羅 平 王 輝 高銀鷹 張志偉 杜新明 關(guān)惠龍

(1. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點實驗室，北京 100068；3. 北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司，北京 100068；4. 中鐵七局集團西安鐵路工程有限公司，西安 710032）

1 工程概況

1.1 項目簡介

圖1 19號線一期工程線路圖

北京地鐵19號線位于北京市西部地區(qū)，南起大興區(qū)海子角地區(qū)，北至昌平區(qū)沙河地區(qū)，線路站間距大，速度目標(biāo)值高，采用A型車8節(jié)編組，全線最高速度120km/h，是一條穿越中心城的大運量南北向快線。一期工程線路全長22.4km，如圖1所示，全部為地下線，草橋站與新機場線接力換乘。共設(shè)車站10座，車輛段一座，計劃2020年底建成通車。

1.2 工程特點與難點

19號線一期工程線路穿越中心城，多次下穿既有線，途經(jīng)道路狹窄、管線密集地區(qū)，線路埋深大，風(fēng)險性高；工程施工作業(yè)面多、工程量大、工期以及施工場地緊張，整體部署、資源調(diào)配及項目管理難度大，如圖2所示；將BIM技術(shù)與工程自身特性相結(jié)合，創(chuàng)新性解決城市軌道交通建設(shè)過程中的技術(shù)與管理難題是必然要求與應(yīng)用趨勢。

圖2 牡丹園站下穿既有線

1.3 典型工點情況

北京地鐵19號線一期土建施工01合同段，包括北太平莊站-牡丹園站區(qū)間、牡丹園站、牡丹園站～終點區(qū)間。區(qū)間采用礦山法施工，車站采用PBA暗挖法施工。臨近既有地鐵10號線車站，下穿小月河等，安全風(fēng)險性大；施工精度要求高。作為全線的BIM示范工點，BIM應(yīng)用與管理水平要求高。

圖3 牡丹園站周邊環(huán)境

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

在設(shè)計、施工、運維全生命周期各階段建設(shè)和應(yīng)用 BIM，對地鐵建設(shè)空間幾何信息、空間功能信息、施工管理信息、設(shè)備等各專業(yè)數(shù)據(jù)信息進行集成與一體化管理，形成的三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計、施工管理，以及后續(xù)的竣工、運維管理。

（1）設(shè)計階段，實施一系列可落地、可持續(xù)的BIM應(yīng)用，以提高設(shè)計質(zhì)量，提高方案決策效率，實現(xiàn)設(shè)計協(xié)同管理為目標(biāo)，為后期施工奠定基礎(chǔ)。

（2）施工階段，致力形成以模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、進度管理為主線、安質(zhì)風(fēng)險為重點、投資控制為目標(biāo)、管理平臺為工具的基于BIM的創(chuàng)新管理體系，以實現(xiàn)施工全過程的三維化和數(shù)字化管理為目標(biāo)，并為后期工程移交整合過程數(shù)據(jù)[1]。

（3）竣工階段，實現(xiàn)BIM與竣工驗收相結(jié)合，實現(xiàn)基于BIM的竣工驗收全過程數(shù)據(jù)的采集、集成、歸檔，在設(shè)施設(shè)備BIM族庫基礎(chǔ)上，完善資產(chǎn)編碼、設(shè)備編號等信息，保證數(shù)據(jù)的可追溯性，為后期運維提供數(shù)據(jù)服務(wù)[2]。

（4）運維階段，實現(xiàn)基于BIM的資產(chǎn)管理，進行設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測與空間管理，通過電子標(biāo)簽、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、系統(tǒng)接口等多種手段，集成設(shè)施設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析和設(shè)施設(shè)備運維監(jiān)控，實現(xiàn)運維精細化、可視化、智能化管理[3]。

圖4 團隊組織架構(gòu)

