王 瀟

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 BIM的概述

1974年，“Building Description System”被Chuck Eastman提出，被認(rèn)為是BIM的起源[1].在歷史上，BIM有Building Information Modeling和Building Information Model兩種解釋。2002年2月，Revit Technology Corproation（RTC）被Autodesk公司副總裁Phil Bernrstein和Jay Bhatt收購(gòu)，之后創(chuàng)造了Building Information Modeling（BIM）這一術(shù)語(yǔ)。2002年下半年，BIM（Building Information Modeling）在國(guó)際建筑師協(xié)會(huì)（UIA）上正式被提出[2]。在《BIM白皮書(shū)》中，Autodesk對(duì)BIM（Building Information Modeling）做了完整的闡述，標(biāo)志將BIM研究推入一個(gè)新的高度[3]。

根據(jù)維基百科對(duì)BIM定義，可總結(jié)BIM具有以下三大特點(diǎn)：1）BIM是參數(shù)化的模型，可以真實(shí)展現(xiàn)設(shè)備設(shè)施，任意讀取設(shè)備中信息；2）各個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作，在同一個(gè)平臺(tái)搭建模型，資源共享及實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)；3）BIM貫穿設(shè)施的全生命周期，為各個(gè)階段提供可靠的依據(jù)[4].

BIM的定義由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)施信息委員會(huì)(Facilities Information Council)給出：BIM是在開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項(xiàng)目全壽命周期信息的可計(jì)算、可運(yùn)算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以更好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的價(jià)值[5]。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)同性、優(yōu)化性、模擬性、出圖性等基本特點(diǎn)[6]。在建筑行業(yè)，美國(guó)、日本、新加坡、韓國(guó)等多個(gè)國(guó)家已提出BIM應(yīng)用要求，并建立BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

2 BIM在國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)的應(yīng)用

2.1 概述

在港鐵運(yùn)營(yíng)階段，香港鐵路有限公司應(yīng)用數(shù)字化三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能耗、采光、煙霧、人流和可視化的碰撞檢測(cè)。BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，中鐵二院開(kāi)展了“石鼓山隧道BIM三維設(shè)計(jì)應(yīng)用”及橋梁BIM三維設(shè)計(jì)應(yīng)用的研究，部分橋梁類(lèi)型的三維設(shè)計(jì)得到了實(shí)現(xiàn);根據(jù)西成線BIM應(yīng)用研究，開(kāi)展了基于BIM模型的鐵路路基施工工藝研究;完成了《鐵路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》初稿[7]。中鐵四院、中鐵三院、中國(guó)中鐵等鐵路行業(yè)與建筑業(yè)較接近的車(chē)站中應(yīng)用BIM較多[8]，并且取得了一些成果，只是初步的應(yīng)用，為推動(dòng)BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用。中國(guó)鐵路總公司啟動(dòng)“鐵路工程建設(shè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究”等研究工作。

BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用分別從勘測(cè)規(guī)劃階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)維階段4個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)的闡述[9]，具體如下:

規(guī)劃階段:對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行分析為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查提供充足的準(zhǔn)備工作、建筑用房的可視化策劃、及對(duì)方案進(jìn)行模擬論證;

設(shè)計(jì)階段:設(shè)備布設(shè)位置檢查、弱電系統(tǒng)的差、錯(cuò)、漏、碰檢測(cè)、性能分析、管線綜合、可視化協(xié)同設(shè)計(jì)、工程信息模型生成、協(xié)同設(shè)計(jì)及工程量統(tǒng)計(jì);

施工階段:數(shù)字化建造、可視化施工指導(dǎo)、關(guān)鍵工程空間定位、模擬施工組織、可視化隱蔽工程驗(yàn)收、模擬施工進(jìn)度及竣工交付等;

運(yùn)維階段:設(shè)備定位及查看、空間管理、資源信息鏈管理、信號(hào)邏輯信息流仿真應(yīng)用、維修指導(dǎo)、模型維護(hù)、教育培訓(xùn)及防災(zāi)救援。

2.2 BIM在軌道交通弱電工程的應(yīng)用

2.2.1 軌道交通工程應(yīng)用所需的核心軟件及其特點(diǎn)

BIM核心建模軟件是Autodesk公司研發(fā)的Revit Structure，由于Revit軟件本身攜帶的構(gòu)件族有限，不能滿(mǎn)足各個(gè)專(zhuān)業(yè)建模的需要，尤其是在軌道交通弱電專(zhuān)業(yè)，比如信號(hào)專(zhuān)業(yè)的信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信標(biāo)以及通信專(zhuān)業(yè)的音頻話筒盒、監(jiān)視器顯示屏、操作控制臺(tái)等，這些構(gòu)件族都必須滿(mǎn)足本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)要求及規(guī)格尺寸。

