BIM 技術在城軌工程中的應用研究

孫 皓，司玉林

（1. 北京市地鐵運營有限公司運營一分公司，北京 101116；2. 鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081）

1 引言

隨著國家綜合實力不斷提升，城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）行業也隨之進入發展的黃金時期。在城軌建設中，采用建筑信息模型（BIM）技術除實現方案優化、專業協同等功能，在城軌運維階段和全生命周期管理等方面也存在明顯優勢。BIM技術應用可使城軌工程在設計、施工及運營維護等階段快速實現資源配置建立、資金風險管控、能源及成本節約、受污染程度降低和工作效率提升。BIM技術應用可改變傳統管理理念，引領城軌建筑信息技術向更高水準前進，不斷提升城軌建設效果和質量，近年來，國內外針對BIM技術發展趨勢進行了大量研究。文章以BIM技術在城軌的應用為例，闡述采用BIM技術的必然性，研究BIM技術在城軌工程應用的特點及內涵，預測發展趨勢，確保BIM技術在城軌工程的應用效果。

2 BIM 技術應用的必要性

2.1 行業轉型必然要求

目前，國家科學技術和經濟發展等方面水平的顯著提高帶動我國建筑行業作業和模式發生變化，尤其是BIM技術的發展和應用，促使傳統建筑行業的轉型和發展速度不斷加快。而城軌工程是建筑行業的重要組成部分。因此，建筑行業的升級和轉型使得城軌的粗放式管理方式逐漸向精細化管理模式變化。而推動城軌管理模式發生變化的主要動力便是應用BIM技術。因此BIM技術的應用是建筑行業轉型的必然要求，可以更好地保障城軌工程的建設效果。

2.2 市場競爭力的影響

目前，在國家發展過程中，無論是政府等相關部門，還是建設單位，都在積極地推廣并且倡導BIM技術使用，同時我國已出臺相關政策，為BIM技術的普及與發展提供良好的保障。BIM技術融合其他技術效果也十分顯著，例如BIM技術與云，BIM技術與地理信息系統，BIM技術與物聯網，BIM技術與數字監控，BIM技術與數字制造，BIM技術與增強現實技術等。全球范圍中BIM技術應用最廣泛國家為美國、英國、韓國。美國于2007年便開始在所有大型項目中采用BIM技術；英國最遲也是在2016年便完成全面協同BIM技術的推廣；2016年韓國開始在公共建筑中全面采用BIM技術。在此影響下，我國城軌工程建筑企業在工程建設過程中，認識到BIM技術應用優勢以及重要作用，可以更好地保障自身市場競爭力。

2.3 國際合作及 EPC 模式需求

BIM技術作為促使不同軟件進行共同交流的平臺，可以使不同語言和不同專業之間的信息交流成本降低。在經濟全球化趨勢的影響下，國家性工程數量不斷增加。因此，采用BIM技術可以進行更便捷的交流，保障信息傳遞準確性，防止發生工作重復現象。我國現如今某些大型建筑企業開始進行設計施工一體化（EPC）總承包模式。為促使此類模式得以形成并發揮作用，需借助BIM技術中全生命周期理念，以此實現設計行業業務向外延伸的目的。相同原理，將BIM技術應用在城軌工程建設過程中，可以促使城軌工程建設效果顯著提高，以此推動城市一體化建設。

2.4 城軌自身需求

目前，城軌工程發生的主要變化為工程體量變大、投資更高以及專業復雜程度增加，而且在設計和建設過程中，出現更多的異形和復雜建筑，在此種情況下，傳統二維設計難以滿足城軌設計和建筑需求。為滿足城軌建設效果，需把BIM技術應用其中，借助BIM技術可視化和參數化等特點，保障城軌工程建設效果，圖1為采用BIM技術設計的某城軌車站模型。

圖1 城軌車站BIM模型圖

2.5 擁有高度集成的優勢

城軌工程修建過程包括設計和施工以及后期運用等多個階段，彼此之間難以完全分割，而傳統的建筑作業方式極易導致“信息孤島”顯現，更是難以體現全生命周期觀念，影響城軌工程建設效果。但是BIM 技術擁有集成整個全生命周期專業信息特點，具有強大分析能力和模擬功能，可以在施工未開始之前，發現并且解決問題，細化工作流程，針對工程特點有效制定方案舉措，消除潛在隱患和風險。通過此種方式，可使城軌工程的建設效果得到保障，減少工程變更現象出現，減少經濟方面損失。

3 BIM 技術在城軌工程中的應用

3.1 前期規劃應用

BIM技術應用于城軌工程前期規劃之中，需要重視工程可行性研究。即在建設之初，利用BIM技術思維，對城軌進行三維模型建立，圖2為某城軌建設工程模型。在模型建設過程中，要保障BIM模型既涵蓋地質條件、道路以及橋梁和管道管線狀態，又包含建筑物等信息。同時要保障信息和資料的真實性，尤其在技術、科學以及人文等方面更需要保障信息真實性。通過此種方式，保障城軌信息分析結果有效性，以此保證城軌工程項目順利建成。

圖2 城軌建設工程三維模型圖

3.2 設計階段應用

BIM技術應用于城軌工程設計階段，主要是在城軌建設工程三維模型建立之后，可以更加清晰明確地掌握道路、建筑物和其他設備等具體情況，以此促使設計方案向多樣化方向發展，并有效制定多種預備方案。在此過程中，設計方案可以各自具備各自的概念和優缺點。在確定之后，設計人員可以使用BIM技術驗證城軌建設設計方案，由于三維模型擁有直觀視覺感受，具備可靠性和安全性，為設計人員提供更加科學的參考。因此，使用BIM技術對方案進行驗證，可有效選取最佳設計方案。

