基于BIM技術(shù)的城市軌道交通數(shù)字化管理平臺應(yīng)用研究

■張佳麗

（太原軌道交通集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002）

城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)線路長、時(shí)間跨度大、工期緊、沿線外部接口繁多、地下及地上作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、施工空間小，專業(yè)交叉復(fù)雜、參與方眾多，被認(rèn)為是高風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)工程，所以對各專業(yè)間的協(xié)同作業(yè)、信息共享有著很高的要求。傳統(tǒng)管理模式下，各個(gè)階段相互獨(dú)立，流程割裂，各專業(yè)信息傳遞不暢，交付信息不匹配，缺乏從全生命周期角度對項(xiàng)目總體目標(biāo)進(jìn)行把控，極易造成建設(shè)目標(biāo)與運(yùn)營目標(biāo)脫節(jié)。

作為一項(xiàng)強(qiáng)調(diào)對工程項(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)，建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術(shù)已被廣泛視為解決上述問題的關(guān)鍵。基于BIM技術(shù)的城市軌道交通集成化管理模式，通過搭建平臺將信息的創(chuàng)建、共享和管理集成在一個(gè)系統(tǒng)里，使工程建設(shè)的信息在各個(gè)環(huán)節(jié)和組織之間能夠共享，各階段表達(dá)的信息能夠準(zhǔn)確得傳遞到下游，多專業(yè)的、自動化的信息集成能夠支持對工程進(jìn)行可持續(xù)化設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化和模擬。從沒有實(shí)質(zhì)聯(lián)系的數(shù)據(jù)孤島到能夠彼此相關(guān)聯(lián)的、有價(jià)值的數(shù)據(jù),進(jìn)一步理解，BIM技術(shù)提供了一種整合的信息基礎(chǔ)，數(shù)字化管理平臺提供集成合作的方式，各組織之間是協(xié)同合作，以提高項(xiàng)目管理的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化[1]。

一、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目以太原軌道交通2 號線一期項(xiàng)目作為案例。2 號線一期工程線路全長23.647 km，車站23 座，全部為地下站，其中換乘站7 座，平均站間距1.028 km，已于2020 年12 月26 日正式開通運(yùn)營。本項(xiàng)目采用PPP 模式，運(yùn)營公司介入較晚，不具備EPC 總承包模式的優(yōu)勢。整個(gè)項(xiàng)目參與的設(shè)計(jì)方超過14 家、施工方超過15 家、監(jiān)理單位超過11 家，設(shè)備廠商及技術(shù)管理人員眾多，涉及眾多專業(yè)和系統(tǒng)。全過程采用基于BIM技術(shù)的以運(yùn)營為導(dǎo)向的全生命周期集成化管理模式。

二、建設(shè)目標(biāo)

彌補(bǔ)傳統(tǒng)城市軌道交通項(xiàng)目管理模式下組織結(jié)構(gòu)不靈活、協(xié)調(diào)難度大等不足，改善各參與方的組織方式和工作流程，從本質(zhì)上優(yōu)化建設(shè)工程項(xiàng)目全生命周期過程中的各種冗余和非增值的活動，減少人力成本和時(shí)間成本。

完成建設(shè)項(xiàng)目全生命周期信息的收集、儲存、傳輸、加工、更新和維護(hù)，獲取及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的有效信息，實(shí)現(xiàn)資源整合與共享，輔助業(yè)務(wù)開展和科學(xué)管控。

借助直觀可視化效果和參數(shù)化動態(tài)模擬功能快速掌握各系統(tǒng)運(yùn)行情況、歷史維護(hù)情況等運(yùn)營期所需信息，實(shí)現(xiàn)空間定位、信息查詢、三維監(jiān)控、巡檢維修、應(yīng)急事件處置等功能，輔助運(yùn)營及維護(hù)管理人員進(jìn)行科學(xué)決策。

