基于城市軌道交通項目的BIM技術應用分析及實踐

■劉晉瑋

（太原軌道交通集團有限公司，山西 太原 030002）

城市軌道交通系統是一個巨大的綜合性復雜系統，從設計建造開始到實際運營階段，既是物質生產過程，也是信息產生、處理、傳播和使用的過程，要求業主、設計、施工、監理等多個項目工程參與方相互溝通、協調、合作，方能完成[1]。其傳統的項目管理模式組織復雜、信息傳遞效率低、管理難度高，“組織隔離”“信息孤立”等問題屢見不鮮。BIM技術作為一種新興的數字化項目管理手段，可以在一定程度上較好地解決上述問題，已被越來越多的城市軌道交通項目管理人員采納，但現階段,BIM技術本身仍存在個別難點、痛點，妨礙了BIM 技術的大規模應用和發展。

本文以太原地鐵2 號線以運營為導向的BIM 技術應用項目為例，列舉了針對當前BIM技術應用的難點、痛點，提出了的幾點舉措，較為全面地介紹了BIM 技術在城市軌道交通項目中的應用實踐過程和經驗方法。

一、BIM技術應用難點

當前在各大企業應用BIM 技術的過程中所遇到的困境難題究其原因可以劃分以下為兩點。

一是建模效率低。BIM技術應用應是建筑信息傳輸和共享的過程，這一過程貫穿建筑的整個生命周期，不同利益相關方通過BIM技術插入、提取、更新和修改信息，以支持和反應其各自職責的協同作業。但目前國內地鐵項目的BIM 應用管理模式主要聚焦于建設過程的主要參建方基于其自身需求的分散式應用，這種模式受制于參建方的BIM技術應用能力和經驗的參差不齊、缺乏統一的應用標準，提交的模型格式、精度、兼容性大相徑庭，同時各參建方孤軍奮戰，信息壁壘嚴重，BIM技術應用難以協同，導致業主監管困難，建模效率低下。

二是產出價值小。首先，BIM技術普遍在建設期的靜態數據、運營期的動態數據流失嚴重，許多有價值的數據被忽略，集成應用程度低；其次，目前國內建筑行業應用的BIM 技術應用軟件半數以上都停留在單項技術問題解決、提供單項使用功能的水準上，在應用中存在信息交流困難、產業上下游割裂、商業模式不清晰等重大瓶頸問題；最后，當前利用模型進行可視化的應用多，利用信息進行深入應用的少，施工技術應用多，企業和項目管理應用少，企業應用BIM技術普遍初始投入比較大，增量成本在預算中不能體現[2]，使得最終BIM技術產出的數據價值遠低于投入的成本和其本身能夠帶來的價值，數字資產未被充分挖掘。

二、主要實踐做法

地鐵項目與民用建筑或一般的市政建設項目相比，總體上具有站點多、線路長、覆蓋面廣、投資規模大、建設周期長的特點。另外，地鐵項目機電系統復雜，設備繁多，建設過程和運營管理風險高，對運營維護過程提出了很高的要求。在國家宏觀政策倡導和支持大背景下，地鐵建設全過程應用BIM 技術的必要性和緊迫性非常明顯，并在一些大型城市地鐵項目建設的實踐中產生了示范性效果。太原軌道交通集團在廣泛調研總結之后，以設計、施工、運維過程中的BIM 技術模型數據和過程管理信息為支撐，結合智能運營技術和管理方法，在業內提出“以運營為導向的軌道交通全生命周期BIM技術研發及應用”（以下簡稱“太原地鐵項目”），以太原地鐵2號線為平臺，實施BIM技術應用，利用BIM技術來輔助軌道交通建設及運營，使其更好地服務于市民。同時，在過程中提出下列舉措，較好地解決了上述傳統難題。

（一）針對“建模效率低”的舉措

1.創新組織模式

由于以運營為導向的BIM 技術應用在本質上是設施設備級的精細化管理，而精細化管理需要投入遠超常規的數據準備、數據采集及數據處理與分析的人力、物力與財力，且更需要有與精細化管理相匹配的團隊和組織管理方法。太原地鐵項目采用“業主方牽頭、BIM技術中心組織實施、各參與方協同”的應用管理模式。在這種模式下，業主方創建BIM技術創新應用中心，并委托其進行BIM技術應用的總體規劃和管理，制訂BIM技術實施標準和BIM技術應用實施方案，在統一的BIM應用管理平臺和機制下實施以運維為導向的BIM應用管理。

在這種管理模式下，基于BIM技術可視化、集成性、模擬性等特征，太原地鐵項目嘗試應用“交互集成辦公模式”，即“IROOM——Interactive&Integrated Room”對項目進行管理，其總體定位為交互集成辦公空間。參與項目的業主、咨詢方及各參建單位需要派駐相關人員赴IROOM辦公，持續時間隨本單位任務及性質而定，而IROOM為各單位提供開放式辦公場地和圖形工作站，供項目參與方人員開展相關的BIM 技術建模及其他應用工作。各參與單位線上協同工作，線下實時交流，打破溝通壁壘，提高信息流通效率。

