文｜尤旭東

建設(shè)基于BIM的新一代智慧地鐵

文｜尤旭東

尤旭東，高級(jí)工程師，現(xiàn)任上海軌道交通13號(hào)線發(fā)展有限公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理。上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理委員會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)評(píng)審專家，參加軌道交通建設(shè)管理及技術(shù)研究逾30年，長(zhǎng)期致力于軌道交通項(xiàng)目建設(shè)管理及技術(shù)研究工作，提出和定義了一系列復(fù)合地層盾構(gòu)施工技術(shù)的新觀點(diǎn)、新方法，發(fā)表地鐵建設(shè)、盾構(gòu)技術(shù)方面論文10余篇，主編著作5本，獲上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、上海土木工程科技技術(shù)獎(jiǎng)、上海市優(yōu)秀工程咨詢成果獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，多次獲“上海重點(diǎn)工程實(shí)事立功競(jìng)賽建設(shè)功臣”等榮譽(yù)稱號(hào)。

上海地鐵建設(shè)者在不到30年的時(shí)間里，建成了600多公里的軌道交通，創(chuàng)造了一個(gè)奇跡。此時(shí)恰逢信息時(shí)代的到來，給我們帶來巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)地鐵建設(shè)應(yīng)向精細(xì)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、減員增效方向發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)只有通過變革與創(chuàng)新才能打造新一代的智慧地鐵。我們認(rèn)為智慧地鐵應(yīng)由智慧設(shè)計(jì)、智慧建造、智慧運(yùn)維三個(gè)部分組成。

基于BIM的智慧設(shè)計(jì)

智慧設(shè)計(jì)是由BIM正向設(shè)計(jì)結(jié)合多項(xiàng)目、多專業(yè)系統(tǒng)集成云平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的。以前幾乎所有設(shè)計(jì)都是用CAD的二維設(shè)計(jì)，再生成BIM模型來進(jìn)行三維運(yùn)用的，這種設(shè)計(jì)方法效率比較低，出圖周期較長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)問題較晚。在新一代的智慧設(shè)計(jì)中，我們要求直接通過BIM的三維模型生成設(shè)計(jì)圖紙，這就是所謂的正向設(shè)計(jì)。正向設(shè)計(jì)能大大提高出圖效率，并在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。BIM正向設(shè)計(jì)與多項(xiàng)目、多專業(yè)集成云平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)智慧設(shè)計(jì)。多項(xiàng)目、多專業(yè)是指每個(gè)項(xiàng)目、每個(gè)專業(yè)都建立BIM模型，都在同一個(gè)云平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)調(diào)整合。

上海13號(hào)線淮海中路站運(yùn)用BIM正向設(shè)計(jì)和多項(xiàng)目、多專業(yè)的系統(tǒng)集成并建模

在上海13號(hào)線淮海中路站，這個(gè)站的基坑深達(dá)33米，地下六層，是上海迄今為止最深的車站；地下連續(xù)墻深達(dá)71米，相當(dāng)于一個(gè)樂山大佛的高度。同一地塊上，同時(shí)有向明中學(xué)、龍鳳地塊和13號(hào)線淮海中路站三個(gè)項(xiàng)目在進(jìn)行建設(shè)。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們運(yùn)用BIM正向設(shè)計(jì)和多項(xiàng)目、多專業(yè)的系統(tǒng)集成，對(duì)每個(gè)項(xiàng)目建立模型，對(duì)每個(gè)接口進(jìn)行有機(jī)處理，使這個(gè)超級(jí)困難的工程得以順利建成。

