■ 王玉澤

BIM技術(shù)在軌道交通的應(yīng)用探討

■ 王玉澤

隨著鐵路設(shè)計的快速推進(jìn)，如何保證設(shè)計、施工的質(zhì)量以及今后的軌道交通的運維安全是目前軌道交通各方面相關(guān)人員迫切關(guān)心的問題。在建筑行業(yè)，隨著BIM技術(shù)的迅速發(fā)展，解決了建筑行業(yè)諸多問題，鐵總也在大力推廣BIM技術(shù)，由此，在軌道交通領(lǐng)域引入BIM技術(shù)成為必然。詳細(xì)討論BIM技術(shù)在軌道交通規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維階段的應(yīng)用情況及在應(yīng)用過程中需要注意的問題，重點闡述BIM技術(shù)在軌道交通全生命周期應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)要點，即大數(shù)據(jù)管理、BIM技術(shù)與GIS相結(jié)合、軌道交通BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。

BIM；軌道交通；全生命周期；大數(shù)據(jù)；規(guī)劃階段；設(shè)計階段；施工階段；運維階段

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的加快，以及城市交通問題的日益突出，目前我國已經(jīng)進(jìn)入城市軌道交通快速發(fā)展期。在地鐵建設(shè)方面，主要有北京、上海、天津、廣州、長春、重慶、武漢、深圳、南京等開通了城市軌道交通線路，全國48個百萬人口以上的城市中，有超過30個開展了城市軌道交通的相關(guān)工作。同時，城市間高鐵、城市圈之間的城鐵等的建設(shè)也在加速進(jìn)行。特別是近年來，鐵路投資力度加大，鐵路建設(shè)的步伐大幅提速，接踵而來的軌道交通設(shè)計、施工質(zhì)量等是迫切需要解決的問題。

軌道交通工程是巨大的、綜合性的復(fù)雜系統(tǒng)，其投資額巨大，建設(shè)周期長，參與方在項目中的不確定性比較高，對軌道交通的管理難，在整個軌道交通生命周期中產(chǎn)生的信息量大且復(fù)雜、形式多樣、信息流通不暢，普遍存在“信息孤島”的現(xiàn)象，因此導(dǎo)致軌道交通的管理水平和管理效率低下，建設(shè)質(zhì)量也無法得到保障。而在建筑領(lǐng)域，應(yīng)用BIM技術(shù)解決了在設(shè)計、施工、運維以及管理等方面的諸多問題。將BIM技術(shù)應(yīng)用到軌道交通領(lǐng)域成為必然。但是在應(yīng)用的過程中發(fā)現(xiàn)，推行BIM技術(shù)比較困難，具體體現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）割裂的行業(yè)結(jié)構(gòu)：軌道交通涉及的專業(yè)多，參與人員相對較多，導(dǎo)致專業(yè)接口多，管理復(fù)雜化，信息很難在整個項目中形成閉環(huán)，信息流失嚴(yán)重，造成重復(fù)和浪費。

（2）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善，沒有對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，信息無法集成。

（3）對軌道交通信息化管理的認(rèn)識不夠，導(dǎo)致推動壓力大。

（4）BIM人才匱乏，特別是軌道交通行業(yè)需要復(fù)合型人才。

（5）政府、業(yè)主等對BIM技術(shù)的政策引導(dǎo)不夠，導(dǎo)致推進(jìn)沒有動力。

縱觀目前的軌道交通行業(yè)可以看出，軌道交通行業(yè)設(shè)計、建設(shè)、運營相分離，并且信息在傳遞的過程中仍然采用傳統(tǒng)的二維圖方式，設(shè)計過程中產(chǎn)生的信息量無法完全傳遞，導(dǎo)致在建設(shè)施工、運維中的信息缺失。BIM技術(shù)在設(shè)計階段建立設(shè)計BIM模型，在建設(shè)過程中錄入項目的土建、機(jī)電設(shè)備等相關(guān)信息，形成施工BIM模型乃至竣工BIM模型，打造一個融設(shè)計、建設(shè)、運營等階段的全生命周期的數(shù)字化、可視

化、一體化系統(tǒng)信息管理平臺，提升項目建設(shè)水平，做到精細(xì)化建設(shè)管理，為后期運維與資產(chǎn)管理服務(wù)。

2 BIM在軌道交通全生命周期的應(yīng)用

BIM技術(shù)在軌道交通全生命周期的應(yīng)用主要涉及到規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維、拆除等方面，下面從規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維這幾個方面進(jìn)行闡述。

