城市轨道交通工程BIM技术应用

田海波，郑利龙

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 310014)

1 发展现状

城市轨道交通工程涉及专业多、建设投资大，周边环境复杂，参与单位众多，社会影响大、安全要求高。因此将BIM等信息化技术运用到轨道交通工程的规划设计、建设管理、运维等过程中，有利于实现轨道交通工程数字化、信息化和智慧化。

BIM技术具有信息丰富、数据量大的特点，而轨道交通因其体量大、系统复杂的特点，对数据轻量化提出了较高要求[1]。轨道交通建设与周边环境关系密切，BIM对片区级及城市级应用场景展示效率不足，而GIS技术对大场景展示体现优势，但细节不足。将BIM与GIS有效结合，可实现精细的局部和整体场景相融合[2-3]。

国内北京、上海、广州等地轨道交通工程都已不同程度在设计、施工、运维过程中进行BIM技术应用。北京地铁在信息化管理中实现了可视化监控、可视化维护与现场应急指挥[4]。上海地铁选取部分车站开展智慧车站试点工作[5]，建设轨道工程数据中心，构建轨道建设与运营管理平台，应用于设备设施管理、客运组织、移动端运维检修等方面，打造智慧地铁[6]。广州地铁基于BIM技术进行工单精细化管理，实现对计划、进度、材料的精细化管控；通过设备模型和附加文件信息，对设备安装、调试以及验收的全过程信息记录，为运维提供数据支持[7]。

国外轨道交通工程BIM应用中，英国Crossrail地铁工程应用BIM技术在各个阶段实现全生命周期的信息管理，在技术发展、数据引入信息管理系统以及BIM指导施工方面取得了一定的成果[8]。

整体上，城市建设的高速发展对轨道交通建设和管理都提出了更高要求，利用大数据、云计算、物联网、移动互联等技术[9]。把轨道交通规划设计、建设、运营等全生命周期内不同阶段的数据进行有效集成，为不同阶段和目标的决策提供技术支持。

2 轨道交通工程BIM价值分析

2.1 设计应用价值

2.1.1 提高设计准确率

与CAD设计文件传送互提资料不同，三维协同设计最大特点是一个数据源，即时传输数据信息，减少设计协调，减少提资错误和人为失误，提高生产效率和准确率。

2.1.2 减少设计投入

三维协同设计采用数据共享模式生产，可减少会签环节；通过标准化模块，通用元件库，参数化设计，减少大量低端重复工作，提高设计生产效率，减少设计人员投入。

2.1.3 设计施工一体化，减少施工失误

设计施工共享模型信息，基于同一个模型开展施工深化与施工配合，实现真正意义的设计施工一体化。将差错漏碰消灭在设计阶段，减少变更和返工；通过可视化交底，提高沟通效率，辅助准确理解设计意图，避免施工错误。

2.1.4 工程量智能统计

基于设计与施工模型，快速完成模型构件工程量、价等信息的完善、汇总、筛分，输出完整、精确、满足国标以及地方计算规则的工程量清单报表与计算书。

2.2 建设应用价值

2.2.1 基于施工BIM模型的应用

站后工程深化设计：主要用于机电安装和装饰装修工程，通过各专业三维模型碰撞检测，指导管综设计优化、关键房间空间布局优化。

可视化交底：充分了解和领会设计意图，减少施工错误和返工，节省工期。

其他可视化应用：三维场地布置、交通疏解方案、管线迁改、绿化恢复等，但针对临时工程，价值有限。

2.2.2 基于信息化平台的BIM模型管理和建设数据集成应用

建管平台以BIM为载体，以工程信息集成共享为目标，为建设方、设计、施工、监理等参建单位提供基于BIM技术的资源共享、高效协作的专业解决方案。以工程建设的管理流程为主线，以BIM模型为信息载体，实现设计、投资、质量、安全、进度等管理要素全关联。打通信息孤岛，实现数据的集中管理和应用，提高沟通效率和管理效率。

3 BIM应用存在的问题

3.1 平台不统一

轨道交通工程涉及多单位、多专业的协同。目前行业内各单位在BIM应用的开发与研究方面目标定位、平台选型、技术路线不尽相同，对BIM技术的发展造成阻碍。因此，平台的选择与平台的兼容性与可拓展性能是BIM应用首先应着力解决的问题。

