陳順

華東建筑設(shè)計研究總院

BIM作為繼CAD后出現(xiàn)的建筑業(yè)又一項重要的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，在建筑全生命周期的應(yīng)用大大提高了項目的建設(shè)效率和信息集成化程度，給建筑業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2013年10月28日，申通地鐵集團(tuán)發(fā)布《軌道交通BIM相關(guān)工作相關(guān)事宜的指導(dǎo)意見》，明確規(guī)定了上海軌道交通項目應(yīng)開展全生命期BIM技術(shù)應(yīng)用，同時還規(guī)范了上海軌道交通BIM的工作范圍、工作內(nèi)容、工作成果、合同簽訂形式以及取費標(biāo)準(zhǔn)。

2014年10月29日，上海市出臺《關(guān)于在本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》），旨在推廣建筑信息模型（BIM）技術(shù)在上海市建筑行業(yè)的應(yīng)用。《意見》明確指出：自2015年起，選擇一定規(guī)模的醫(yī)院、學(xué)校、保障性住房、軌道交通、橋梁（隧道）等政府投資工程和部分社會投資項目進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用試點，形成一批在提升設(shè)計施工質(zhì)量、協(xié)同管理、減少浪費、降低成本、縮短工期等方面成效明顯的示范工程。

2015年5月21日，為加快推廣上海市BIM技術(shù)應(yīng)用，不斷提高BIM應(yīng)用水平，在總結(jié)上海市BIM技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，按照上海市人民政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)市建設(shè)管理委《關(guān)于在本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見的通知》要求，制定《上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南（2015版）》，本指南將有助于指導(dǎo)和規(guī)范上海市BIM技術(shù)應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)BIM技術(shù)的價值。

1 項目概況

上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營指揮調(diào)度大樓項目位于上海軌道交通4號線蒲匯塘停車場的西北角地塊內(nèi)，場地狹長，東西長約177m，短邊寬約51m，南邊寬約78m，基地面積約10 662m2，項目面積約為53 716m2，其中地上部分總建筑面積約為36 637m2，地下部分總建筑面積約為17 079m2。建設(shè)周期兩年半，計劃2015年6月開工，2017年6月提供線路設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)入安裝的條件，至2017年12月底建成試運行，預(yù)計工程總投資97 032.11萬元（圖1）。

本項目建設(shè)的指揮調(diào)度大樓將成為面向上海軌道交通全線網(wǎng)絡(luò)運營的指揮中樞，項目采用“1+7+21”定位模式，即1個網(wǎng)絡(luò)運營協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮中心、7個子中心、21條軌交線路OCC，具備路網(wǎng)整體監(jiān)控、集中調(diào)度、運營協(xié)調(diào)、應(yīng)急指揮和輔助決策的功能。實現(xiàn)上海軌道交通核心運營力量的整合與作用發(fā)揮，及時面對面溝通與快速反應(yīng)，科學(xué)與有效的決策指揮（圖2）。

項目建設(shè)將順應(yīng)軌道交通技術(shù)和管理發(fā)展新形勢，總結(jié)上海軌道交通多年來的網(wǎng)絡(luò)化運營管理經(jīng)驗，建成一個滿足上海軌道交通線網(wǎng)發(fā)展要求，適合上海軌道交通路網(wǎng)運營管理特點的功能完備、空間集約、技術(shù)智能、決策科學(xué)，體現(xiàn)上海軌道交通建設(shè)和運營管理水平的生產(chǎn)功能大樓。

2 項目難點和BIM技術(shù)的必要性

2.1 土建工程風(fēng)險

本項目擬建9層的地面大樓，地下一至三層設(shè)OCC設(shè)備及維修操作區(qū)、車庫等用房?；由疃燃s為16.1m，采用明挖順作法施工，地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下結(jié)構(gòu)施工與地下車站結(jié)構(gòu)施工除結(jié)構(gòu)自身的施工風(fēng)險（如開挖風(fēng)險、支撐體系施工風(fēng)險、降水風(fēng)險等）外，還有基坑范圍內(nèi)管線搬遷及鄰近管線開挖風(fēng)險、基坑開挖鄰近既有建構(gòu)筑物等風(fēng)險。另外本項目中，15號線吳中路車站、技術(shù)中心大樓離基坑較近，均在一倍基坑范圍內(nèi)，因此其自身風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險不容忽視。