2.1 規(guī)劃階段的應(yīng)用

通過工程測量等手段獲取工程設(shè)計相關(guān)的信息，如地質(zhì)、空間等信息，然后運用三維地質(zhì)建模軟件建立三維地質(zhì)模型，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上運用BIM與三維GIS相結(jié)合的方式實現(xiàn)軌道線路的三維選線（見圖1），找出軌道交通最合理的一條或者幾條走線方案，供相關(guān)方?jīng)Q策。

2.2 設(shè)計階段的應(yīng)用

在設(shè)計階段前期，主要體現(xiàn)在進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，充分發(fā)揮BIM相關(guān)軟件在協(xié)同設(shè)計方面的優(yōu)勢，使分布在不同地理位置的不同專業(yè)的設(shè)計人員通過網(wǎng)絡(luò)展開協(xié)同設(shè)計。其他相關(guān)人員如復(fù)核、審核等，只要有相關(guān)的權(quán)限，可以從模型上獲取相關(guān)設(shè)計進(jìn)度等信息，也可以對設(shè)計的模型提出修改意見，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。

在設(shè)計階段中后期，主要利用集成軟件如Navisworks等軟件，對模型進(jìn)行管線碰撞檢查（見圖2）、大型設(shè)備后期安裝等設(shè)計研究，從而優(yōu)化凈空、優(yōu)化管線排布方案、優(yōu)化工程設(shè)計，減少在施工階段的錯誤損失和返工的可能性。

利用BIM技術(shù)在設(shè)計階段解決在施工階段常見的問題：消除管線碰撞；進(jìn)行4D、5D的施工模擬；進(jìn)行力學(xué)分析；光學(xué)分析以及交通模擬等；并對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行修改、完善，以求設(shè)計達(dá)到最優(yōu)，從而提高設(shè)計和施工質(zhì)量。

圖1 基于BIM的軌道交通規(guī)劃

圖2 管線的碰撞檢測

圖3 BIM綜合管理平臺

2.3 施工階段的應(yīng)用

在施工階段，首先利用設(shè)計BIM模型，加上時間、成本等屬性，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行軌道交通施工的模擬，以四維乃至五維的直觀方式對施工重點、難點方面進(jìn)行細(xì)節(jié)上的模擬，找出最優(yōu)的施工方案，從而優(yōu)化施工方案。

在項目的管理過程中，進(jìn)行項目管理平臺建設(shè)（見圖3），主要采用B/S模式，協(xié)調(diào)項目中的各方進(jìn)行施工、運營條件的檢測，并制定BIM竣工模型標(biāo)準(zhǔn)，方便以后業(yè)主的運維。在項目管理平臺上，設(shè)備供應(yīng)商憑借相關(guān)的權(quán)限進(jìn)行產(chǎn)品信息以及設(shè)備運維參數(shù)的錄入。施工方憑借相關(guān)的權(quán)限將每天工程進(jìn)度、成本、在施工中存在的問題等進(jìn)行上報（即電子施工日志的上報），并跟蹤施工進(jìn)度，同時，處理并反饋監(jiān)理方提出的意見或建議，并上傳到服務(wù)器。監(jiān)理方主要通過現(xiàn)場、攝像頭或者手機(jī)拍攝等針對

工程質(zhì)量、進(jìn)度的合理性等進(jìn)行管理，并在平臺上提出意見，并對下一步的施工計劃進(jìn)行預(yù)測并上傳到服務(wù)器，供相關(guān)方參考。目前，隨著科技的發(fā)展，也出現(xiàn)了很多新的技術(shù)，監(jiān)理人員通過移動設(shè)備等將現(xiàn)場掃描的施工現(xiàn)場情況上傳到服務(wù)器（見圖4），通過相關(guān)手段進(jìn)行施工現(xiàn)場的還原與比對，進(jìn)而對施工質(zhì)量、施工進(jìn)度等進(jìn)行評價，供施工方、業(yè)主、設(shè)計方參考。

在該平臺上，設(shè)計單位負(fù)責(zé)設(shè)計變更管理以及發(fā)布設(shè)計變更信息，并對施工方提出的意見進(jìn)行反饋等。部分權(quán)限較高的人員，如監(jiān)理經(jīng)理或者施工方經(jīng)理以及業(yè)主等，只要能上網(wǎng)，便可以通過網(wǎng)絡(luò)（含移動設(shè)備）登陸到項目管理平臺對項目的情況進(jìn)行實時查看（如攝像頭等實時查看），并可以查詢到項目進(jìn)展情況并提出自己的意見。項目各參與方通過項目管理平臺組織協(xié)調(diào)，極大地提高了建設(shè)進(jìn)度和建設(shè)效果。