三、建設(shè)理念

信息集成管理是智慧城軌全過程集成管理的基礎(chǔ)，基于BIM的數(shù)字化平臺搭建是集成管理的核心，數(shù)字化管理平臺實(shí)現(xiàn)了線上協(xié)同辦公，改變了現(xiàn)有的分階段管理方式，其理念和實(shí)施模式是對現(xiàn)有城市軌道交通建設(shè)流程的再造。城市軌道交通參與專業(yè)多達(dá)30 個(gè)以上，專業(yè)間數(shù)據(jù)銜接工作繁重，急需統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理集成平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與對接。

建設(shè)數(shù)字化集成管理平臺從協(xié)同及數(shù)據(jù)共享與交換的角度出發(fā)，重點(diǎn)解決建設(shè)過程中各專業(yè)各自為政的現(xiàn)狀。通過建設(shè)一個(gè)兼容多種數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)平臺，將各專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集成于同一數(shù)字模型，實(shí)時(shí)協(xié)同、可視化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、成果三維可視、信息溝通準(zhǔn)確順暢。通過標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化的設(shè)定，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)探索計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行設(shè)計(jì)符合性審查[2]。

通過搭建數(shù)字化交付平臺和運(yùn)營管理平臺實(shí)現(xiàn)信息集成管理。通過建立數(shù)字化竣工交付管理平臺，設(shè)置平臺ID 權(quán)限及管理體系，推動項(xiàng)目建設(shè)階段的設(shè)計(jì)成果現(xiàn)場實(shí)施，運(yùn)營需求同步推進(jìn)，在平臺中模型建設(shè)（虛擬世界）與實(shí)體工程（現(xiàn)實(shí)世界）信息無邊界交互，實(shí)現(xiàn)了隨點(diǎn)隨看的數(shù)字化信息查詢功能，提升了資料信息查詢的效率，發(fā)揮了信息集成成果的最大價(jià)值。

四、平臺應(yīng)用案例

太原市軌道交通2 號線BIM技術(shù)應(yīng)用共建設(shè)兩套BIM技術(shù)應(yīng)用平臺，分別是數(shù)字化交付管理平臺和基于BIM技術(shù)的軌道交通運(yùn)維管理平臺。數(shù)字化交付管理平臺為BIM技術(shù)建模成果交付的管理工具類平臺，用于竣工階段設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理各方交付BIM模型、屬性、文檔、影像等靜態(tài)數(shù)據(jù)；BIM技術(shù)運(yùn)維管理平臺是本項(xiàng)目應(yīng)用規(guī)劃及應(yīng)用點(diǎn)落地實(shí)現(xiàn)的工具與載體，整合并應(yīng)用軌道交通各運(yùn)營系統(tǒng)采集的動態(tài)數(shù)據(jù)。通過這兩套平臺的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用所需建設(shè)期信息的收集、匯聚與傳遞，以及運(yùn)營階段BIM技術(shù)的各項(xiàng)應(yīng)用。

（一）基于BIM技術(shù)的城市軌道交通數(shù)字化交付平臺

1.平臺概述

數(shù)字化交付管理平臺是基于BIM技術(shù)的數(shù)字化成果交付管理工具類平臺，用于指導(dǎo)竣工交付過程中的協(xié)同管理。通過該平臺，可將業(yè)主、BIM技術(shù)咨詢單位及施工單位、設(shè)計(jì)單位、設(shè)備廠商等項(xiàng)目參建方的管理和技術(shù)人員匯集在同一平臺進(jìn)行協(xié)同辦公。通過“三端一云”模式和輕量化技術(shù)，收集各階段模型、屬性、文檔檔案及現(xiàn)場實(shí)景照片等資料，通過上傳、下載、瀏覽、審核、關(guān)聯(lián)和維護(hù)等操作，集成2 號線全生命周期完整的靜態(tài)數(shù)據(jù)，建立了基礎(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了以工程實(shí)體為核心的信息管理和智能鏈接;同時(shí)作為建設(shè)階段和運(yùn)營階段信息傳遞的橋梁，將建設(shè)期的靜態(tài)數(shù)據(jù)信息有效傳遞至運(yùn)營管理平臺，打通設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維階段之間的數(shù)據(jù)流，解決了傳統(tǒng)竣工交付模式存在的信息損失和低效銜接的問題，為城市軌道交通運(yùn)營階段智能化管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[3]，交付平臺搭建框架，見圖1。