因此，首先根據(jù)各個(gè)專(zhuān)業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)建構(gòu)件族。族設(shè)計(jì)可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算，數(shù)學(xué)運(yùn)算符有：加減乘除，關(guān)系運(yùn)算有：大于、小于、大于等于、小于等于及不等于，函數(shù)有 ：“and”、“or”、“not”、“mod”、“int”、“if”、Size_ Lookup 等等。

學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)的定位導(dǎo)致學(xué)校中不同程度地存在著重學(xué)業(yè)、輕素質(zhì)，重教育、輕責(zé)任文化素質(zhì)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致忽視學(xué)生全面素質(zhì)的提高，形成部分學(xué)生對(duì)于責(zé)任意識(shí)淡薄、責(zé)任認(rèn)知薄弱，在校園內(nèi)時(shí)常出現(xiàn)違紀(jì)現(xiàn)象，每每遇到困難或挫折，便不知所措，甚至走向極端，缺乏承受心理壓力的能力及應(yīng)變能力。大學(xué)生大多年齡在18歲—22歲之間，他們體力和腦力活動(dòng)能量日益增大，思維逐步進(jìn)入理性化階段，思想日趨活躍。因此，我們可以根據(jù)學(xué)生身心發(fā)展的特點(diǎn)，圍繞學(xué)生身心發(fā)展過(guò)程中的疑難問(wèn)題設(shè)計(jì)主題，開(kāi)展責(zé)任文化素主題活動(dòng)，提升學(xué)生責(zé)任擔(dān)當(dāng)能力。

根據(jù)軌道交通信號(hào)專(zhuān)業(yè)轉(zhuǎn)轍機(jī)及信號(hào)機(jī)的技術(shù)規(guī)格書(shū)創(chuàng)建的構(gòu)件族，左邊實(shí)物照片和BIM模型對(duì)比如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)實(shí)景照片及BIM模型Fig.1 Photos of physical point switch， signals and BIM model

軌道交通弱電專(zhuān)業(yè)的通信專(zhuān)業(yè)的BIM模型，如圖2所示，分別為壁掛揚(yáng)聲器、音頻話筒盒、監(jiān)視器顯示屏、操作控制臺(tái)及多功能電話。

2.2.2 BIM在軌道交通弱電工程的應(yīng)用

1）傳統(tǒng)模式下弱電工程的現(xiàn)狀分析及應(yīng)用BIM的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

圖2 通信專(zhuān)業(yè)的BIM模型Fig.2 BIM models of communication specialty

傳統(tǒng)的CAD二維圖紙雖然設(shè)計(jì)時(shí)間短，設(shè)計(jì)成本低，但存在很多問(wèn)題：a.設(shè)計(jì)階段缺乏統(tǒng)一設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)難以同步，管線綜合設(shè)計(jì)難度大，相關(guān)專(zhuān)業(yè)的資料解讀困難，專(zhuān)業(yè)間交叉干擾嚴(yán)重、協(xié)調(diào)困難。因此很難直觀的發(fā)現(xiàn)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的沖突節(jié)點(diǎn)。b.施工過(guò)程難以追溯，施工階段資料不詳盡，交叉施工困難，施工組織難度大，現(xiàn)場(chǎng)才能發(fā)現(xiàn)各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的干涉碰撞，施工協(xié)調(diào)量大困難，造成窩工返工率高等。因此也增加了建設(shè)資金的投入，造成了建設(shè)資金的浪費(fèi)。c.運(yùn)維階段維修維護(hù)欠缺標(biāo)準(zhǔn)，查閱麻煩，資料繁多，維修后與設(shè)計(jì)資料不符，設(shè)備維修操作不規(guī)范，信息流向排查困難，隱蔽工程難以核對(duì)等等。

應(yīng)用BIM技術(shù)，雖然設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)計(jì)成本高，但是BIM不但是大數(shù)據(jù)的載體：包括模型構(gòu)件的尺寸、材料、重量、價(jià)格等，而且BIM可以虛擬施工，使各個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行碰撞檢測(cè)出碰撞報(bào)告、設(shè)備定位布設(shè)、出工程量計(jì)算書(shū)、出對(duì)比分析報(bào)告、完善施工計(jì)劃計(jì)及4D/5D項(xiàng)目施工管理等這樣可以使施工進(jìn)度有保障，有效的控制進(jìn)度成本，從而使材料浪費(fèi)少，利潤(rùn)提高，因此利用BIM可以減少項(xiàng)目的變更，縮短各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)時(shí)間，不但可以縮短施工的工期，也減少了很多的不必要的資金浪費(fèi)。