現(xiàn)在國內(nèi)大型工程大多采用基于EPC（設(shè)計施工總承包模式）模式進(jìn)行項目的組織和管理，設(shè)計BIM模型可以很好地為施工企業(yè)服務(wù)，但是此BIM模型的價值沒有很好地體現(xiàn)。如在運維中，業(yè)主未參與到BIM設(shè)計中，導(dǎo)致業(yè)主運維的BIM模型與施工BIM模型相差很大。一些學(xué)者和專家提出了IPD（集成交付模式）模式，即業(yè)主設(shè)計施工集成交付模式。目前，IPD模式得到了一些人認(rèn)可，但是由于與大家熟知的EPC有一定的區(qū)別，因而應(yīng)用較少，但是前景廣闊。

在EPC模式中，設(shè)計企業(yè)可采用圖5所示的信息化框架進(jìn)行內(nèi)部信息化的組織。

2.4 運維階段的應(yīng)用

在軌道交通項目中，一般是建立BIM軌道交通設(shè)施資產(chǎn)管理及運營維護(hù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用竣工BIM模型將設(shè)施資產(chǎn)管理與設(shè)備運維管理集成到三維可視化平臺，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各設(shè)備的使用情況納入到系統(tǒng)的管理范圍，進(jìn)行現(xiàn)場管理。

功能主要包括設(shè)備、設(shè)施等的資產(chǎn)管理、應(yīng)急預(yù)案管理以及維修記錄、行車日志等。設(shè)備設(shè)施等的資產(chǎn)管理主要是對設(shè)備的管理，如設(shè)備型號，保質(zhì)期、維護(hù)方式、維護(hù)人、電話等以及對這些信息的查詢、統(tǒng)計等；應(yīng)急預(yù)案管理主要功能是，對設(shè)備保質(zhì)期快到進(jìn)行報警，或者設(shè)備出現(xiàn)問題如何找到合適的解決方案。運維管理系統(tǒng)（見圖6）會保存部分設(shè)備的安裝、拆除等視頻，供管理者查閱；運維人員也可以通過現(xiàn)場（采用移動設(shè)備等）進(jìn)行掃描二維碼的形式，通過運維管理系統(tǒng)查找到相關(guān)設(shè)備，并查找該設(shè)備的所有信息，進(jìn)行維護(hù)。

圖4 通過移動設(shè)備對施工現(xiàn)場進(jìn)行拍照

圖5 EPC企業(yè)的信息化框架

圖6 基于二維碼的設(shè)備定位及管理

總之，運維管理系統(tǒng)可以調(diào)用設(shè)備設(shè)施的三維模型、設(shè)施使用手冊、運行參數(shù)、保養(yǎng)周期以及相關(guān)的操作視頻等信息，消除查閱紙質(zhì)

文件的不便；運維工單與維修人員和備品庫存管理聯(lián)動；應(yīng)急工單與應(yīng)急人員和物資聯(lián)動，提高運營可靠性和應(yīng)急處理能力。再通過結(jié)合維修記錄、行車日志、財務(wù)信息、客流信息等信息，整條軌道交通路線的運行情況、維護(hù)成本等信息也可以計算出來，并可以以此進(jìn)行車次等的調(diào)度計劃的決策等。

3 BIM技術(shù)在軌道交通應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)要點

軌道交通的BIM應(yīng)用應(yīng)該是一個全生命周期的，它不僅包含建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性、狀態(tài)屬性，還包含非構(gòu)件對象（如GIS系統(tǒng)所包含的空間信息以及時間信息等）的信息。針對這么大的數(shù)據(jù)信息如何在一個平臺上進(jìn)行顯示，也是目前亟待解決的問題，目前很多設(shè)計院在此方面還是針對點狀的試驗，如僅僅是以站房為點，向周圍拓展幾百米或者以橋隧等為中心向周圍拓展幾百米。這樣一來看似解決了軌道交通上面的所有問題，實則不然，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

大數(shù)據(jù)管理的問題。如果是整條軌道交通全部進(jìn)行BIM化，則存在很多、很大的數(shù)據(jù)，如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行行之有效的管理是目前迫切需要解決的問題。

