■ 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(jì)的快速推進(jìn)，如何保證設(shè)計(jì)、施工的質(zhì)量以及今后的軌道交通的運(yùn)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(wèn)題。在建筑行業(yè)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的迅速發(fā)展，解決了建筑行業(yè)諸多問(wèn)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(jì)、施工、運(yùn)維階段的應(yīng)用情況及在應(yīng)用過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，重點(diǎn)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(diǎn)，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(jì)階段；施工階段；運(yùn)維階段

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的加快，以及城市交通問(wèn)題的日益突出，目前我國(guó)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(zhǎng)春、重慶、武漢、深圳、南京等開(kāi)通了城市軌道交通線路，全國(guó)48個(gè)百萬(wàn)人口以上的城市中，有超過(guò)30個(gè)開(kāi)展了城市軌道交通的相關(guān)工作。同時(shí)，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(lái)，鐵路投資力度加大，鐵路建設(shè)的步伐大幅提速，接踵而來(lái)的軌道交通設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量等是迫切需要解決的問(wèn)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(zhǎng)，參與方在項(xiàng)目中的不確定性比較高，對(duì)軌道交通的管理難，在整個(gè)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(wú)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(jì)、施工、運(yùn)維以及管理等方面的諸多問(wèn)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(guò)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(gè)方面：

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

（2）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，信息無(wú)法集成。

（3）對(duì)軌道交通信息化管理的認(rèn)識(shí)不夠，導(dǎo)致推動(dòng)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(duì)BIM技術(shù)的政策引導(dǎo)不夠，導(dǎo)致推進(jìn)沒(méi)有動(dòng)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(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)相分離，并且信息在傳遞的過(guò)程中仍然采用傳統(tǒng)的二維圖方式，設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的信息量無(wú)法完全傳遞，導(dǎo)致在建設(shè)施工、運(yùn)維中的信息缺失。BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段建立設(shè)計(jì)BIM模型，在建設(shè)過(guò)程中錄入項(xiàng)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(gè)融設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)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(tái)，提升項(xiàng)目建設(shè)水平，做到精細(xì)化建設(shè)管理，為后期運(yùn)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(jì)、施工、運(yùn)維、拆除等方面，下面從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維這幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

2.1 規(guī)劃階段的應(yīng)用

通過(guò)工程測(cè)量等手段獲取工程設(shè)計(jì)相關(guān)的信息，如地質(zhì)、空間等信息，然后運(yùn)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(yùn)用BIM與三維GIS相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)軌道線路的三維選線（見(jiàn)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(jì)階段的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段前期，主要體現(xiàn)在進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮BIM相關(guān)軟件在協(xié)同設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)，使分布在不同地理位置的不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)協(xié)同設(shè)計(jì)。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(jì)進(jìn)度等信息，也可以對(duì)設(shè)計(jì)的模型提出修改意見(jiàn)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

在設(shè)計(jì)階段中后期，主要利用集成軟件如Navisworks等軟件，對(duì)模型進(jìn)行管線碰撞檢查（見(jiàn)圖2）、大型設(shè)備后期安裝等設(shè)計(jì)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(jì)，減少在施工階段的錯(cuò)誤損失和返工的可能性。

利用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段解決在施工階段常見(jiàn)的問(wèn)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(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修改、完善，以求設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，從而提高設(shè)計(jì)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(cè)

圖3 BIM綜合管理平臺(tái)

2.3 施工階段的應(yīng)用

在施工階段，首先利用設(shè)計(jì)BIM模型，加上時(shí)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(duì)施工重點(diǎn)、難點(diǎn)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(xiàng)目的管理過(guò)程中，進(jìn)行項(xiàng)目管理平臺(tái)建設(shè)（見(jiàn)圖3），主要采用B/S模式，協(xié)調(diào)項(xiàng)目中的各方進(jìn)行施工、運(yùn)營(yíng)條件的檢測(cè)，并制定BIM竣工模型標(biāo)準(zhǔn)，方便以后業(yè)主的運(yùn)維。在項(xiàng)目管理平臺(tái)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(yùn)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(wèn)題等進(jìn)行上報(bào)（即電子施工日志的上報(bào)），并跟蹤施工進(jìn)度，同時(shí)，處理并反饋監(jiān)理方提出的意見(jiàn)或建議，并上傳到服務(wù)器。監(jiān)理方主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)、攝像頭或者手機(jī)拍攝等針對(duì)

工程質(zhì)量、進(jìn)度的合理性等進(jìn)行管理，并在平臺(tái)上提出意見(jiàn)，并對(duì)下一步的施工計(jì)劃進(jìn)行預(yù)測(cè)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(guò)移動(dòng)設(shè)備等將現(xiàn)場(chǎng)掃描的施工現(xiàn)場(chǎng)情況上傳到服務(wù)器（見(jiàn)圖4），通過(guò)相關(guān)手段進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的還原與比對(duì)，進(jìn)而對(duì)施工質(zhì)量、施工進(jìn)度等進(jìn)行評(píng)價(jià)，供施工方、業(yè)主、設(shè)計(jì)方參考。

在該平臺(tái)上，設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)變更管理以及發(fā)布設(shè)計(jì)變更信息，并對(duì)施工方提出的意見(jiàn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)（含移動(dòng)設(shè)備）登陸到項(xiàng)目管理平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看（如攝像頭等實(shí)時(shí)查看），并可以查詢(xún)到項(xiàng)目進(jìn)展情況并提出自己的意見(jiàn)。項(xiàng)目各參與方通過(guò)項(xiàng)目管理平臺(tái)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(guó)內(nèi)大型工程大多采用基于EPC（設(shè)計(jì)施工總承包模式）模式進(jìn)行項(xiàng)目的組織和管理，設(shè)計(jì)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(jià)值沒(méi)有很好地體現(xiàn)。如在運(yùn)維中，業(yè)主未參與到BIM設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致業(yè)主運(yùn)維的BIM模型與施工BIM模型相差很大。一些學(xué)者和專(zhuān)家提出了IPD（集成交付模式）模式，即業(yè)主設(shè)計(jì)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(jì)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(yùn)維階段的應(yīng)用