2.2 實施方案

在北京城市軌道交通BIM實施統(tǒng)籌安排下，在北京地鐵19號線一期工程逐步建立圍繞“數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析”的軌道交通工程建設(shè)全生命期BIM技術(shù)標(biāo)準、管理應(yīng)用體系，保證數(shù)據(jù)的傳遞和共享滿足BIM應(yīng)用并符合工程建設(shè)要求。首先建立創(chuàng)新型工作體系，在工作體系指導(dǎo)下進行設(shè)計階段應(yīng)用實踐和施工階段應(yīng)用實踐。

2.3 團隊組織

北京城市軌道交通 BIM實施采用的“建設(shè)單位+BIM總體+各參建單位配合”的實施模式，組織架構(gòu)如圖所示：

建設(shè)單位設(shè)計部分管BIM實施工作，風(fēng)險部、工程部、安質(zhì)部、設(shè)備部協(xié)調(diào)配合，管理各方的BIM實施工作；BIM總體單位成立BIM研究應(yīng)用項目部，負責(zé)編制與宣貫全線BIM應(yīng)用標(biāo)準、搭建BIM協(xié)同工作平臺和集成管理平臺，審核與集成模型；設(shè)計單位負責(zé)設(shè)計階段土建、設(shè)備系統(tǒng)模型搭建，并傳遞至施工階段；施工單位BIM實施由項目總工負責(zé)，成立BIM工作室，由BIM工作室牽頭，其他部分配合，進行設(shè)計模型深化以及施工場地構(gòu)建，基于BIM集成管理平臺進行施工過程數(shù)據(jù)上報，便于建設(shè)單位進行施工管控。

2.4 應(yīng)用措施

圍繞如下幾個方面：

1）BIM實施規(guī)劃，確定工作目標(biāo)；

2）建立組織管理體系；

3）建立BIM應(yīng)用標(biāo)準；

4）構(gòu)建BIM協(xié)同工作平臺；

5）搭建BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺；

6）配套硬件建設(shè)；

7）各階段BIM應(yīng)用等分階段逐步開展。

2.5 軟硬件環(huán)境

項目的應(yīng)用軟件包括：

1）建模軟件：Autodesk Revit/3DMax/Dynamo；

2）渲染漫游軟件：Autodesk Navisworks、Fuzor、Lumion；

3）輕量化軟件：CityMaker Explorer；

4）管理平臺：自主研發(fā)的城市軌道交通BIM協(xié)同工作平臺、城市軌道交通BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺。

項目的硬件環(huán)境包括：

1）服務(wù)器：3臺Intel Xeon E7 4870 512G內(nèi)存，用于數(shù)據(jù)庫及BIM平臺運行；

2）圖形工作站：施工單位項目配備2-3臺I7-6800處理器、GTX1070顯卡的工作站，用于BIM建模與BIM管理平臺使用；

3）移動展示大屏：1臺Intel Xeon E5-1620處理器、16G內(nèi)存、64寸大屏，用于BIM調(diào)度會各方匯報演示；

4）PAD移動終端：項目部配備1臺32G內(nèi)存的安卓PAD，用于現(xiàn)場風(fēng)險巡視和隱患排查；

5）專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施：配備50M獨享專用光纖，用于平臺對外服務(wù)。

3 BIM應(yīng)用

3.1 BIM標(biāo)準體系搭建

根據(jù)當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌˙IM應(yīng)用規(guī)劃，統(tǒng)一標(biāo)準體系，并逐步制定具體標(biāo)準。主要包括：各階段 BIM應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準，各階段BIM成果交付標(biāo)準，信息語義、存儲與分類標(biāo)準等。為滿足建設(shè)方需求，重要是保障的模型統(tǒng)一、應(yīng)用統(tǒng)一和數(shù)據(jù)傳遞，因此標(biāo)準的建設(shè)深度要結(jié)合信息化建設(shè)和BIM應(yīng)用的需求分階段建立，主要包括：《城市軌道交通BIM成果管理標(biāo)準》、《城市軌道交通BIM信息術(shù)語標(biāo)準》、《城市軌道交通BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準》、《城市軌道交通構(gòu)件庫創(chuàng)建與管理標(biāo)準》、《城市軌道交通BIM建模指導(dǎo)意見》、《城市軌道交通BIM交付標(biāo)準》。