3.2 边界条件复杂，实施难度大

与民用建筑相比，轨道交通系统复杂，参建单位多，边界条件影响因素多，接口复杂。BIM推广应用存在障碍和难度。

3.3 源头单位参与积极性不高

由于软件成熟度和生产习惯的制约，三维软件形成设计生产力尚需时日，采用三维设计未对设计源头产生增值服务。目前可用于提高效率，但无法代替现有生产。另外三维模型用于现场实施的法律效力问题，表达方式也不能满足生产需要。

3.4 建设模式与设计周期

轨道交通土建施工图设计通常较设备招标、装修设计提前，这导致三维协同设计在土建施工图设计时对后续机电安装、装修、导向标识无法提前发挥作用。为此须要求传统成熟设备提前招标延缓投产，但应尽早介入设计；提前稳定装修方案，确保土建与装修设计协调一致性。

3.5 模型的搭建及应用局限

BIM远期是替代现有设计生产工具，但由于涉及建设、设计、施工、监理、政府等现有生产体系，近期主要是用于改善设计和施工手段。轨道交通设计流程上要经过内外审查等环节，同时涉及到众多专业，不能做到设计生产和流程的应用，目前的三维设计多数仅限于二维图纸三维化，局限于土建和常规机电设计，特别是复杂的管线综合和装修设计，用于表达复杂的空间和要素关系。

三维地质、倾斜摄影GIS等应用，投入人工多，但现阶段实际价值有限。基于建管信息化的材料、进度计划、质量验收等应用，离散没有成体系，且对现有建设生产流程产生了影响，两套系统并行，增加了工作量，未产生显著价值。

3.6 行业仍在摸索阶段，技术标准不统一，全范围铺开推广宜慎重

BIM技术近年来虽然得到较快发展，行业发展仍在摸索阶段，未形成行业性标准和规范，不具备推广价值。但统一的技术标准不仅关系到后续网络层面BIM应用的统一性，还关系到城市范围内的拓展接口。

4 轨道交通工程全生命周期应用框架

4.1 总体目标

建立轨道交通工程数据中心。借助工程数字化信息化技术，搭建轨道交通工程协同管理平台，包含三维协同设计平台、建设管理平台、资产及运维管理平台，开展数字化及信息化全生命周期技术应用。为建设增值，为运营服务。

以成都轨道交通18号线为例，基于BIM进行全生命周期管理试点应用，从设计、施工阶段切入，搭建适用于成都市轨道交通工程建设管理的平台、开展设计施工一体化技术应用，以优化设计、提高方案合理性、有效把控项目实施成本、进度、质量、安全为目标，最终实现实物资产和全信息数字化虚拟资产的整体移交，为轨道交通工程的运营提供完备的工程设计、施工、安装全过程的数字化基础，以“技术进步、管理创新”打造国内全生命周期BIM技术应用示范工程。

远期实现轨道交通工程BIM全生命周期应用，建立并存储地铁沿线地理信息、规划信息、地下空间、轨道交通一体化数字工程、为形成城市级数据管理平台提供基础，对后续轨道交通相关空间资源开发、经营管理等城市综合运营提供服务。

4.2 实施框架

总体实施框架为：定标准，建平台，全过程应用，汇集数据，形成数字轨道。实现数字建造，智慧管理。如图1所示。

图1 轨道交通全生命周期实施框架

即建立轨道交通BIM实施标准体系。在标准体系指导下搭建轨道交通三大协同平台：协同设计平台、建设管理平台、运维管理平台。在协同设计平台上开展设计施工一体化应用，通过建设管理平台对施工进度、质量、安全和成本等全要素进行管控，经过建设期的数据累积，数字化移交给运维平台后，开展资产管理、应急管理、工程监护等相关应用。

4.3 实施内容

(1)建立轨道交通BIM标准体系，包括技术标准和管理标准。主要包括管理体系和技术体系，包含：《实施方案及工作大纲》《实施管理办法》《BIM协同管理标准》《BIM模型成果技术标准》《BIM应用设施设备分类与编码标准》。

(2)利用倾斜摄影技术搭建全线地理信息模型、搭建全线地质及规划信息模型，利用协同设计平台搭建全线工程信息模型。

(3)在实施阶段，搭建建管平台，包含进度、质量、安全等模块，开展设计施工一体化应用。对场地布置、工程信息模型及变更、施工方案、虚拟建造、材料及派工计划、进度及成本、质量验评、视频监控集成、安全风险监控管理、移动端应用等实施信息化数字化应用。

(4)搭建资产及运维管理平台，包含数字化移交、数字化资产管理、数字化档案管理、数字化检修及安全监护等模块。最终将设计及建设期整个工程所有信息，按照统一编码规则，实现实物资产和全信息数字化虚拟资产的整体移交。在集成平台上实现数字化移交、资产管理、设备运营状态、视频监控和周边工程监护管理等功能，提高运营管理质量和效率，降低运维成本。