如果要進(jìn)行全生命周期的應(yīng)用，則BIM需要與GIS相結(jié)合，這也是目前研究的熱點。

目前軌道交通BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在制定過程中，這樣導(dǎo)致相關(guān)方不愿意在BIM標(biāo)準(zhǔn)研究方面進(jìn)行投入。即使有關(guān)方愿意投入，但是標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致設(shè)計方與施工方的BIM不一致，導(dǎo)致重復(fù)BIM設(shè)計，浪費人力、物力和財力。

BIM設(shè)計的軟件多，各軟件的數(shù)據(jù)接口還不能完全一致，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時候還存在數(shù)據(jù)丟失的問題。

同時，由于大數(shù)據(jù)以及目前計算機(jī)硬件等方面的原因，導(dǎo)致在展示模型的時候比較慢，反而降低了設(shè)計效率，這也是目前各設(shè)計院在進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用BIM技術(shù)擔(dān)心的問題。

目前BIM設(shè)計還處于探索階段，設(shè)計軟件還不成熟，特別是Autodesk這樣的軟件廠商，其BIM設(shè)計軟件幾乎每年都有新版本，設(shè)計軟件不斷更新，因此，對BIM軟件的二次開發(fā)也是未來解決BIM設(shè)計迫切需要解決的問題。在CAD設(shè)計上面有一體化系統(tǒng)，在BIM設(shè)計中也理應(yīng)由相應(yīng)的BIM設(shè)計一體化平臺出現(xiàn)。目前，二次開發(fā)不理想，大部分僅限于幾種軟件的數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換以及一些小工具、小插件實現(xiàn)的一些小功能。當(dāng)然，也有一些軟件插件做的比較好，如鴻業(yè)軟件，廣東省院的向日葵插件以及橄欖樹插件等，但是這些二次開發(fā)的軟件有很大的局限性，不一定適合在軌道交通中的應(yīng)用。總之，整合軌道交通各方資源，開發(fā)一套適合軌道交通行業(yè)的BIM設(shè)計軟件系統(tǒng)勢在必行。

4 結(jié)論

在軌道交通方面，國內(nèi)很多設(shè)計院在BIM方面進(jìn)行了相關(guān)的探索。目前BIM應(yīng)用較多也比較成熟的主要是在站房以及地鐵站的BIM應(yīng)用，在橋隧等方面的應(yīng)用較少，鐵路設(shè)計院在此方面進(jìn)行了嘗試，如鐵一院的清涼山隧道、十岔溝中橋的BIM設(shè)計；鐵二院的石鼓山隧道的BIM設(shè)計；鐵四院的新鼓山隧道的BIM設(shè)計等。在軌道交通一條線上的整體應(yīng)用基本沒有，大部分是以某個點前后延伸幾百米做實驗性探索。在數(shù)字施工BIM應(yīng)用方面，鐵二院聯(lián)合中鐵天寶、鐵二局、西成鐵路客專四川有限公司、北京鐵城建設(shè)監(jiān)理等在江油北站進(jìn)行了相關(guān)的試點，初步取得成效。但是，總體來說這些項目都是試點項目、單點應(yīng)用，線狀應(yīng)用基本沒有?？偠灾?，BIM技術(shù)在軌道交通的應(yīng)用方面目前處在起步、探索階段。

通過研究部分軌道交通BIM的試點以及地鐵站站房等進(jìn)行BIM的應(yīng)用試點，發(fā)現(xiàn)：（1）BIM設(shè)計要有施工企業(yè)以及業(yè)主的參與，共同推進(jìn)BIM應(yīng)用；（2）盡快建立軌道交通行業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)；（3）軌道交通BIM設(shè)計與民用建筑及一般的市政建設(shè)項目相比，軌道交通項目具有點多、線長、面廣、規(guī)模大、投資高、建設(shè)周期長的特點，且機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜設(shè)備繁多，建設(shè)、運營風(fēng)險高等特點，這樣就對施工和運營特別是運營提出了更高的要求，需要建立一套完善的信息化系統(tǒng)來提高軌道交通的管理效率和水平，提高運營可靠性和應(yīng)急處理能力，降低安全風(fēng)險。

[1] 歐特克. BIM技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用——打造數(shù)字化地鐵站[EB/OL]. （2014-03-14）[2014-09-25]. http://www.eabim.net/article-1869-1.html.

[2] 祝嘉. 在城市軌道交通建設(shè)項目中應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)想[J]. 建筑經(jīng)濟(jì)，2008，12(增刊)：7-10.

王玉澤：中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，副總經(jīng)理，設(shè)計大師，湖北 武漢，430063

責(zé)任編輯王小紅

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1672-061X（2014）05-0019-04