3.3 協同施工應用

在城軌工程建設過程中，普遍存在協同施工工作能力不強的問題，因此會投入大量人力物力，影響城軌工程建設效率。在傳統協同工作開展過程中，主要是借助網絡通信軟件以及數據信息軟件去實現過程分析。但為實現信息集體共享，就必須借助BIM技術建立相應通信系統，加強各個管理主體之間的聯系，實現信息和文件相互訪問以及交換，體現BIM技術提供的信息資源具備秩序性和時效性，以此保障信息傳遞快速、真實、有效。

3.4 運維階段應用

BIM技術應用在城軌運維階段，可以更好地對設備設施和相關文件資料以及應急方案等內容進行追蹤查詢和處理。因此，借助BIM技術和物聯網技術建立可視化平臺，而BIM技術與物聯網集成應用，實質是城軌建設全過程信息的集成與融合。BIM技術體現上層信息集成、交互、展示和管理作用，物聯網技術承擔底層信息感知、采集、傳遞、監控功能。在工程建設階段時，兩者集成應用提高施工現場安全管理能力，確定合適施工進度，支持高效成本管控，提升質量管理水平。

3.5 成本管理應用

在城軌建設過程中，需要對設計階段、施工階段以及運營維護階段等的成本進行控制，所以需要借助完整的BIM技術信息集成平臺，對城軌工程建設全過程進行監督和管理，減少不必要的工程變更，合理控制施工材料的使用，減少不必要的資源浪費。在運行階段，建立運營維護模型，對維護計劃可行性進行驗證，以此保障工作人員充分了解維護情況，進而保障設備正常運行，以此保障城軌工程的順利開展。

4 BIM 技術發展趨勢

在國家綜合發展過程中，尤其是在科學技術水平不斷提高背景下，城軌建設工程應用BIM技術，必然推動城軌工程向著全新方向發展。因此需要加強對 BIM技術的研究與分析，促使其在三維環境下實現協同設計、管理以及運維工作等，并達到相應目標。BIM技術發展趨勢主要體現在以下幾方面。

（1）應用移動終端。管理人員借助移動終端可以在現場直接瀏覽模型，查詢模型細節，進行現場辦公。在質量管理中直接通過移動終端進行質量檢查對標和預設檢查項，使工作人員再現工作內容，快捷填寫檢查結果。進度管理現場采用移動終端查閱工程進展并可直接在現場完成報告。手持移動終端也便于項目和企業管理者異地審批。移動終端輕、小、便捷的優勢可克服原本電腦笨重、麻煩的特點。圖3為采用移動終端BIM模型對某城軌建筑進行實地檢查。

圖3 BIM技術移動終端應用

（2）應用無線傳感網絡。在城軌工程中所有角落放置無線傳感器和監控系統，通過管控界面搜索設備設施名稱，可查詢設備設施在虛擬建筑模型中準確位置，管理人員實時利用三維BIM模型，進行建筑設備設施瀏覽、設備運行控制。而且所有設備設施是否正常運行，在BIM模型可直觀顯現，對于每種設備設施可以查詢歷史運行數據。這可幫助運維管理人員對城軌建筑進行全面了解管控，方便進行運營維護和經驗積累。

（3）應用數字化和云平臺等方式。憑借云計算的超強計算能力，可將BIM技術應用中計算量大且復雜的工作轉移至云平臺，提升計算效率。同時云平臺的龐大數據存儲能力可將BIM模型及相關業務數據同步到云平臺存儲，便于用戶實時訪問，以及與其他人員共享；同時方便用戶在施工現場通過移動終端實時連接云平臺，及時獲取所需BIM數據和服務等。城軌BIM技術與數字化和云平臺相結合，能夠確保工程建設數據快速、安全、便捷、可控地進行溝通共享，能夠幫助城軌建設管理水平和工作效率不斷提高。城軌工程BIM技術數字化及云平臺微服務架構，如圖4所示。

圖4 城軌工程BIM技術數字化及云平臺應用示意圖

（4）應用扁平化協同模式。由于城軌建設項目存在大量復雜的信息需要在眾多參與方之間傳遞、溝通和修改，扁平化協同模式能夠確保項目信息在各方之間傳遞準確、高效，促進信息獲取、分發、溝通效率極大提升；并且有效梳理和優化跨組織之間流程，解決復雜信息在各部門之間傳遞過程，避免很多傳統線下處理模式時間長、滯后等問題。同時通過移動端在現場實時采集施工現場問題，通過云平臺系統及時將信息分配，并通知相關責任人跟蹤整改，管理層也通過云平臺及時獲取項目信息，通過數據統計分析，為項目提供更可靠的決策，提高城軌項目協同管理水平。利用信息化分析功能，輔助分析相關施工方案，優化施工流程、控制施工進度、減少返工，避免資源浪費，降低成本投入。

通過上述技術和手段的應用，促使BIM技術在未來城軌建設過程中全面提升工程建設效率與信息化管理水平，優化管理流程，高效率、高精準度地完成工程量計算工作，保障城軌建設實現效果。

5 結束語

通過分析，BIM技術應用效果和意義十分深遠，可以更好體現我國建筑行業的建設水平，促使城軌工程建筑質量顯著提高，更好地推動城市一體化建設。通過分析BIM技術在城軌工程中的應用，尤其是BIM技術特點以及應用優勢等方面，發現BIM技術在應用過程中存在行業門檻、社會環境、BIM自身使用成本和工程建設的獨特性等問題。以此為依據，分析BIM技術發展主要趨勢，以期在未來通過相關成熟的技術手段消除影響，保障BIM技術在城軌中應用效果，提升城軌建設質量，實現城軌基礎設施建設高質量發展的目的，推進國家綜合發展。