3.2 設(shè)計階段BIM應(yīng)用

基于BIM協(xié)同工作平臺進行圖紙以及模型數(shù)據(jù)的收集、在線瀏覽、審核、版本控制，實現(xiàn)云端存儲。數(shù)據(jù)最后進入至BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺進行全線各專業(yè)數(shù)據(jù)的集成和業(yè)務(wù)功能管理。

設(shè)計階段首先由設(shè)計單位按照BIM標(biāo)準基于各專業(yè)的提資資料（市政管線、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備及裝修等）構(gòu)建BIM模型，按照建設(shè)單位的圖模同步提交管理辦法在平臺中提交，BIM總體單位審核、集成、階段性入庫，設(shè)計單位進入BIM平臺進行集成后的三維設(shè)計方案匯報。審核通過后BIM模型輔助生成各專業(yè)施工藍圖。通過設(shè)計人員本身建模、空間碰撞檢查可以大幅提升設(shè)計圖紙的質(zhì)量；基于BIM的在線匯報與評審可以提高方案決策的效率；通過圖模同步提交，可以實時掌控設(shè)計圖紙進度。

圖5 三維設(shè)計方案匯報

設(shè)計階段開展的BIM應(yīng)用如下：

1）方案比選：利用BIM的可視化特點進行方案比選，選出最佳的設(shè)計方案；使項目方案的溝通、討論、決策在可視化的三維場景下進行，實現(xiàn)項目設(shè)計方案決策的直觀和高效；

圖6 換乘方案展示對比

圖7 改遷管線展示

2）交通疏解、管線遷改：創(chuàng)建施工圍擋范圍內(nèi)的市政管線、施工圍擋及影響管線遷改的周邊環(huán)境模型，分階段模擬管線遷改和道路疏解，檢查方案可行性；利用BIM的可視化、可模擬、精確性等特點，實現(xiàn)交通疏解和管線遷改方案的優(yōu)化和模擬。

3）方案可視化：包括換乘方案、變更方案、風(fēng)險源等控制因素；

圖8 變更方案三維可視化

圖9 市政管線資料檢查

圖10 設(shè)計圖紙質(zhì)量檢查

4）市政管線資料檢查：建立位置、高程準確的市政管線模型，并進行協(xié)調(diào)性檢查及環(huán)境影響分析，19號線通過模型對市政管線調(diào)查資料進行檢查，發(fā)現(xiàn)管線標(biāo)高錯誤、斷頭管線、管線標(biāo)高缺失、管線尺寸缺失、管井尺寸缺失5類錯誤，共140余處；

5）設(shè)計圖紙質(zhì)量檢查：通過建模過程、結(jié)合平臺二三維聯(lián)動審核，檢查圖紙錯誤；

6）預(yù)留孔洞檢查、管線碰撞檢查：基于BIM技術(shù)，創(chuàng)建各專業(yè)管線模型，檢測模型之間是否已經(jīng)發(fā)生碰撞或即將發(fā)生碰撞，檢查模型之間是否滿足特定間距要求，并報告和展示模型發(fā)生碰撞的位置點或不能滿足特定間距要求的位置點、疑似問題點，進一步調(diào)整設(shè)計成果，提高設(shè)計質(zhì)量[4]；

圖11 預(yù)留孔洞與碰撞檢查

7）三維管線綜合：基于BIM模型，根據(jù)管線碰撞檢查結(jié)果、大型設(shè)備運輸路徑檢查結(jié)果進行管線調(diào)整，合理布置設(shè)備區(qū)走廊和站臺層公共區(qū)管線，為綜合支吊架施工做好準備；合理布置公共區(qū)管線，使其滿足裝修、設(shè)備運行、檢修空間、和設(shè)備運輸空間要求，最終確保施工方可按圖施工[5]。