2.2 機(jī)電專業(yè)門類多且復(fù)雜

1 鳥瞰效果圖

2 網(wǎng)絡(luò)運營的指揮中心架構(gòu)圖

3 設(shè)計方案對比

4 工況一舒適度模擬分析

上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營指揮調(diào)度大樓不僅布設(shè)常規(guī)的暖通、給排水及消防等多個機(jī)電系統(tǒng)，還配備了智能化集成系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全技術(shù)防范系統(tǒng)、廣播電視會議與信息查詢及發(fā)布系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信息資源網(wǎng)接入系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、供電與接地等復(fù)雜強(qiáng)弱電系統(tǒng)。另外本項目包含極其復(fù)雜的業(yè)務(wù)組成，包括1個網(wǎng)絡(luò)化運營綜合指揮平臺、7個網(wǎng)絡(luò)化業(yè)務(wù)子中心、21條線路OCC。網(wǎng)絡(luò)化運營綜合指揮平臺是COCC核心運作平臺，由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、綜合監(jiān)視系統(tǒng)、應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)、綜合通信系統(tǒng)、日常應(yīng)用管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲及備份系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及安全系統(tǒng)、開發(fā)測試系統(tǒng)和綜合電源與接地系統(tǒng)共11個部分組成。網(wǎng)絡(luò)化業(yè)務(wù)子中心主要有電網(wǎng)調(diào)度子中心、數(shù)據(jù)子中心、媒體與信息服務(wù)子中心、設(shè)施設(shè)備運行監(jiān)測與保障子中心、網(wǎng)絡(luò)安全聯(lián)合監(jiān)視子中心、環(huán)境與能源監(jiān)測子中心、清分子中心共7個子中心。OCC設(shè)置規(guī)模按全網(wǎng)集中調(diào)度指揮目標(biāo)建設(shè)，即根據(jù)上海軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃實現(xiàn)21條線OCC的集中設(shè)置，同時調(diào)度大廳適當(dāng)預(yù)留可再擴(kuò)展7或8條線的條件，以滿足未來規(guī)劃線路同廳指揮的需求。

2.3 工期緊迫、施工組織難度大

控制中心的工期與5號線南延伸的工期一致，因5號線南延伸控制中心需要納入本控制中心，若因施工、方案等因素延誤了控制中心的工期，導(dǎo)致5號線南延伸無法按時接入控制中心大樓內(nèi)，則會對5號線南延伸的運營造成一定影響。此外，電源的引入需在15號線建成后，因此若15號線的工期因規(guī)劃、方案或其他因素而被延誤，則會影響本控制中心的建造施工時間。

2.4 運營需求

由于項目是上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營的中樞，因此其安全、穩(wěn)定的運營直接關(guān)系到上海軌道交通線網(wǎng)的運營，需采用數(shù)字化運營模式，并充分考慮到運營后風(fēng)險，提高指揮調(diào)度大樓的運維管理水平，為全網(wǎng)絡(luò)的安全運營和有效應(yīng)急奠定基礎(chǔ)。而數(shù)字化運營的基礎(chǔ)則是項目竣工交付的BIM模型，通過BIM模型承載設(shè)計和施工階段的靜態(tài)信息，無損且高效地傳遞至運營階段，并整合運營期間的動態(tài)信息，為運維管理水平的提升提供了有效的數(shù)據(jù)保障。

針對項目建設(shè)和運營期的若干難點和風(fēng)險，引進(jìn)BIM技術(shù)，全面應(yīng)用于項目全生命期，切實服務(wù)工程建設(shè)和后續(xù)運營。創(chuàng)建三維信息模型對項目設(shè)計、施工階段方案進(jìn)行優(yōu)化，提高項目各階段、各參與方的協(xié)同作業(yè)水平；基于設(shè)計階段BIM交付模型，并結(jié)合三維可視化施工管理平臺，提高施工組織協(xié)調(diào)性、減少返工誤工、加快施工進(jìn)度、降低施工風(fēng)險；基于BIM數(shù)據(jù)庫將建設(shè)期信息有效地傳遞至運維階段，開發(fā)運維管理平臺，提升運維階段的安全運行水平和設(shè)施設(shè)備管理水平。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 精細(xì)化設(shè)計

在設(shè)計階段創(chuàng)建BIM模型，并通過針對性的BIM應(yīng)用價值挖掘、優(yōu)化設(shè)計方案，有效減少設(shè)計圖紙中的錯漏碰缺，提高項目設(shè)計質(zhì)量，提升設(shè)計品質(zhì)。主要BIM應(yīng)用如下。

（1）設(shè)計方案必選

設(shè)計初期，共討論了多個可行方案。方案一：體塊完形，軌交列車，昂揚(yáng)前行；方案二：平面分形，中流砥柱，高效有序；方案三：立面分形，活力進(jìn)取，城市亮點；方案四：虛實結(jié)合，動感活躍，現(xiàn)代標(biāo)志。最終業(yè)主選擇：表皮完整大氣，內(nèi)外空間一致，整體感覺莊重嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃奶柗桨福▓D3）。

（2）性能化分析

對調(diào)度大廳進(jìn)行舒適度模擬分析，優(yōu)化調(diào)度大廳熱環(huán)境，選擇合理的送風(fēng)方案。工況一：僅采用工位送風(fēng)對整個調(diào)度大廳進(jìn)行送風(fēng)（圖4）；工況二：采用工位送風(fēng)以及頂部旋流風(fēng)口對人員所在區(qū)域送風(fēng)（圖5）。分析結(jié)果工況二優(yōu)于工況一，因此選擇工況二。