基于BIM的智慧建造

上海地鐵建設(shè)者把BIM模型輕量化和移動(dòng)互聯(lián)、信息集成整合在一起，實(shí)現(xiàn)了PIP。所謂PIP，就是項(xiàng)目信息門戶，PIP是將設(shè)計(jì)、投資、進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻監(jiān)控等多個(gè)系統(tǒng)整合在一起。BIM模型在之前運(yùn)用過程中發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)問題，一是對(duì)硬件的要求特別高，二是由于它的硬件要求高，導(dǎo)致受眾面非常狹窄，基本只有個(gè)別人員在使用，無法發(fā)揮BIM的功效。這兩個(gè)問題對(duì)BIM的推廣使用帶來了很大的限制。為此，上海地鐵建設(shè)者首先做到了BIM模型的輕量化，讓他得以在手機(jī)端能夠飛速運(yùn)行。信息集成使我們?cè)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)有許多管理手段，而這些手段都各自為政，形成許多信息孤島，使得施工管理不夠精細(xì)高效，為此我們建立了一個(gè)基于BIM模型的門戶平臺(tái)將現(xiàn)場(chǎng)所有的管理手段整合在一起，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

輕量化加信息集成的PIP已在13號(hào)線各工地全面推廣使用，提高了管理功效，收到了較好的效果。使用者進(jìn)入這樣一個(gè)門戶后，可以各取所需來完成自己的目標(biāo)。

PIP：實(shí)現(xiàn)一機(jī)在手，盡在掌握。

BIM+GIS→領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙

在地理信息上加載BIM模型和項(xiàng)目信息，讓領(lǐng)導(dǎo)者能夠?qū)?xiàng)目情況做到一目了然。

BIM模型的輕量化得以在手機(jī)端能夠飛速運(yùn)行

如圖1，13號(hào)線位走向在上海城市地圖上得以顯現(xiàn)，每個(gè)站點(diǎn)地理位置非常清晰，每個(gè)站點(diǎn)都有模型，每個(gè)模型都有項(xiàng)目信息，每條信息都有處理情況統(tǒng)計(jì)，領(lǐng)導(dǎo)者可以據(jù)此實(shí)時(shí)掌握工程情況。

BIM+進(jìn)度管理→4D

圖2中清晰顯現(xiàn)了周計(jì)劃和周完成情況，不僅有時(shí)間軸比較，還可以在模型上找到具體部位進(jìn)行比較，從中分析原因，采取措施，使得計(jì)劃控制更為直觀高效。

BIM+成本中心→5D

PIP將設(shè)計(jì)、投資、進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻監(jiān)控等多個(gè)系統(tǒng)整合在一起

圖1 BIM+GIS→領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙

圖2 BIM+進(jìn)度管理→4D

圖3 BIM+成本中心→5D

如圖3在PIP項(xiàng)下的投資管理，把BIM精確算量的功能運(yùn)用到工程量清單的技術(shù)當(dāng)中，基本上可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)情況下的工程量清單，所以成本中心就是把概算分解到最小的核算單元，每個(gè)合成單元都是一個(gè)程序，這個(gè)其實(shí)是投資管理的理念，我們就是用算量的工具和管理的理念結(jié)合，更好地進(jìn)行投資控制。

BIM＋物聯(lián)網(wǎng)→物料溯源

在現(xiàn)場(chǎng)管理中對(duì)物料管理一直來沒有很好的手段來加以管控。質(zhì)量低劣的材料仍舊混跡于重大工程中，監(jiān)理單位面對(duì)大量進(jìn)場(chǎng)材料往往也難以應(yīng)付，材料使用信息更是少有保存，可以說工程材料幾乎難以溯源。上海13號(hào)線項(xiàng)目公司在上?；疖囌颈睆V場(chǎng)西站廳的工程項(xiàng)目中首次在PIP中采用BIM模型＋二維碼的方法對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行管控，即根據(jù)每批進(jìn)場(chǎng)材料需張貼二維碼，其中加載相關(guān)信息，由監(jiān)理進(jìn)行掃碼檢查，相關(guān)信息在PIP 顯示出來。如此對(duì)材料商、監(jiān)理和總包單位都實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，且留下了清晰的數(shù)字檔案。