圖12 三維管線綜合

3.3 施工階段BIM應(yīng)用

為滿足施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用，進行模型深化設(shè)計和施工階段應(yīng)用點展開，具體如下：

1）BIM模型深化：豎井橫通道按榀精細建模，保證模型與現(xiàn)場的一致性。

圖13 按榀構(gòu)建豎井橫通道模型

2）三維技術(shù)交底：將復(fù)雜節(jié)點或工序以三維插圖及動畫的形式進行可視化三維施工技術(shù)及特級風(fēng)險源施工交底，還為項目管理人員以三維動畫的形式，進行PBA八導(dǎo)洞施工工藝的培訓(xùn)，讓沒有地鐵暗挖施工經(jīng)驗的工作者對其施工工序及工序轉(zhuǎn)換，快速、深入的學(xué)習(xí)掌握，從而為項目施工每一步都做好對應(yīng)的決策，更好地把控施工進度、施工質(zhì)量及施工風(fēng)險。

圖14 PBA八導(dǎo)洞施工工藝交底

圖15 施工場地臨建與機械布置

圖16 風(fēng)險巡視上報

3）場地布置：通過三維模型，對施工場地進行科學(xué)合理的規(guī)劃，包括生活區(qū)及施工區(qū)的配電棚、砂石料庫、格柵堆放區(qū)、渣倉等，快速有效的對場地進行布置，有效的提高了場地的利用率，減少二次搬用產(chǎn)生的成本。也通過輸出二維圖紙及工程量清單，直接指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

4）基于BIM平臺的風(fēng)險巡視：由第三方監(jiān)測單位每日使用PAD端基于BIM模型進行風(fēng)險巡視，在三維場景中定位巡視部位，上傳現(xiàn)場照片、視頻，對本次巡視進行小結(jié)，管理平臺查看巡視預(yù)警發(fā)生位置。

5）基于BIM平臺的隱患排查：在移動端內(nèi)置城市軌道交通隱患排查要點，按照排查項目、排查分項、排查內(nèi)容，在三維場景中標(biāo)記隱患位置，進行隱患處理狀態(tài)的實時跟蹤和快速定位，移動端隱患排查如圖17所示。

圖17 移動端隱患排查

6）基于BIM平臺的前期工程掌控：將工程模型及環(huán)境數(shù)據(jù)、前期工作管理行為數(shù)據(jù)集成至“BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺”中，工作人員定期完成前期工程數(shù)據(jù)的錄入工作，包含進場狀態(tài)、補償談判、產(chǎn)權(quán)單位確認、方案受理、審批完成、現(xiàn)場實施等。能夠直觀的反映全線各標(biāo)段、各地塊的工作狀態(tài)，尤其是正在進行的和將要發(fā)生的前期工作；進行統(tǒng)計線路級、工點級的已進場地塊數(shù)量、未進場地塊數(shù)量，存在進場困難的地塊數(shù)量及各地塊存在的具體問題等。

圖18 征占地監(jiān)控

7）基于BIM平臺的進度狀態(tài)掌控：將施工模型細度細化至PBA工法最小施工單元（即按榀切分的模型數(shù)據(jù)）。將工程二維的形象進度表達，轉(zhuǎn)化為三維形象進度表達，更加直觀；實現(xiàn)在施作業(yè)面統(tǒng)計及高亮閃爍，實時掌握當(dāng)前作業(yè)面的位置及其與環(huán)境風(fēng)險的相對位置關(guān)系；通過比較計劃與實際完成時間，以紅色、綠色高亮兩種形式表達進度超前滯后現(xiàn)狀；拖動時間軸來直觀展示歷史進度。