(5)建立并存储地铁沿线地理信息、规划信息、地下空间、轨道交通一体化数字工程、为形成城市级数据管理平台提供基础，对后续轨道交通相关空间资源开发、经营管理等城市综合运营提供服务。

5 全过程应用及价值实现

5.1 标准体系

(1)标准应以目标为导向，BIM应用目标原则为价值导向，“有价值，可实现”。

(2)设计及施工本身价值之外，为轨道交通百年运营管理创造价值才是最大的价值单元。

(3)标准体系应根据管理价值对系统单元进行层级划分，从而确定模型深度和应用点。如围护等临时结构仅建设期有管理价值，土建结构等建设期有价值、运营期仅做空间管理，常规机电等根据更换周期管理，轨道、车辆、供电等集成化设备系统自身实现数字化，无需进行模型搭建。

5.2 前期规划

(1)基于现有GIS数据建立全景子系统，规划信息一张图。实现辅助线站位决策。实现虚拟现场踏勘，节省时间投入(图2)。

图2 轨道交通地理信息及模型系统

(2)基于信息化平台，接入现有GIS数据、三维地下管网、建构筑物模型。实现三维选线，线站位设计方案审查，有效决策(图3)。

图3 轨道交通基于GIS的决策分析

5.3 设计阶段

(1)通过BIM技术，设计阶段实现孔洞及模型检查、工程量智能统计、站后工程优化、可视化交底，提升设计质量(图4)。

图4 轨道交通站后工程BIM应用

(2)改变原有设计流程和表达方式，提升方案合理性。

(3)站后工程采用BIM进行管线、支吊架设计，减少差错漏碰,降低返工率。

5.4 建设阶段

(1)施工共享设计模型，打破现场施工与设计的物理屏障，使设计成果更有效的服务现场实施；可视化交底等设计施工一体化应用，提高施工精细化管理水平，降低返工和变更，降低投资(图5)。

图5 可视化交底应用

(2)通过BIM与建管信息化平台的结合，实现勘察设计信息的在线管理，降低管理成本，提高管理效率。

(3)施工应用：实现工程量智能统计，自动生成工程量清单，提供实物量，为材料管理、放样、加工、安装提供依据。实现移动客户端在线3D交底，直观展现设计意图，提高施工进度和质量。

(4)基于BIM模型和建管平台，实现变更方案可视化、对照量价清单，实现高效变更管理决策。

(5)通过建管信息化平台，汇集处理各工程进度安全信息，形成轨道交通信息化分级管控：集团公司一张屏展示全网总体进度与安全状态；建设公司管理线路及标段总体形象进度及风险清单、盾构一张网状态；承包单位及标段管理单项工程进度及方案、风险工程方案及状态(图6)。

图6 轨道交通信息一张图

(6)通过信息化平台，基于BIM模型收集建设、安装信息，形成竣工模型。为建设及运维服务提供数据及技术支撑(图7)。

5.5 运维阶段

(1)将信息模型(几何、安装、厂商、编码等信息)移交既有资产运营管理系统，不再二次录入。

(2)资产管理：实现可视化巡检，原有资产系统模型模块实现。通过二维码作为移动端入口，便于设备巡检等工作(图8)。

(3)应急管理：通过快速响应，准确定位，简单可视，提高应急效率，特别是对于隐蔽工程的管理。

(4)地铁保护：结合信息模型及地块信息，实现对地保影响范围方案的审批。

(5)结合数字化安全监控技术、信息化建设管理(成本、进度、质量、安全)、资产及运维管理，以轨道交通工程数字化技术体系、多方协同平台为切入点，搭建轨道交通设计、施工、运维一体化管理系统，降低轨道交通全生命周期的建设运维管理成本，提供增值服务。

6 结束语

轨道交通BIM应用宜结合其工程自身特点，设定合理应用目标。

(1)总体思路为根据工程实施模式，确定总体应用目标，制订实施框架和内容，确定实施组织机构和计划，按阶段实施。

(2)实施框架为定标准、搭平台、建模型、全过程应用、汇集信息、形成数字轨道，实现数字建造，智慧管理。

(3)BIM推进一定是价值导向，遵循“有价值，可实现”的原则。

(4)轨道交通由于其自身专业多，边界条件复杂，建设环节多等特点，BIM的应用不宜对既有的生产体系产生干扰。