圖4中采用BIM模型＋二維碼的方法對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行管控。

BIM+遠(yuǎn)程監(jiān)控→可視化風(fēng)險(xiǎn)管控

如圖5，在PIP中整合遠(yuǎn)程監(jiān)控和BIM模型及周邊環(huán)境模型，以往的遠(yuǎn)程監(jiān)控在風(fēng)險(xiǎn)管控方面發(fā)揮了一定的作用，但是缺陷是不具有可視性的，只能傳遞一些文字信息，這樣很難做到在遠(yuǎn)端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況有很好了解，更不可能進(jìn)行處置了。因此，我們把遠(yuǎn)程監(jiān)控和BIM模型及周邊環(huán)境模型進(jìn)行了整合，這樣就可在遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，甚至在遠(yuǎn)端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行處置，真正做到了遠(yuǎn)端風(fēng)險(xiǎn)管控。

BIM+三維激光掃描→智慧驗(yàn)收

圖4 BIM＋物聯(lián)網(wǎng)→物料溯源

圖5 BIM+遠(yuǎn)程監(jiān)控→可視化風(fēng)險(xiǎn)管控

緊急情況下，可通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到手機(jī)端的方式進(jìn)行客流疏散

眾所周知，BIM模型是設(shè)計(jì)階段的虛擬模型，三維激光掃描是將實(shí)際完工的工程情況進(jìn)行激光掃描建模，是真實(shí)模型。將這兩個(gè)模型進(jìn)行互相比對(duì)后，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際完成和設(shè)計(jì)要求的情況存在多少偏差，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了智慧驗(yàn)收。在上海13號(hào)線馬當(dāng)路站的驗(yàn)收中，我們嘗試了用激光掃描建模，收到了較好的效果。

基于BIM的智慧運(yùn)維

對(duì)智慧運(yùn)維的嘗試和展望是在BIM模型基礎(chǔ)上對(duì)人、機(jī)、物（土建結(jié)構(gòu)）進(jìn)行大數(shù)據(jù)采集，通過移動(dòng)互聯(lián)，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維。

這里的人，分成客流和內(nèi)部管理人員兩部分，針對(duì)客流，我們嘗試在車站BIM模型的基礎(chǔ)上，對(duì)客流的大數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，掌握客流的走向規(guī)律。一方面檢驗(yàn)車站設(shè)計(jì)的合理性，另一方面對(duì)客流的引導(dǎo)提出合理方案。在緊急情況下對(duì)客流的疏散可以通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送到手機(jī)端來進(jìn)行應(yīng)急疏散。

針對(duì)內(nèi)部管理人員，我們?cè)O(shè)想在BIM模型上通過地下人員定位系統(tǒng)，也就是地下的GPS，實(shí)現(xiàn)維護(hù)人員的自動(dòng)派單和日常巡檢，從而可以提高管理效率，減少管理人員的數(shù)量。

機(jī)即設(shè)備，BIM+設(shè)備數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)智能感知。通過對(duì)設(shè)備建模，在設(shè)備上設(shè)置傳感器，對(duì)每臺(tái)設(shè)備日常工作的參數(shù)進(jìn)行采集，從而對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，比對(duì)設(shè)備的使用壽命，提出合理的維修保養(yǎng)方案。

物即土建結(jié)構(gòu)，在BIM模型中把有缺陷的土建結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行加載，通過移動(dòng)互聯(lián)的手段在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的掌握，對(duì)缺陷結(jié)構(gòu)做到數(shù)字存檔，從而更好地進(jìn)行維養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)智慧工務(wù)。

結(jié)語

BIM模型和移動(dòng)互聯(lián)是兩項(xiàng)非常好的工具，但是它們只是實(shí)現(xiàn)智慧地鐵的一條路徑，工具不是萬能的，而是需要我們管理者有變革創(chuàng)新的理念，來發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

目前，上海地鐵已經(jīng)在智慧設(shè)計(jì)、智慧建造方面進(jìn)行了有益的嘗試，取得了較好的成效。我們正對(duì)智慧運(yùn)維方面進(jìn)行積極的探索。不久的將來，我們將通過對(duì)BIM與大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)進(jìn)行有機(jī)的融合，實(shí)現(xiàn)智能感知、智能分析、動(dòng)態(tài)處置，從而打造新一代的智慧地鐵。

本文為尤旭東在2017中國(guó)城市軌道交通高層論壇·分論壇七城市軌道工程建設(shè)中外對(duì)話中的發(fā)言，根據(jù)錄音整理后授權(quán)刊登。