圖19 進度動態(tài)展示

8）基于BIM平臺的風(fēng)險管控：按照設(shè)計圖紙完成測點布設(shè)模型及攝像頭布置模型，模型與現(xiàn)場保持一致；集成后的模型數(shù)據(jù)包含環(huán)境風(fēng)險模型、自身風(fēng)險模型、監(jiān)測點模型、攝像頭模型四部分，其中監(jiān)測管理與安控中心的風(fēng)險平臺已實現(xiàn)風(fēng)險監(jiān)測數(shù)據(jù)及監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)的實時對接；監(jiān)控到的預(yù)警信息及時推送至移動端APP與Web端監(jiān)控界面中，由相關(guān)人員按照風(fēng)險處理辦法在指定時間內(nèi)響應(yīng)并消警。

圖20 BIM風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警

圖21 豎井橫通道算量范圍

9）基于BIM平臺的合同計量：利用軌道交通BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺，實現(xiàn)精準、快速計量為核心的工程造價管理?；贐IM總體編制的《算量模型建模標(biāo)準》（試行稿），以北太平莊站圍護結(jié)構(gòu)-施工豎井橫通道及其格柵為第一階段研究對象，完成模型建立。

圖22 算量模型

4 應(yīng)用效果

通過北京地鐵19號線一期工程BIM總體管理的實施，通過設(shè)計階段環(huán)境模型、工程自身模型的搭建，快速直觀對方案對比和展示，輔助快速決策，梳理全線附屬建筑及一體化，推動報規(guī)工作。

平臺通過多種數(shù)據(jù)采集方式，包括：物聯(lián)網(wǎng)采集、數(shù)據(jù)上報、外部系統(tǒng)對接等，實時掌握施工現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)、人員、物料狀態(tài)、大型設(shè)備的統(tǒng)計狀態(tài)；全線各工點的施工進度；風(fēng)險源、監(jiān)測點的狀態(tài)掌控；全線隱患狀態(tài)、驗收狀態(tài)、投資狀態(tài)掌控；基于三維形象進度，根據(jù)公司節(jié)點計劃和施工流程、步序等導(dǎo)入施工計劃，利用現(xiàn)場定位和驗證技術(shù)，定期自動形成施工進度報表，統(tǒng)計形象進度、投資完成情況數(shù)據(jù)，并與施工計劃進行分析，具備計劃模型加載和施工模型加載的動態(tài)切換，滿足于公司層級至項目層級的工程進度管理和工程建設(shè)調(diào)度會的需求。

北京地鐵19號線一期工程BIM技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)了如下突破：

1）首次在全國城市軌道交通行業(yè)推動實施二維設(shè)計圖紙與三維信息模型同步提交；

2）首次推動實施施工過程的“虛擬建造、先試后建”，開展基于全線大數(shù)據(jù)的全線形象進度 管理，實現(xiàn)總體調(diào)度、安全監(jiān)控、隱患排查多方面的三維可視化管理；

3）作為住建部課題示范線，聯(lián)合多家業(yè)主單位形成《城市軌道交通BIM應(yīng)用指南》形成城市軌道交通BIM實施的整套方法和措施。

5 結(jié)語

本文以建設(shè)單位需求為導(dǎo)向，詳細論述了BIM總體管理體系在北京地鐵 19號線一期工程的研究與應(yīng)用，包括：BIM應(yīng)用標(biāo)準、BIM協(xié)同工作平臺、BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺，并規(guī)定了總體管理體系下設(shè)計階段、施工階段各方的BIM應(yīng)用工作，極大地提高了BIM工作的開展質(zhì)量和效率。

由于BIM技術(shù)本身處于發(fā)展階段，配套的技術(shù)、法規(guī)、管理理念都在不斷地完善，BIM總體管理體系需要和建設(shè)單位工程建設(shè)管理需求以及企業(yè)信息化發(fā)展方向相結(jié)合。在實施過程中，首先保障軌道交通全生期建設(shè)數(shù)據(jù)的BIM化，并使其傳遞到運維是基礎(chǔ)。是保障后續(xù)發(fā)展的必要條件[6～7]。