式雙柱三跨箱型框架結構，車站為15m島式站臺。車站總長314.74m，標段寬24.3m，標段高20.24m，線間距為18.2m。

圖1 大南門站數字化交付模型Fig.1 Digital delivery model of Da Nanmen station

對此本研究提出了以下數字化竣工交付管理及平臺建設的內容及需求：

2.1 模型的交付及數字資產的管理

為了達到以運維為導向的數字化竣工交付目的，實現數字化竣工交付，根據深度不同，對BIM模型需要滿足的條件也不一樣。為滿足建設期及運營期的模型細度需求，提供一個完善的數字化模型，模型的質量深度則完全取決于該模型族庫、區域劃分和模型細度，而該模型涵蓋的相關專業越多，數字化集成度就越高，集成度越高相對應的統一性就顯得極其重要，因此對太原軌道交通信息模型交付要求有了統一的標準。

為了滿足運維的后期需求，實現數字化資產的管理，在交付過程需要保證對各設施設備的數字信息進行收集與管理，形成后期可維護的數字資產。具體項目數字資產組成包括：幾何模型、現場實景影像資料(可通過APP移動端采集，并關聯相關視點)、數據收集導入、檔案資料收集導入等，如圖2所示。

圖2 數字資產管理流程Fig.2 The process of digital asset management

2.2 影像資料的交付內容及需求

2.2.1 影像資料內容收集

項目實施過程中，參建方履行定期拍攝現場的職責。參建方在資料收集方面應負責對材料、設備的資料收集和對各類檢測進行現場拍攝記錄等； 在現場實施方面負責對工程質量、隱蔽工程及工序、分部分項工程驗收過程、現場安全文明以及反索賠事件、涉及造價變更(含簽證)的現場實施過程進行周期性的拍攝記錄。

2.2.2 影像資料類別管理

施工照片的拍攝內容涵蓋較廣：包括施工進度、安全及文明施工、技術細節、材料類型、安裝方法、隱蔽工程、施工前現場條件樣板施工等等。為便于分類管理，須規定相應的拍攝標準，配合開展數字化竣工交付平臺的應用，階段性地將現場影像資料上傳到平臺供后期調用。

2.3 文檔資料的需求

數字化竣工交付的設施設備文檔資料、現場變更資料、竣工圖紙資料等，需按照統一的標準，包括命名、格式等上傳至平臺，并與模型進行數字化的關聯。

2.4 平臺的功能

由于軌道交通項目建設周期長，參建單位眾多，包括設計單位、施工單位、監理單位以及各設備廠商等。如此多的參建方與技術管理人員對于項目實施過程中高效溝通、準確提資、協同建模提出了很高要求。因此如何通過信息化手段提高對各參建方的協同管理水平，打破傳統建設管理模式下的信息壁壘，是本項目數字化竣工交付成功的關鍵。為此在本項目上使用數字化交付管理平臺用于BIM技術實施過程中各參建單位協同實施。

太原城市軌道交通2號線一期項目所使用的資料錄入協同平臺是數字化交付管理平臺(Digital Delivery Management Platform，簡稱DDMP)，用戶為軌道公司、同濟大學、BIM總體管理單位及所有項目參建方和設備制造商，通過平臺在全生命期逐步實現收集模型、屬性、現場實景照片及文檔檔案資料。數字化竣工交付管理平臺的主要功能包括：模型上傳、屬性信息錄入、文檔資料錄入、移動端采集、信息查詢、驗收審核與交付管理等。

2.4.1 模型管理功能

平臺支持核心建模軟件的三維模型格式，具備依據交付基礎的類庫、編碼規則、軌道交通分解結構等進行配置的功能，具備模型拆分顯示、整合顯示和多視圖展示的功能及屬性管理功能。

2.4.2 文檔管理功能

支持常用數據表單格式和文檔格式，提供必要的屬性維護和表格導入功能。向項目用戶提供文檔目錄組織、授權，文檔掛接上傳，文檔關聯模型等功能，實現文檔資料(含現場實景照片、文檔、檔案等)的管理與共享。

