城市軌道交通 BIM 一體化管理模式及應用

張 楠，周 君，王 保

（上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 200235）

1 引言

在國家交通強國建設和行業全面數字化轉型升級的大背景下，城市軌道交通在建設的各階段取得了眾多成果，全面數字化的關鍵點在于信息可以無障礙且準確地傳遞和表達，但“數據孤島”“兩層皮”的問題仍然很普遍。各階段、各專業之間建筑信息模型（BIM）的信息交互存在缺陷，數據信息交互不僅不夠直接，且數據不夠完整。

鑒于以上問題和現狀，上海市軌道交通14 號線采用基于BIM 技術的一體化管理模式，打通各階段、各專業BIM 模型之間的通道，實現數據的共享與協同。探索基于BIM 技術的管理新模式，助力城市軌道交通建設數字化轉型升級。

2 工程概況及特點

上海市軌道交通14 號線是一條橫跨城市東西方向的直徑線，是新一輪建設規劃中重要的市區級線路[1]。線路全長38.514 km，全部為地下線，共設地下車站31座，平均站間距1.273 km。該線路具有如下特點。

（1）建設環境復雜。工程線路穿越主城區，區間段及站點與現狀建筑物、軌道、橋梁、河道、管線、道路等的關系復雜，工程實施需充分考慮對現狀環境及設施的影響，制定合理的保護或拆遷措施。

（2）工程進度緊張。作為上海市重點建設項目，該工程自立項論證至全線施工并投入運營，整個建設周期的工程量巨大，但時間有限，進度緊張。

（3）質量要求高。該工程的質量水平受到社會各界的廣泛關注[2]，但由于城市軌道交通項目技術復雜，影響面大、周期長等特點，導致其質量管理工作難度很大。

（4）建設管理難度大。采用分階段、分專業、平行交叉承包模式，客觀上造成了工程的設計、施工、供貨、安裝等過程不能很好地搭接，難以形成系統接口，工程實施協調難度大。

（5）建設條件多變，工程變更頻繁。由于工程涉及的不確定因素多，外部條件變化無法預測，造成了工程設計、施工、設備及材料采購的變更頻繁，加大管理難度。

（6）運維管理壓力大[3-4]。14 號線為市區線，巨大的客運壓力對運維管理的系統性升級提出了較高的要求。

3 基于 BIM 技術的一體化管理

3.1 一體化管理技術路線

為保證工程的平穩推進，實現高質量、低成本、短周期的目標。工程自方案分析到建成交付的整個過程都采用了基于BIM 技術的一體化管理技術路線[5]。方案階段利用BIM 技術的輔助，精確分析周邊環境和限制因素；設計階段采用協同模式的試點三維正向設計，提高設計效率和精度；施工階段以三維模型交底的形式指導施工單位按模施工，監理單位依模監督[6]；運維階段，通過實際竣工的數字模型為運營管理提供數字化基礎。

建立線路級BIM 技術與應用管理體系，以確保一體化管理技術路線得以落實，如圖1 所示，包括BIM總體管理文件（項目策劃大綱、項目管理辦法、項目實施方案及各單位招標技術要求）、BIM 模型指導手冊、BIM 應用指導手冊[7]。

圖1 BIM 一體化管理技術路線

3.2 一體化管理平臺

城市軌道交通工程的BIM 數據量大，參與方多且地域分散。各相關方能在一個模型上高效、便捷、權責清晰地協同工作是落實BIM 一體化管理的重點[8-10]。

為應對跨地域跨部門協同工作的挑戰，工程基于Revit Server 進行平臺開發，使不同地理位置的項目參與方通過廣域網以共享方式在同一個Revit 模型上開展工作成為可能。

在設計階段，通過Revit Server 實現廣域網環境下跨階段、跨單位、跨專業的設計協同一體化。在設計交付階段，平臺通過模型凍結與解凍結，實現設計階段到施工階段的模型傳遞[11]，打破常規“兩層皮”管理壁壘，實現一模到底。

在施工階段，各單位仍通過Revit Server 實現廣域網環境下的施工深化。但由于施工階段承包模式的特殊性，平臺開發采用更嚴格的權限管理機制，使各單位僅能鏈接其工點相關專業模型，并且關閉其隨意下載、覆蓋已有模型的權限，模型的更新有連續、清晰的歷史記錄。

竣工交付階段，施工單位根據現場實測實量結果復核現有模型，并經監理單位、設計單位審核后，移到運維階段。所有提資、會簽、審核、歸檔流程均在線上平臺發起，保證了信息傳遞的唯一路徑。各階段模型管理流程如圖2 所示。

圖2 各階段模型管理流程圖

4 典型 BIM 技術應用

依托一體化管理技術路線及管理平臺，上海市軌道交通14 號線的全生命周期中廣泛運用了各項BIM 技術，如圖3 所示。文章就本線路中較有代表性的幾項應用進行介紹。

圖3 BIM 技術應用流程圖

4.1 市政管線綜合優化

建設過程中涉及雨污水、電力、通信、上水、燃氣等大量現狀市政管線的改遷或保護。其管綜優化方案應基于原設計資料、竣工圖紙、物探情況及特殊位置的精測結果，結合本工程區間段平縱布置、站點定位及基坑支護、場地特性、環境因素、交通導改等因素綜合考慮。但由于管綜資料缺失、探測誤差不可控、環境情況多變、信息孤島等原因，管綜方案通常難以得到足夠的優化，造成其在施工過程中變更較多，對工期和造價的影響較大。