圖1 交付平臺搭建框架

2.平臺功能

平臺主要包括以下功能：模型管理、屬性管理、文檔管理、移動端采集、數(shù)字化信息查詢、審查驗(yàn)收與交付管理等。

（1）模型管理

模型管理負(fù)責(zé)從Revit 等核心建模軟件向交付平臺傳送模型的幾何信息和屬性信息，并提供基本的模型查看功能，上傳后，移動端可即時(shí)收到通知。模型查看可實(shí)現(xiàn)自定義漫游路徑、自由切換視角、各專業(yè)自動合模等功能，數(shù)字化交付平臺主界面和數(shù)字化交付平臺模型管理界面見圖2 和圖3。

圖2 數(shù)字化交付平臺主界面

（2）屬性管理

雖然通過模型管理可以將模型文件相關(guān)的全部屬性信息上傳到平臺數(shù)據(jù)庫，但仍有大量屬性信息不適合在模型中直接維護(hù)。因此，在平臺端需要提供必要的屬性維護(hù)或表格導(dǎo)入功能，在Revit 插件端也可提供屬性的快速維護(hù)功能。

（3）文檔管理

平臺向各參建方即用戶提供文檔目錄組織、授權(quán)，通過文檔掛接上傳，文檔關(guān)聯(lián)模型等操作，完成現(xiàn)場實(shí)景照片、文檔、檔案等文檔資料的管理與共享。

（4）移動端采集

移動端采集用于收集施工過程中現(xiàn)場實(shí)景照片，這些實(shí)景照片包括現(xiàn)場完工情況、隱蔽工程及施工缺陷相關(guān)情況，依靠移動端在施工現(xiàn)場及時(shí)采集，數(shù)字化交付平臺移動端界面，見圖4。

圖4 數(shù)字化交付平臺移動端界面

（5）數(shù)字化信息查詢

通過模型管理、屬性管理、文檔管理和移動端采集相關(guān)功能，即可實(shí)現(xiàn)通過三維階段查看模型相關(guān)的數(shù)字化信息，做到隨點(diǎn)隨看，極大地提升資料信息查詢的效率，數(shù)字化信息查詢界面，見圖5。

圖5 數(shù)字化信息查詢界面

（6）審查驗(yàn)收

平臺需提供各個(gè)環(huán)節(jié)的審查、驗(yàn)收功能，包括模型提交后的審查及問題反饋，資料上傳后的審查及問題反饋，使用移動端到現(xiàn)場做實(shí)地檢查核對，直接在移動端上查看模型、查看模型相關(guān)的屬性及文檔信息。

（7）交付管理

將屬性、文檔資料及現(xiàn)場實(shí)景上傳平臺，并與模型關(guān)聯(lián)后，即具備交付基礎(chǔ)，通過API 方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的一鍵交付，直接導(dǎo)入運(yùn)維平臺后臺，也可以通過導(dǎo)出并部署到本地服務(wù)器的數(shù)字化資產(chǎn)可視化查詢系統(tǒng)，完成數(shù)字化資產(chǎn)的軟件交付。

（二）基于BIM技術(shù)的城市軌道交通運(yùn)營管理平臺

1.平臺概述

基于BIM技術(shù)的運(yùn)營管理平臺是將建設(shè)期BIM實(shí)施成果應(yīng)用于軌道交通運(yùn)營階段的載體，結(jié)合模型實(shí)現(xiàn)了對工程結(jié)構(gòu)、設(shè)施、設(shè)備的可視化三維展示。其用戶包括業(yè)主、線路運(yùn)營單位等相關(guān)單位。通過連接和標(biāo)識運(yùn)維過程中設(shè)施設(shè)備的屬性信息，將設(shè)備運(yùn)行情況及維養(yǎng)信息進(jìn)行記錄、整合、分析，為結(jié)構(gòu)、設(shè)施、設(shè)備的維修提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)設(shè)施、設(shè)備養(yǎng)護(hù)行為的數(shù)據(jù)挖掘和智能跟蹤，為運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)管理人員提供信息查詢、三維監(jiān)控、巡檢維修、應(yīng)急事件處置跟蹤、輔助決策等應(yīng)用支持，協(xié)助運(yùn)營部門進(jìn)行運(yùn)營管控和精細(xì)化管理[4]，運(yùn)營管理平臺主界面，見圖6。