2.4.3 關聯與管理模型和文檔之間關系功能

平臺可將各專業自動合模、視圖一鍵加載模型、視點自由切換、自定義路徑漫游、剖面、測距以及對三維可視化軌道交通信息的瀏覽、綜合查詢和檢索。具備設計、施工、運維等各階段的審查、驗收功能，包括模型屬性、文檔的審查及問題反饋。并可使用移動端采集現場實景照片，直接與三維模型進行鏈接。平臺在將屬性、現場實景及文檔資料等全部與模型關聯后，即具備了交付的基礎，通過平臺可實現API方式直接導入運維平臺后臺，實現數字化的一鍵交付模式； 也可以通過導出并部署到本地服務器的數字化資產可視化查詢系統，實現數字化資產的軟件交付，如圖3所示。

圖3 數字化交付模式Fig.3 Digital delivery mode

3 BIM技術的軌道交通數字化竣工交付過程

現有案例數字化竣工交付與傳統工程施工竣工資料交付的根本區別除了常規工程圖紙、檔案等數字化交付，其核心主要是建立與工程實體完全一致的數字化模型，并根據運營期需求同步完善模型相關鋼構件、設備、管線等相關信息。

同時，現有案例在利用BIM模型技術上也有顯著區別。從圖4中我們可以看出，以運營為導向數字化竣工交付根據信息需求要求其實施過程中通過技術及管理手段準確傳達設計、施工、設備制造、安裝過程的信息，減少信息損失，增加運營所需數據信息。

圖4 常規軌道交通項目與運營為導向數字化竣工交付項目中的BIM系統架構的對比Fig.4 Comparison of BIM system architecture in conventional rail transit projects and operations-oriented digital completion projects

為此調研單位同期發布了《太原市軌道交通數字竣工標準》，明確了切實可行的信息交付需求，同時通過制定《太原市軌道交通建筑信息模型(BIM)建模標準》和《太原市軌道交通設施設備分類與編碼標準》明確交付標準，規范整個實施過程。并通過樣板站實施運行，在模型創建過程中不斷修改和完善標準，確保該標準的實用性。

3.1 數字化竣工交付實施準備階段

數字模型建立前準備階段需與設計單位明確設計文件交付，對設計單位提供的圖紙文件進行歸檔，審核； 同時還需匯同施工單位完善圖紙會審、過程變更、施工組織方案等文件的審核歸檔。

針對設備設施，需在招標前明確設備設施模型的實施，確保生產廠商按照建設單位發布的執行標準提供設備設施模型，并按格式隨設備移交時提交設備相關文件的電子檔案。同期開展參建人員培訓及標準宣貫，以便實施單位明確實施流程、責任、標準。

3.2 數字化竣工交付過程實施

3.2.1 基于BIM技術數字化交付管理平臺搭建

數字化模型搭建按施工分階段進行實施，為保證虛擬模型與現場實體工程一致，同時確保模型完成進度，項目實施前需完成數字化交付管理平臺搭建，通過ID權限發放，進行過程管理，管理構架見圖5。

圖5 數字化竣工交付土建數字模型建設管理架構Fig.5 Digital completion and delivery of civil construction digital model construction management structure

通過數字化交付管理平臺實現：模型管理、屬性管理、文檔管理、移動端采集、數字化信息查詢、驗收與交付等相關功能。

3.2.2 基于BIM技術的竣工交付管理流程

數字化竣工交付的核心在于數字模型及掛接信息與工程的完整性與一致性，基于竣工交付平臺的建模管理流程及管理架構，通過IROOM進行集成式管理，具體建模流程見圖6。

圖6 數字化竣工交付土建數字模型建設流程Fig.6 Digital completion and delivery of civil construction digital model construction process