14 號線工程在管綜優化階段引入BIM 技術，將所有相關的數據信息集成到一個平臺中。通過BIM 模型指導手冊要求各方統一軟件、坐標體系和模型表達，并規定了模型范圍及深度，如道路翻交模型不僅要體現各階段道路的變化，還要體現車站借地線、各階段施工圍擋線、道路綠化帶等要素。通過將孤立的管線模型、道路模型、場地模型、車站模型、圍護模型、區間模型等集成到一個平臺中，可視化完成管綜設計方案，如圖4所示，為設計階段管線方案的盡快決策提供幫助，同時也為施工人員了解全局情況提供便利，施工完成后形成的竣工模型可作為未來開發的第一手資料。

圖4 市政管線綜合模型

4.2 三維正向設計

城市軌道交通工程參建單位眾多、數據資產龐大、運營周期較長，傳統的BIM 翻模難以滿足工程精細化的需求。部分車站在設計階段應用了三維正向設計，各單位、各專業基于Revit Server 進行廣域網協同設計，實時在同一模型中反饋需求及變化。BIM 模型可直接用于有限元分析，數據信息能準確、直接地傳遞和交互，減少設計人員大量重復性工作，提高設計效率和準確性。

同時，研發了一系列參數化智能設計族和標記族。該樣板及族庫在本工程BIM 正向設計進行了廣泛應用，車站剖面圖及部分專業系統圖均采用配套出圖插件從模型直接導出，提高了出圖的效率和質量。

4.3 預留預埋 BIM 專冊

工程建設時，機電安裝作業通常在土建工程已大部分完工后才介入，如果土建的預留預埋存在錯漏，就經常導致安裝作業時的二次打鑿、穿孔。為確保施工現場預留孔洞的準確性，通過BIM 模型深化復核預留預埋，并從模型直接導出預留預埋專冊，提高其精度與深度，如圖5 所示。

圖5 預留預埋BIM 專冊

4.4 土建結構幾何尺寸智能化檢驗

采用三維激光掃描技術對車站建成的主體結構進行3D 掃描，將掃描得出的點云模型與土建施工圖模型進行參數化校核，如圖6 所示，檢查主體結構幾何尺寸施工質量，并創建實際幾何尺寸的土建竣工模型，用以輔助后期機電BIM 模型的施工深化。

圖6 三維激光掃描模型與BIM 模型對比檢驗圖

4.5 預制裝配式施工管理

以通風專業為例，傳統工藝中風管的現場安裝環節與工廠加工環節銜接性差，工廠加工的管件尺寸易出錯，運輸到現場后編碼無序，造成現場施工時高頻倒運，效率低下。采用BIM 技術進行風管預制裝配式施工管理。施工階段，基于設計三維模型深化設備層環控模型，由監理、設計、施工審核無誤后，直接由模型導出風管下料圖，如圖7 所示。工廠按圖生產，按圖編碼，按序配送，現場按圖施工，按圖檢驗，大大提高了工效，也提高了復合風管的施工質量。

圖7 預制裝配式施工管理

4.6 設施設備產品模型庫

依托BIM 平臺的信息收集與整合功能，聯合設備廠商、機電施工單位，搭建了設施設備產品模型庫[12]。每個設施設備產品包括幾何參數、技術參數、設備編碼等內容，模型精細到最小維護單元，使模型數據更加標準化。

模型庫匯總了13 個專業的500 余種設備產品類型，共計3 000 余個模型單元。其中，排熱風機模型如圖8所示。該模型庫作為數字資產的一部分，同步交付給后期運維平臺。

圖8 設施設備產品模型庫樣例圖

4.7 數字化運維管理

以竣工交付模型作為數字底座，疊加工單數據、資產數據等靜態信息以及設備運行狀態、空間定位數據等動態信息開發了基于BIM 技術的車站智慧運維平臺[13-15]。

該平臺包含設施設備管理、客運管理、站務管理、乘務管理、人員管理、專項管理等功能模塊，覆蓋了車站各類的日常維護工作，如圖9 所示為設備管理和客運管理界面。平臺分桌面端、網頁端和3 個移動端，桌面端服務于車控室人員，網頁端服務于運營公司管理人員，移動端服務于站內多職能巡視、委外單位維護維修人員以及全自動線路中的多職能列控人員。另外，平臺還接入了申通集團的各個既有系統數據，做到了車站級的運營信息一屏總覽、車站運營工作多端聯動。

圖9 數字化運維管理

5 結語

上海市軌道交通14 號線工程依托BIM 一體化技術路線和管理平臺，在工程建設的整個生命周期中擴寬了BIM 應用場景，增強了BIM 協作效果。

該技術路線解決了各參建方及相關方獨立運作、信息孤島的問題，有效提高設計方案合理性和圖紙精度，助力施工協調和質量管控，并為后期運維提供詳盡的信息流與數字底座，形成一套以業主為主導，多方共同參與的基于BIM“一模多用”的設計施工運維一體化管理模式，其可做為工程類項目數字化精細管理的探索方向。