BIM技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議

茍 帥

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司, 山東青島 266000)

隨著我國經(jīng)濟和科技水平的不斷提高，我國城市軌道交通建設(shè)取得了顯著成就，根據(jù)交通運輸部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年底，我國內(nèi)地共有44個城市開通運營城市軌道交通線路233條，運營里程達(dá)7 545.5 km。然而，隨著城市軌道交通建設(shè)的不斷深入，其特殊性與復(fù)雜性也不斷凸顯。城市軌道交通工程涉及專業(yè)眾多，包括線路、軌道、結(jié)構(gòu)、給排水、通信、自動化等，具有建設(shè)周期長、資金投入大、交流和協(xié)調(diào)管理難度大、干擾因素多等特點[1]，往往一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將會對整個工程的進(jìn)度和質(zhì)量造成較大影響。因此，急需創(chuàng)建一個用于城市軌道交通工程協(xié)同工作的平臺，以提高工作效率，提升工程質(zhì)量。

近年來，建筑信息模型(building information model，BIM)技術(shù)作為解決復(fù)雜工程問題的有效途徑之一，在工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。本文通過分析BIM技術(shù)在城市軌道交通規(guī)劃階段、設(shè)計階段、施工階段及運維階段等全生命周期階段的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了目前我國城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題和不足，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，為我國城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展提供借鑒和參考。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是以建筑工程為對象，運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進(jìn)的信息技術(shù)，建立三維數(shù)字化的建筑物信息模型，利用三維數(shù)字模型儲存和傳遞設(shè)計、施工、運維等各階段的信息，從而解決工程全生命周期中高復(fù)雜度的數(shù)據(jù)交換、協(xié)同管理等問題[2-3]。將BIM技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通建設(shè)中，可以關(guān)聯(lián)建筑設(shè)計、施工、運維以及管理等階段的所有信息，實現(xiàn)不同專業(yè)間的相互協(xié)作，保證信息的實時更新。一方面，能提高設(shè)計和施工間的信息交流；另一方面，能夠?qū)⒔ㄔO(shè)進(jìn)度完整、詳細(xì)地呈現(xiàn)給業(yè)主及管理人員，從而提高工程完成質(zhì)量與效率[4]。由此可見，在城市軌道交通工程中應(yīng)用BIM技術(shù)具有重大意義。

2 BIM技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)最早應(yīng)用于美國，自2003年起，美國發(fā)布了一系列BIM相關(guān)指南，開啟了BIM技術(shù)在工程行業(yè)的應(yīng)用研究[5]。目前，BIM技術(shù)在歐洲國家的建筑、交通、市政等多個領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，取得了一定的成果[6]。相比于歐美等發(fā)達(dá)國家，我國BIM技術(shù)應(yīng)用起步較晚。由于我國城市軌道交通建設(shè)的復(fù)雜性，BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中受到各方面條件的限制，應(yīng)用進(jìn)展緩慢，目前，在我國城市軌道交通建設(shè)中有效運用該技術(shù)的工程項目較少。但由于BIM技術(shù)在城市軌道交通工程建設(shè)中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，近年來在國家、省市等相關(guān)政府部門和建設(shè)單位的大力支持和推廣下，相關(guān)單位對BIM技術(shù)在城市軌道交通工程各階段的應(yīng)用進(jìn)行了大量探索，取得了顯著的應(yīng)用效果。

2.1 BIM技術(shù)在前期規(guī)劃階段的應(yīng)用現(xiàn)狀

城市軌道交通建設(shè)過程中，項目的前期規(guī)劃至關(guān)重要。在前期策劃階段，通過對收集的大量信息從經(jīng)濟、技術(shù)和管理層面進(jìn)行研究與探索，實現(xiàn)項目的科學(xué)實施和決策，達(dá)到優(yōu)化和增值的目的。目前，BIM技術(shù)在前期規(guī)劃階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在成本控制和場地規(guī)劃等方面。蔣艾玲[7]通過研究BIM在工程前期規(guī)劃階段的造價控制中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)通過運用BIM技術(shù)，可以對項目建設(shè)成本進(jìn)行準(zhǔn)確有效的把控，同時大大降低項目后期的建設(shè)錯誤。趙武陽[8]分析了BIM技術(shù)在地鐵工程前期規(guī)劃方面的應(yīng)用，認(rèn)為可以通過BIM技術(shù)構(gòu)建包括施工場地地質(zhì)條件、管線、建筑物特征等的城市交通三維模型，用于項目可行性研究分析。