2）BIM在弱電工程管線綜合碰撞檢測(cè)的應(yīng)用

圖3 傳統(tǒng)CAD圖紙與BIM模型管線綜合的對(duì)比Fig.3 Comparison between traditional CAD drawing and BIM model pipelines

因此應(yīng)用BIM技術(shù)在弱電專(zhuān)業(yè)管線綜合方面意義很突出，各個(gè)專(zhuān)業(yè)可視化同一個(gè)平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)，避免管線碰撞。工程信息模型生成，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)隨時(shí)可以同步。相關(guān)專(zhuān)業(yè)的資料在同一平臺(tái)可視化，解讀容易，溝通簡(jiǎn)單，提高效率，避免了窩工返工及各個(gè)專(zhuān)業(yè)間干擾及協(xié)調(diào)困難的問(wèn)題。BIM模型的矩形風(fēng)管和電纜橋架碰撞檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)“打架”的情況如圖4所示。

圖4 矩形風(fēng)管和電纜橋架碰撞檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)“打架”現(xiàn)象Fig.4 "Fight" phenomena in the collision detection of rectangle air ducts and cable trays

并且BIM還可對(duì)任意專(zhuān)業(yè)間進(jìn)行碰撞檢測(cè)，其交付給軟件Navisworks完成，因此BIM絕對(duì)不是指某款軟件。

如圖5所示，碰撞檢查及對(duì)應(yīng)的碰撞點(diǎn)都有已審閱、已核準(zhǔn)、已解決等記錄，記錄時(shí)間并以顏色標(biāo)注詳細(xì)顯示此碰撞點(diǎn)解決的進(jìn)程、交付解決的對(duì)象及解決方案。清晰描述每個(gè)碰撞點(diǎn)，使相應(yīng)專(zhuān)業(yè)之間直觀有效地溝通及制定解決方案、記錄解決方案及執(zhí)行細(xì)節(jié)。

每一項(xiàng)碰撞所出的碰撞報(bào)告如圖6所示，左邊為表格的形式，右邊是網(wǎng)頁(yè)的形式。其報(bào)告詳細(xì)記錄每一個(gè)碰撞點(diǎn)的信息，比如每個(gè)“項(xiàng)目ID”可以回模型“按ID選擇”其碰撞點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，直到碰撞檢測(cè)為零。

圖5 碰撞檢查及對(duì)應(yīng)的碰撞點(diǎn)Fig.5 Collision detection and corresponding impact points

圖6 表格和網(wǎng)頁(yè)版的碰撞檢查報(bào)告Fig.6 Collision detection reports presented in table and web versions

這樣各個(gè)專(zhuān)業(yè)不用由于二維圖紙看不清而必須花費(fèi)大量時(shí)間去現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)量，也不需要在一起開(kāi)協(xié)調(diào)會(huì)議，而只需要在辦公室里拿來(lái)圖紙調(diào)看每個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的碰撞點(diǎn)，及解決方案的進(jìn)展程度，可視直觀，問(wèn)題一目了然，各個(gè)專(zhuān)業(yè)溝通簡(jiǎn)單明確，工作分工明了，節(jié)約了的大量的時(shí)間，在施工前解決很多不可預(yù)知的信息。避免了各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間意見(jiàn)不統(tǒng)一而打架的現(xiàn)象及不斷窩工返工的現(xiàn)象，節(jié)省成本。

3）BIM在弱電工程的設(shè)備布設(shè)位置快速定位檢查

利用BIM室內(nèi)、室外設(shè)備快速定位檢查。并與各個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)配合，差錯(cuò)漏碰檢測(cè)，比如室內(nèi)設(shè)備通風(fēng)照明方面的檢查，室外設(shè)備與各個(gè)專(zhuān)業(yè)相對(duì)位置的檢測(cè)。施工前在圖紙上修改，避免了施工后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題從而造成返工窩工的現(xiàn)象。如圖7所示，傳統(tǒng)CAD的方式無(wú)法定位設(shè)備的具體位置.而在BIM模型中每個(gè)設(shè)備的位置清晰直觀.因此室內(nèi)看圖紙就可以做到對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行正確定位，計(jì)算限界及和其他專(zhuān)業(yè)設(shè)備的距離是否符合各個(gè)專(zhuān)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 二維CAD圖紙和BIM 圖紙對(duì)信號(hào)設(shè)備的定位對(duì)比Fig.7 Comparison between 2D CAD drawing and BIM drawing of signal equipment