2.平臺功能

（1）模型管理

提供基本的模型查看功能，滿足運(yùn)營需要的模型幾何信息、屬性信息、視點(diǎn)信息、自動漫游路徑信息和關(guān)聯(lián)的文檔資料信息。及其他如視點(diǎn)自由切換視角、問題標(biāo)注、自定義路徑漫游、剖面和測距等相關(guān)功能，見圖7。

圖7 運(yùn)營管理平臺模型管理界面

與數(shù)字化交付平臺不同，運(yùn)營管理平臺模型查看的方式主要包括以下幾個(gè)方面。

按空間查看模型：即按空間網(wǎng)格劃分的樹狀結(jié)構(gòu)逐層查看對應(yīng)的模型，以方便用戶快速定位到相關(guān)空間位置。

按設(shè)施設(shè)備編碼查看模型：即按設(shè)施設(shè)備編碼代表的多層（或簡化為三層）樹狀結(jié)構(gòu)逐層查看對應(yīng)的模型，以方便用戶從設(shè)施設(shè)備分類的角度快速定位到具體的模型。

按專業(yè)/工作集查看模型：即按專業(yè)或工作及檢索查看對應(yīng)的系統(tǒng)模型。

按圖紙查看模型：即按圖紙目錄逐級查看對應(yīng)的模型。

（2）設(shè)施設(shè)備管理

設(shè)施設(shè)備管理用于維護(hù)設(shè)施設(shè)備臺賬，包括從數(shù)字化竣工交付平臺轉(zhuǎn)移的靜態(tài)信息、運(yùn)營期各類動態(tài)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)及歷次的故障維修信息，見圖8。

圖8 設(shè)施設(shè)備管理界面

功能模塊包含：支持設(shè)施設(shè)備導(dǎo)出、支持設(shè)施設(shè)備按組過濾查看、設(shè)備設(shè)施查看關(guān)聯(lián)屬性信息、資料文檔、巡養(yǎng)/維修記錄及對應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）備品備件管理

與設(shè)施設(shè)備管理相同，備品備件管理主要用于管理運(yùn)營期儲藏在各級倉庫內(nèi)的備品備件，是后續(xù)養(yǎng)護(hù)維修的主要資源。

功能模塊包含：備品備件進(jìn)出庫管理、備品備件進(jìn)出庫記錄、備品備件預(yù)警提示。

（4）站點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)管理

站點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)管理包含站點(diǎn)客流統(tǒng)計(jì)、站點(diǎn)客流預(yù)測、故障上報(bào)監(jiān)測、站點(diǎn)視頻監(jiān)控、列車到站情況、維修進(jìn)度監(jiān)測、氣象災(zāi)害播報(bào)、應(yīng)急事件預(yù)警等。

（5）地鐵總體運(yùn)行狀況模擬

地鐵總體運(yùn)行狀況模擬以GIS+BIM技術(shù)為底層，整合全線信號、全自動駕駛、養(yǎng)護(hù)維修相關(guān)的動態(tài)數(shù)據(jù)，在全線區(qū)間、車站模型上實(shí)時(shí)展示地鐵線路區(qū)間的通行及維護(hù)狀況、地鐵車輛的運(yùn)行及維護(hù)狀況、地鐵車站的客流、運(yùn)行及維護(hù)狀況，實(shí)現(xiàn)全線路、全天候狀態(tài)模擬沙盤的效果，用以實(shí)時(shí)了解全線運(yùn)行和養(yǎng)護(hù)維修狀況。