2.2 BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前BIM技術(shù)在城市軌道交通項目設(shè)計階段主要有3個方面的應(yīng)用：

(1)三維可視化的設(shè)計方法。不同于傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計，通過BIM技術(shù)可以建立待建工程的三維可視化模型，清晰地向設(shè)計、施工以及管理人員展示待建工程的空間結(jié)構(gòu)和細(xì)部特征，使用戶全方位了解待建工程的各類信息，具有直觀、可視、可靠的特點。

(2)為各個專業(yè)協(xié)同設(shè)計提供有效途徑。通過BIM技術(shù)可以建立集土建工程、機電工程、交通安全工程等于一體的設(shè)計平臺，整合各項數(shù)據(jù)信息，極大地方便了設(shè)計人員進(jìn)行信息查閱和交換，從而提高了設(shè)計質(zhì)量和效率。

(3)提高設(shè)計方案的優(yōu)化效率。傳統(tǒng)的二維設(shè)計過程中，一旦出現(xiàn)設(shè)計變更，就要進(jìn)行大量的圖紙修改或重繪，消耗大量的人力和時間。而利用BIM技術(shù)，在設(shè)計最開始便可以通過設(shè)計模型分析不同設(shè)計方案的經(jīng)濟指標(biāo)和可行性，從而選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。同時，一旦在施工過程中發(fā)生變更，由于BIM模型具有一致性與關(guān)聯(lián)性，可根據(jù)局部的修改反饋到整個工程模型，從而減少人力消耗，降低設(shè)計錯誤，大幅提高工程品質(zhì)。

2.3 BIM在施工階段的應(yīng)用

BIM技術(shù)在城市軌道交通施工階段的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在利用BIM模型可以高效地實現(xiàn)施工過程控制和成本控制。城市軌道交通工程是典型的復(fù)雜建筑工程，而利用BIM技術(shù)，可以輕松實現(xiàn)施工過程的精細(xì)化模擬，及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題并加以優(yōu)化，從而規(guī)避風(fēng)險，達(dá)到保證施工質(zhì)量和安全，節(jié)約工程造價的目的。例如，在廈門軌道交通建設(shè)過程中，通過BIM技術(shù)實現(xiàn)了工程的虛擬建造，提前發(fā)現(xiàn)了施工現(xiàn)場存在的問題，減少了臨時設(shè)施的拆改，保障了工期。尤其在復(fù)雜節(jié)點施工交底方面，利用BIM技術(shù)對復(fù)雜節(jié)點進(jìn)行建模，現(xiàn)場交底通過三維模型直觀地表達(dá)設(shè)計意圖，有效加強了設(shè)計-施工溝通，避免因理解不到位對工程質(zhì)量的影響[9]。

2.4 BIM在運營維護階段的應(yīng)用

城市的軌道交通不僅在設(shè)計和施工過程中工作繁雜，在后期的運營維護過程中同樣難度巨大。目前我國BIM技術(shù)處于起步階段，在運營維護階段應(yīng)用僅做了一些探索性應(yīng)用，但同樣顯示出較好的應(yīng)用前景。如可以通過BIM技術(shù)對列車以及相關(guān)設(shè)備的運行信息進(jìn)行實時記錄和分析，使相關(guān)工作人員及時了解各設(shè)備的運行狀態(tài)，從而及時采取維護措施，提高運營管理工作的質(zhì)量效率。

3 城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用存在問題

根據(jù)以上分析可以看出，BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，其最終目標(biāo)是解決設(shè)計、施工、運維等各階段不同專業(yè)、不同人員之間的一體化協(xié)同問題，從而實現(xiàn)工程的高效、經(jīng)濟建設(shè)和管理。但由于對BIM技術(shù)的理解不足，目前各地區(qū)對該技術(shù)的應(yīng)用仍存在諸多問題，主要體現(xiàn)在幾點：