在軌道交通項(xiàng)目中，一般是建立BIM軌道交通設(shè)施資產(chǎn)管理及運(yùn)營(yíng)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(yùn)維管理集成到三維可視化平臺(tái)，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(chǎng)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(chē)日志等。設(shè)備設(shè)施等的資產(chǎn)管理主要是對(duì)設(shè)備的管理，如設(shè)備型號(hào)，保質(zhì)期、維護(hù)方式、維護(hù)人、電話(huà)等以及對(duì)這些信息的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)等；應(yīng)急預(yù)案管理主要功能是，對(duì)設(shè)備保質(zhì)期快到進(jìn)行報(bào)警，或者設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題如何找到合適的解決方案。運(yùn)維管理系統(tǒng)（見(jiàn)圖6）會(huì)保存部分設(shè)備的安裝、拆除等視頻，供管理者查閱；運(yùn)維人員也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)（采用移動(dòng)設(shè)備等）進(jìn)行掃描二維碼的形式，通過(guò)運(yùn)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(guò)移動(dòng)設(shè)備對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)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(cè)、運(yùn)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(yùn)維工單與維修人員和備品庫(kù)存管理聯(lián)動(dòng)；應(yīng)急工單與應(yīng)急人員和物資聯(lián)動(dòng)，提高運(yùn)營(yíng)可靠性和應(yīng)急處理能力。再通過(guò)結(jié)合維修記錄、行車(chē)日志、財(cái)務(wù)信息、客流信息等信息，整條軌道交通路線的運(yùn)行情況、維護(hù)成本等信息也可以計(jì)算出來(lái)，并可以以此進(jìn)行車(chē)次等的調(diào)度計(jì)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(diǎn)

軌道交通的BIM應(yīng)用應(yīng)該是一個(gè)全生命周期的，它不僅包含建筑物構(gòu)件的幾何信息、專(zhuān)業(yè)屬性、狀態(tài)屬性，還包含非構(gòu)件對(duì)象（如GIS系統(tǒng)所包含的空間信息以及時(shí)間信息等）的信息。針對(duì)這么大的數(shù)據(jù)信息如何在一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行顯示，也是目前亟待解決的問(wèn)題，目前很多設(shè)計(jì)院在此方面還是針對(duì)點(diǎn)狀的試驗(yàn)，如僅僅是以站房為點(diǎn)，向周?chē)卣箮装倜谆蛘咭詷蛩淼葹橹行南蛑車(chē)卣箮装倜?。這樣一來(lái)看似解決了軌道交通上面的所有問(wèn)題，實(shí)則不然，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

大數(shù)據(jù)管理的問(wèn)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(duì)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(wèn)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(diǎn)。

目前軌道交通BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在制定過(guò)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(jì)方與施工方的BIM不一致，導(dǎo)致重復(fù)BIM設(shè)計(jì)，浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力。

BIM設(shè)計(jì)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(shí)候還存在數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。

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

目前BIM設(shè)計(jì)還處于探索階段，設(shè)計(jì)軟件還不成熟，特別是Autodesk這樣的軟件廠商，其BIM設(shè)計(jì)軟件幾乎每年都有新版本，設(shè)計(jì)軟件不斷更新，因此，對(duì)BIM軟件的二次開(kāi)發(fā)也是未來(lái)解決BIM設(shè)計(jì)迫切需要解決的問(wèn)題。在CAD設(shè)計(jì)上面有一體化系統(tǒng)，在BIM設(shè)計(jì)中也理應(yīng)由相應(yīng)的BIM設(shè)計(jì)一體化平臺(tái)出現(xiàn)。目前，二次開(kāi)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(shí)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(shù)插件等，但是這些二次開(kāi)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(kāi)發(fā)一套適合軌道交通行業(yè)的BIM設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)勢(shì)在必行。

4 結(jié)論

在軌道交通方面，國(guó)內(nèi)很多設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)；鐵二院的石鼓山隧道的BIM設(shè)計(jì)；鐵四院的新鼓山隧道的BIM設(shè)計(jì)等。在軌道交通一條線上的整體應(yīng)用基本沒(méi)有，大部分是以某個(gè)點(diǎn)前后延伸幾百米做實(shí)驗(yàn)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(zhuān)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(diǎn)，初步取得成效。但是，總體來(lái)說(shuō)這些項(xiàng)目都是試點(diǎn)項(xiàng)目、單點(diǎn)應(yīng)用，線狀應(yīng)用基本沒(méi)有?？偠灾珺IM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(guò)研究部分軌道交通BIM的試點(diǎn)以及地鐵站站房等進(jìn)行BIM的應(yīng)用試點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)：（1）BIM設(shè)計(jì)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(jì)與民用建筑及一般的市政建設(shè)項(xiàng)目相比，軌道交通項(xiàng)目具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、規(guī)模大、投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，且機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜設(shè)備繁多，建設(shè)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，這樣就對(duì)施工和運(yùn)營(yíng)特別是運(yùn)營(yíng)提出了更高的要求，需要建立一套完善的信息化系統(tǒng)來(lái)提高軌道交通的管理效率和水平，提高運(yùn)營(yíng)可靠性和應(yīng)急處理能力，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

[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(xiàng)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(jì)院集團(tuán)有限公司，副總經(jīng)理，設(shè)計(jì)大師，湖北 武漢，430063

責(zé)任編輯王小紅

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