2.建全標準體系

在城市軌道交通項目中，BIM技術應用系列標準作為集信息集成、共享和協作為一體的基準線，能夠引導BIM技術在城市軌道交通項目中應用，是BIM技術實現的前提。因此，太原地鐵項目啟動了城市軌道交通建筑信息模型系列企業標準的編制工作，以促進軌道交通工程信息在項目全生命周期的有效利用，包括《城市軌道交通建筑信息模型全生命期應用標準》《城市軌道交通設施設備分類與編碼標準》、《城市軌道交通建筑信息模型建模標準》《城市軌道交通建筑信息模型數字化交付標準》等，分類編碼覆蓋了2578 項山西省城市軌道交通常見設施設備，詳細規定了27120 項建模準則，規定了所有設施設備模型均應具備的7 類33 種通用屬性信息、常見工程對象應具備的4815 項特殊屬性信息，規定了14 種線網級交付關聯資料、382 種區域級交付關聯資料、26964 項設備級交付關聯資料。目前，上述標準已升級為山西省地方標準。

3.提供樣板示范

對新技術的不斷探索要求在全面推廣之前以試點的方式進行技術驗證和優化，同時需要一個實施效率極高、模型質量極高、對全生命周期BIM技術應用理解深刻的團隊為其他標段團隊提前提供樣板示范。

太原地鐵項目根據實際情況，確定以大南門站及其北側區間為樣板，依托數字化竣工交付原型平臺，開展BIM技術數字化竣工交付相關的全專業建模、運營所需屬性的維護、運營相關現場實景照片采集維護及運營相關工程文檔資料的采集維護工作，以進一步驗證分類編碼標準和建模標準的可實施性，并優化數字化交付平臺的功能，指導竣工交付標準的編制。

4.培訓技術支持

項目實施過程中，BIM技術總體單位需要為業主和各參建單位完成BIM技能的標準化建設培訓工作，以增強各階段、各單位分散BIM 技術應用的效益，提高模型建設質量，加快項目推進速度，起到認識提升和技能提升的作用。

在太原地鐵項目中，BIM技術創新應用中心面向業主全員開展了240 人次、共9 期35 課時的BIM技術知識技能培訓；先后邀請了20 余名國內頂尖專家和知名企業家前往太原開展公共講座；舉辦“太原軌道交通BIM技術創新應用高端論壇”，邀請了BIM技術領域權威專家進行交流研討；面向設計單位、施工單位、設備供應商、車輛廠商、運營單位管理層和操作層，就標準體系、建模、模型應用、數字化交付、平臺管理開展20 余次線上線下培訓及標準宣貫會，幫助項目參與方各團隊提高技術水平，增強流程和成果的標準化能力。

5.質量控制體系

太原地鐵項目編制了《數字化交付總體實施方案》《數字化交付實施工作界面劃分》《數字化交付質量考核辦法》《車站機電數字化交付管理辦法》《現場影像資料采集管理辦法》等24 冊配套管理辦法和實施手冊，為BIM技術應用質量提供全方位、全流程的規定與考核依據。

同時，建立了全方位、全要素、全過程的質量管理體系，從模型創建到歸檔，需要依次經過圖紙問題反饋、設計回復、現場踏勘、施工單位現場一致性核對、BIM技術中心現場一致性核對、內部審核、二次審核、驗收、貫通復測等嚴格、復雜的流程，在機電施工單位進場前，還利用三維點云掃描等技術手段對土建模型進行精確地校準，人工審查、自動化審查相結合，入庫全面檢查與可疑項抽查相結合，確保模型質量符合甚至高于規定要求。

6.應用效果評價

太原地鐵項目建立全過程問題跟蹤體系及各階段BIM 技術應用點評價考核體系，將落實應用效果、模型質量審核、模型應用、應用效果考核、效果評價打分、優化建議各環節形成閉環，確保各BIM技術應用點發揮預期的效果，為建設單位最大化BIM技術投資效益。其中，應用效果評價內容包括合同金額、BIM 應用組織結構、管理制度等組織支持內容；模型精細度、數據信息交換和共享程度、BIM 技術功能應用深度、BIM 技術標準執行度等技術內容；高層認可度、BIM技術團隊人員及證照、軟硬件支持度、參與項目協助配合程度等資源支持內容；利用BIM技術解決項目管理問題的深度等項目管理內容。