3.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不完善

隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，城市軌道交通建設(shè)BIM技術(shù)逐漸向全生命周期應(yīng)用發(fā)展。想要實現(xiàn)不同階段BIM技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用和信息共享，所提供的BIM模型必須具有統(tǒng)一的建立標(biāo)準(zhǔn)。然而，目前行業(yè)內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的BIM標(biāo)準(zhǔn)，不同機構(gòu)的BIM交付標(biāo)準(zhǔn)均不相同，BIM建模的深度和廣度也各有特點、無法通用。如廣東省制定的DBJ/T 15-160—2019《城市軌道交通建筑信息模型(BIM)建模與交付標(biāo)準(zhǔn)》[10]中對各專業(yè)BIM建模內(nèi)容進(jìn)行了初步定義，但對于建模的細(xì)節(jié)未作具體規(guī)定。因此，如何綜合考量BIM應(yīng)用的廣度和深度，建立健全城市軌道交通工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，成為BIM技術(shù)在城市軌道交通工程應(yīng)用的首要問題。

3.2 缺乏高效的信息管理體系

城市軌道交通工程工程規(guī)模巨大，涉及專業(yè)眾多。同時城市軌道交通工程的建設(shè)周期一般較長，在工程建設(shè)過程中隨著BIM模型的不斷創(chuàng)建、操作，將產(chǎn)生海量信息。由于缺乏高效的信息管理體系，這些龐雜的模型信息會隨著工程建設(shè)的推進(jìn)出現(xiàn)不同程度的缺少、遺失現(xiàn)象，這為使城市軌道交通工程的管理造成極大的困難。因此，如何高效管理工程建設(shè)各階段的模型和信息，實現(xiàn)BIM信息的全過程可追溯，是城市軌道交通建設(shè)項目的重要問題。

3.3 全壽命周期應(yīng)用深度不足

BIM技術(shù)的優(yōu)勢在于能高效解決工程全生命周期中高度復(fù)雜的信息交換以及協(xié)同管理等問題。然而當(dāng)前BIM技術(shù)在我國城市軌道交通工程中的應(yīng)用尚處于初期階段，BIM應(yīng)用深度不足，并且主要是階段性的。導(dǎo)致BIM技術(shù)的應(yīng)用價值難以完全體現(xiàn)。是我國城市軌道交通工程建設(shè)面臨的又一難題。

4 城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用建議

綜上所述， BIM技術(shù)在我國城市軌道交通工程應(yīng)用過程中仍存在諸多問題。為更好地推進(jìn)我國城市軌道交通建設(shè)，提出幾點應(yīng)用建議。一是建立健全BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提，政府和行業(yè)應(yīng)聯(lián)合推進(jìn)BIM標(biāo)準(zhǔn)化工作，完善我國城市軌道交通工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，形成統(tǒng)一的建模以及數(shù)據(jù)交換模式，實現(xiàn)BIM技術(shù)的廣泛協(xié)同應(yīng)用。二是構(gòu)建全生命周期信息管理平臺。城市軌道交通工程系統(tǒng)復(fù)雜，周期跨度長，要想實現(xiàn)其在各個環(huán)節(jié)的完整傳輸和有效擴展，必須建立高效的管理系統(tǒng)。應(yīng)在模型統(tǒng)一表達(dá)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多資源協(xié)同與優(yōu)化，實現(xiàn)全生命周期各階段數(shù)據(jù)的協(xié)同與高效管理。三是加強BIM技術(shù)的全生命周期應(yīng)用。BIM技術(shù)想要獲得最大的應(yīng)用優(yōu)勢，就必須實現(xiàn)BIM技術(shù)在整個項目的全過程應(yīng)用，實現(xiàn)工程全生命周期數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和共享，實現(xiàn)資源配置優(yōu)化、高效統(tǒng)一管理，從而減少成本消耗，提高建設(shè)效率。

5 結(jié)論

近年來，BIM技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的應(yīng)用效果。文章通過分析目前BIM技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)各個階段的應(yīng)用情況，認(rèn)為BIM技術(shù)城市軌道交通工程這類復(fù)雜工程中具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，同時也存在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不完善，缺乏高效的信息管理體系、全壽命周期應(yīng)用深度不足等問題，難以發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢，制約著城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展。因此，為進(jìn)一步發(fā)揮BIM技術(shù)在軌道交通中的作用，應(yīng)加快完善軌道交通工程的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的全生命周期信息管理平臺，同時加強BIM技術(shù)在城市軌道交通工程全生命周期的應(yīng)用，從而推動城市軌道交通建設(shè)深入高效發(fā)展。