4）BIM在弱電工程中設(shè)備工程量統(tǒng)計(jì)及成本預(yù)算上的應(yīng)用

BIM可以自動(dòng)生成任意一個(gè)工程量統(tǒng)計(jì)表，REVIT中統(tǒng)計(jì)的大數(shù)據(jù)明細(xì)表，可以交付給ODBC的軟件（如EXCEL、ACCESS、SQL、ORCAL…），如圖8所示，右上為管道的明細(xì)表，其表格選擇族與類(lèi)型、材質(zhì)、尺寸、外徑等的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

對(duì)于軌道交通弱電專(zhuān)業(yè)的信號(hào)與通信等專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)備是根據(jù)本專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)格書(shū)自建的常規(guī)模型，而管線綜合以電纜橋架為主要，如圖8所示左下邊為電纜橋架的明細(xì)表，右下邊為弱電專(zhuān)業(yè)建立的族的明細(xì)表，而且每一個(gè)量都對(duì)應(yīng)模型，直觀方面快捷，減少了繁重的計(jì)算與工作，表格可以根據(jù)需求靈活選擇所要的數(shù)據(jù)。在弱電工程成本預(yù)算上也有很大的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)BIM出的工程量明細(xì)表寫(xiě)工程量計(jì)劃書(shū)，并且出對(duì)比分析報(bào)告，4D5D項(xiàng)目施工管理控制達(dá)到有效的成本進(jìn)度控制。

圖8 BIM生成明細(xì)表對(duì)工程量的分析Fig.8 Works list generated by BIM

5）BIM在弱電工程中運(yùn)營(yíng)維護(hù)改造及EPC工程總承包項(xiàng)目的應(yīng)用

BIM可以涉及到工程項(xiàng)目全生命周期管理的各個(gè)階段，不僅在弱電項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，并且在后期的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、檢修及改造方面有很大的優(yōu)勢(shì)，比如鐵路經(jīng)常會(huì)站場(chǎng)改造，這樣就可以直接拿來(lái)圖紙，對(duì)改造項(xiàng)目進(jìn)行快速定策，不用花費(fèi)很多時(shí)間再去現(xiàn)場(chǎng)，這樣大大節(jié)省了人力、財(cái)力及時(shí)間。

由于BIM貫穿了整個(gè)工程項(xiàng)目的全生命周 期， 對(duì) 于 Public Private Partnership（PPP)及Engineering Procurement Construction（EPC）工程總承包項(xiàng)目更是能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，EPC工程總承包項(xiàng)目的管理核心：設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工一體化模式。采用 BIM一體化協(xié)同設(shè)計(jì)，避免各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的碰撞協(xié)調(diào)困難及專(zhuān)業(yè)之間溝通難的風(fēng)險(xiǎn)，保證EPC工程總承包項(xiàng)目弱電的核心設(shè)計(jì)順利高效正確無(wú)誤完成。用BIM作為承載工具，向采購(gòu)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、站改全生命過(guò)程提供有效的信息并加以利用。因此在“設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工一體化”核心理念指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的全產(chǎn)業(yè)鏈信息共享下的協(xié)同工作，作為大數(shù)據(jù)載體的BIM是工程項(xiàng)目中最好工具。

3 結(jié)論

本文闡述了BIM在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀，及BIM引進(jìn)鐵路行業(yè)的現(xiàn)狀和其在軌道交通弱電工程方面的應(yīng)用。體現(xiàn)出BIM作為一個(gè)技術(shù)性的革命在中國(guó)一步一步發(fā)展，并成為了當(dāng)前一項(xiàng)熱門(mén)的新技術(shù)，是CAD技術(shù)的更新?lián)Q代。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也為越來(lái)越多的企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，在軌道交通弱電行業(yè)碰撞檢測(cè)、設(shè)備定位、工程量統(tǒng)計(jì)、成本預(yù)算、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、站改全生命周期等方面體現(xiàn)出BIM的優(yōu)勢(shì)。BIM與EPC工程總承包項(xiàng)目結(jié)合的新理念，使BIM在軌道交通弱電專(zhuān)業(yè)也會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。