（6）設(shè)施設(shè)備技術(shù)狀況模擬

設(shè)施設(shè)備技術(shù)狀況模擬整合PHM中設(shè)施相關(guān)的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括設(shè)施的巡檢、定期檢測、傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測及設(shè)施技術(shù)狀況評價(jià)結(jié)果，在全線設(shè)施模型上，分級展示設(shè)施的最新技術(shù)狀況，實(shí)現(xiàn)對全線設(shè)施狀況的模擬沙盤效果，用以實(shí)時(shí)了解設(shè)施技術(shù)狀況、存在的缺陷及其修復(fù)狀態(tài)。

一般情況 73例AS患者，活動組43例，平均年齡(27.3±13.8)歲；穩(wěn)定組30例，平均年齡(29.9±12.9)歲。活動組及穩(wěn)定組年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.06，P>0.05)。

（7）計(jì)劃與工單管理

計(jì)劃與工單管理是運(yùn)營期巡檢、養(yǎng)護(hù)及維修等各類工作的任務(wù)管理工作，是驅(qū)動巡檢維護(hù)工作的基礎(chǔ)。利用設(shè)施設(shè)備相關(guān)的廠家信息、施工時(shí)間信息、保修信息、歷次維修養(yǎng)護(hù)信息等，按計(jì)劃的各種來源，通過模型進(jìn)行合理的待檢查、養(yǎng)護(hù)、維修的設(shè)施設(shè)備及其分布位置的提醒，輔助半自動生成相關(guān)的計(jì)劃，并通過人工或半自動方式分配形成相關(guān)的工單，配合移動端相關(guān)工單管理功能，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)人員通過移動端接收工單任務(wù)，指導(dǎo)現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)工作，收集現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題，流轉(zhuǎn)工單等功能。

（8）巡養(yǎng)管理

巡養(yǎng)管理支持巡養(yǎng)計(jì)劃管理、巡養(yǎng)工單查詢、工單關(guān)聯(lián)設(shè)備查看、設(shè)備關(guān)聯(lián)信息查看、臨近保養(yǎng)預(yù)警。功能模塊包含：創(chuàng)建巡養(yǎng)工單計(jì)劃、查詢計(jì)劃工單及工單執(zhí)行狀況、臨近巡養(yǎng)設(shè)備提醒，見圖9。

圖9 巡養(yǎng)管理界面

（9）維修管理

維修管理是針對發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障及設(shè)施缺陷的維修工作，維修管理由維修工單驅(qū)動，通過移動端實(shí)現(xiàn)相關(guān)的輔助維修功能，包括AR 巡檢功能，輔助在現(xiàn)場查看隱蔽工程、設(shè)施設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、技術(shù)狀況及上報(bào)維修相關(guān)問題等，見圖10。維修信息將通過BIM技術(shù)模型進(jìn)行直觀的展示。

圖10 維修管理界面

（10）培訓(xùn)交底管理

培訓(xùn)交底管理基于培訓(xùn)交底課件實(shí)現(xiàn)，在平臺中以知識庫的形式維護(hù)相關(guān)的成果，并通過實(shí)現(xiàn)其在Web端、移動端的在線訪問與播放，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)交底業(yè)務(wù)。

（11）應(yīng)急事件管理

應(yīng)急事件管理包含應(yīng)急事件觸發(fā)、手機(jī)端事件通知、現(xiàn)場實(shí)況反饋、顯示應(yīng)急事件模擬課件、相關(guān)資料等功能。通過上述方式，形成運(yùn)行相關(guān)的完整事件庫，為后續(xù)分類匯總分析提供數(shù)據(jù)支撐。

五、結(jié)語

BIM 技術(shù)應(yīng)用是提升城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營管理能力，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通智慧化的必然趨勢。搭建基于BIM技術(shù)的數(shù)字化管理平臺，充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的信息管理優(yōu)勢、打破了傳統(tǒng)軌道交通項(xiàng)目管理模式下參與單位協(xié)調(diào)難度大、信息碎片化和各階段割裂的局面，實(shí)現(xiàn)了對城市軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息、組織和過程集成化管理，促進(jìn)城市軌道交通項(xiàng)目整體價(jià)值和功能的提升。