（二）針對“產出價值小”的舉措

1.數字化交付整體解決方案

太原地鐵項目開展基于BIM 技術的數字化竣工交付，開發了數字化交付管理平臺，用于指導建模，建模過程的協同管理，交付模型、屬性、文檔、影像資料，成果檢查驗收和成果導出到運維管理系統。其用戶為業主、BIM技術中心及所有項目參建方，以模型為中心實現多元數據集成，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，是太原地鐵BIM技術應用中交付數字資產的通道，也是對項目全生命期產生的數字資產的整合，是利用BIM技術優化組織管理的工具。

有別于傳統BIM技術項目實施后由設計方、咨詢方交付BIM技術模型，太原地鐵項目數字化交付管理平臺中的交付物，特指城市軌道交通工程的虛擬數字化工程，其虛擬數字化的含義不僅包括模型文件，而且包括設計、施工至運營全過程中產生的虛擬設施設備、設施設備相關的參數數據、設施設備相關現場影像資料、設施設備相關的竣工檔案資料等，交付物種類齊全、內容豐富，且包含傳統BIM技術交付無法收集的隱蔽工程影像資料，交付的范圍超出了狹義BIM技術的范疇[3]。并實現了PC 端、WEB 端、移動端全平臺覆蓋，除了全功能的PC 端軟件可以滿足交付流程中各種功能需求，輕量化的WEB 端和更靈活的移動端為現場實施人員提供了易用的交付方式，也為施工全過程收集影像、報批文件等資料提供了可能。

數字化交付平臺擁有超500 位用戶，包括建設單位、BIM 技術總體管理單位、設計單位、施工單位、監理單位、設備廠商等；擁有超300 萬個模型構件，涵蓋全線所有車站、區間、車輛基地、變電站的所有專業；上傳超2億條屬性信息，利用模型集成整合設計參數、設備制造、施工安裝、運營維護等信息；收集超2 萬份建設期影像資料；超32 萬份關聯文檔資料；超350G 的數據庫規模；進行超7 萬次審核。

2.全生命周期系統解決方案

太原地鐵項目采用“研究先行、標準引導、局部試點、全局推廣”的總體方針，研制出一套符合項目實際的全生命周期系統解決方案，除了傳統的解決設計、施工階段割裂的BIM技術應用點，項目統一了軟硬件和各項標準、協議，在方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段、施工準備階段、施工實施階段、運維階段均設置了科學合理的應用點，充分利用模型的承載、傳遞能力，將信息在各個階段發揮作用。在運營階段，項目開發了運營管理平臺，打通與交付管理平臺的數據通道，根據運營實際需要，將設施設備和其他地鐵運營系統采集的動態數據，與經過交付管理平臺整合的靜態數據有機集成，為BIM技術下一步推廣提供數據基礎和空間。同時，運營管理平臺是獲取運維管理所需數據的便捷手段，也是企業優化組織管理的工具，與數字化交付平臺共同促進太原地鐵數字資產流轉、保存、利用，以規范的流程和清晰便捷的使用方式提高相關實施人員的專業素質和工作效率。以下列舉介紹運營階段的部分高價值應用。

（1）維修管理

全流程閉環跟蹤：故障觸發、維修任務發起、維修任務指派、備品備件取用、維修過程記錄、任務完畢全流程跟蹤。

維修資料查詢：快速定位故障點，獲取歷史運行數據，查詢關聯文檔資料或委外維修單位信息。

備品備件管理：跟蹤備品備件取用情況，庫存預警。

（2）應急管理

全流程閉環跟蹤：應急處置培訓、應急事件觸發、應急處置過程記錄、應急事件解除、處置結果評估全流程跟蹤。

應急預案推送：根據應急事件自動觸發預案，向相關人員推送應急處置指令。

輔助決策：可視化展示現場各傳感器、監控設備實時數據，靈活調用現場實時影像，輔助預案外的應急處置決策。

（3）能耗管理

實時展示：動態監測建筑內能耗數據，以可視化形式直觀顯示。

統計分析：支持自定義、可配置的能耗統計分析，通過樓層或系統的切換，可橫向對比樓層、樓層內房間的能耗，幫助運營管理人員多維度地掌握能耗情況。

優化建議：提供對建筑的設備運行用電量、用水量和用冷量等多維度的能耗計報表，提供優化建議，輔助決策。

三、結語

傳統的城市軌道交通項目管理模式組織復雜、信息傳遞效率低、管理難度高，應用BIM 技術可以在一定程度上解決此類問題，但現階段BIM技術本身存在的個別難點、痛點使其應用效果不佳，妨礙了其大規模應用。太原地鐵項目通過對其難點痛點進行分析，提出了一系列對應舉措和解決方案，通過創新組織模式、建全標準體系、提供樣板示范、培訓技術支持、質量控制體系、應用效果評價、推出數字化交付整體解決方案及全生命周期系統解決方案等舉措，很大程度上提升了BIM技術在城市軌道交通項目中的應用效果，進一步推動BIM技術在城市軌道交通領域繁榮發展。