如圖6所示，模型搭建按專業分階段進行，大南門站作為樣板站，土建階段模型先期按照施工圖紙進行搭建，現場同步進行復核，運用定點測量、點云掃描等技術手段，針對結構梁、板、柱及砌體墻預埋、預留孔洞等為控制要點進行現場復測，并對模型進行同步調整，以達到數字模型與工程實體完全一致的效果。

機電安裝、裝飾裝修階段，首先將土建模型交與設計單位進行機電設備方案布置、整理，并由設計咨詢單位、建設單位、BIM咨詢單位進行方案審核，數據模型再轉至機電安裝、裝飾裝修實施單位，上述單位根據現場周期進度進行模型搭建，并將安裝過程圖片、過程文件等運營所需數據、文檔同期進行存檔、掛接； 同時，機電設備模型由生產廠家按設備型號提供。建設單位相關管理部門及施工監理、BIM咨詢單位同期進行數據模型質量進度監管，確保數字模型與工程實體各項物理指標完全一致，同時模型掛接的數據庫資料及時準確，滿足運營期信息需求。具體流程詳見圖7。

圖7 數字化竣工交付機電設備及安裝數字模型建設流程Fig.7 Digital completion and delivery of electromechanical equipment and installation digital model construction process

3.2.3 樣板站意義

太原地鐵2號線一期工程大南門站數字化竣工交付按照上述實施計劃單獨編制了樣板站的數字模型實施方案，按照運營部門需求與施工現場同步進行模型建設，相關模型及信息涵蓋了車站主體及附屬土建、設備設施、機電安裝、裝飾裝修、車站頂蓋范圍內市政管線、周邊建筑物、市政道路等信息，并同期與運營部門就數字模型運營期運用、管理平臺數據傳輸格式、維保管理流程信息需求等問題進行探討，為后續數字化竣工交付及模型運用打好基礎。通過樣板站的數字化交付，為其它模型建模起到示范的作用，指導其它車站按照樣板站的交付標準完成所有模型的數字化交付工作。

最終完成的數字化工程信息模型，與實體工程完全一致，涵蓋建筑結構、設備設施、綜合管線、裝飾裝修的相關物理信息、位置信息、設計圖紙、過程文件、設備使用手冊、說明文件等運營期所需的各類數字化信息。

數字化信息模型最終將交付至基于BIM運營管理平臺，利用模型數據完成維保、維修表單流程管理、巡檢管理、人員培訓等工作，同時該部分數據也可用于節能管理、LEED運行管理、PHM預測管理、碳排放數據管理等工作。

4 結論與展望

數字化竣工交付將成為未來工程建設的主要管理手段之一[10]，通過集成化管理手段對建設項目全過程信息進行數字化管理，最終滿足運營的數據需求。

在本案例中，太原地鐵2號線大南門站作為太原地鐵2號線一期工程以運營為導向全生命周期BIM技術應用項目模型樣板站，承載著驗證相關BIM標準的合理性、可操作性等需求，同時在竣工交付實施過程中，進一步規范了模型構件、編碼、數據格式等基礎性要求，對于線網模型建設起到了示范作用，同時通過點云掃描、定點測量、模型建設與施工建設同期進行、數字化平臺協同工作等技術和管理手段，實現了數字模型與工程實體完全一致、附屬信息掛載及時準確、設備設施模型滿足運維要求，同時可指導設計管理、工程施工等活動，真正實現了以運營為導向的軌道交通數字化竣工交付。

目前，數字化竣工交付實施過程中還存在很多問題，如：在政策層面缺乏支撐、過程數據需運營期驗證等?，F通過太原地鐵2號線以運營為導向全生命周期BIM技術應用項目工作推進企業標準、地方標準發布，同時可以明確、驗證數字化竣工管理架構和組織模式，進而通過太原地鐵項目的示范性效果敦促相關地方管理政策盡快出臺，便于推進行業內數字化竣工交付標準化實施[11]，并總結項目實施過程模式，推廣至全國軌道交通、建筑行業。