（3）管線綜合優(yōu)化

各專業(yè)設(shè)計師通過構(gòu)建BIM模型，進(jìn)行相互提資，通過模型整合完成各專業(yè)間的碰撞檢測、凈空優(yōu)化和管線綜合優(yōu)化，并通過模型導(dǎo)出設(shè)計圖紙，將管線綜合成果反映到設(shè)計圖紙中，指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計圖紙的質(zhì)量，保證模型和圖紙的一致性（圖6）。

（4）室內(nèi)方案比選

利用BIM模型三維可視化，進(jìn)行調(diào)度大廳室內(nèi)方案進(jìn)行比選，實時反映真實的室內(nèi)空間效果，為業(yè)主的決策提供支持。通過四個方案的比選，業(yè)主最終選擇以星空為主題的方案二（圖7）。

（5）燈光方案比選

調(diào)度大廳精裝方案確定后，利用BIM模型對調(diào)度大廳內(nèi)部的裝修材料顏色及燈光布置進(jìn)行比選。方案一：采用冷色調(diào)，專注嚴(yán)謹(jǐn)，利于精神集中專注指揮，重點突出；方案二：采用暖色調(diào)，色調(diào)明亮，溫馨舒適，整體性高。業(yè)主希望調(diào)度大廳燈光設(shè)計以簡潔明快、大氣為主，避免土豪感，因此選擇了方案一（圖8）。

6 管線綜合優(yōu)化

7 室內(nèi)方案

8 燈光效果方案

9 深化設(shè)計

10 搬遷前后市政管網(wǎng)對比

11 施工進(jìn)度模擬

12 幕墻安裝模擬

13 VR 施工模擬

14 MR 樣板房

15 智慧管理平臺

3.2 精益化施工

施工階段借助BIM技術(shù)，指導(dǎo)施工單位未建先試，優(yōu)化施工方案，提高施工組織效率，降低施工成本和返工誤工風(fēng)險，切實提高施工質(zhì)量，有效縮短工期，降低工程造價。主要BIM應(yīng)用如下。

（1）BIM模型深化

利用BIM模型進(jìn)行施工交底，將設(shè)計階段的BIM模型傳遞給施工總包方，由施工總包方負(fù)責(zé)施工階段BIM模型深化、變更維護(hù)、添加構(gòu)件編碼等信息，賦予每個構(gòu)件唯一編碼，使模型可以和現(xiàn)場構(gòu)件數(shù)字化關(guān)聯(lián)，為施工階段BIM進(jìn)度、安全管理提供信息基礎(chǔ)（圖9）。

（2）管線搬遷

利用BIM模型配合工程綜合管理做好管線搬遷前的現(xiàn)場調(diào)查，對管線搬遷方案進(jìn)行綜合規(guī)劃設(shè)計，結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況對管線綜合規(guī)劃提出方案（圖10）。

（3）4D進(jìn)度模擬

通過4D技術(shù)，將以往長達(dá)幾十頁的進(jìn)度計劃文件轉(zhuǎn)成動態(tài)4D演示動畫，幫助整個施工團(tuán)隊清晰、快捷地進(jìn)行進(jìn)度審查、進(jìn)度深化、進(jìn)度跟蹤、資源管理工作，優(yōu)化工期排布，科學(xué)合理地規(guī)劃施工進(jìn)度（圖11）。

（4）幕墻安裝模擬

利用BIM模型進(jìn)行幕墻安裝模擬，對安裝工況進(jìn)行分解演示，不僅可以優(yōu)化施工組織方案，而且可以快速、有效地與安裝工人進(jìn)行施工安裝前的交底培訓(xùn)工作，指導(dǎo)現(xiàn)場施工（圖12）。

（5）VR施工交底

本項目中新型方柱加固件是一項新的模板工藝，利用虛擬現(xiàn)實HTC頭盔給技術(shù)員、施工員進(jìn)行沉浸式的施工交底，讓他們對該項目復(fù)雜的工藝以及流程有更直觀的理解（圖13）。

（6）MR樣板房方案比選

將BIM模型導(dǎo)入到HoloLens MR頭顯中，快速實現(xiàn)現(xiàn)實環(huán)境與BIM模型的互動結(jié)合，通過MR技術(shù)進(jìn)行樣板房方案的討論，可以讓業(yè)主真切地感受空間效果，實時地根據(jù)業(yè)主要求對室內(nèi)布局進(jìn)行調(diào)整，對家具樣式、顏色等進(jìn)行選擇，提高了溝通協(xié)調(diào)的效率，節(jié)約了施工成本（圖14）。

（7）智慧管理平臺

本項目施工階段采用智慧建造管理平臺進(jìn)行施工階段的建造管理，針對項目不同角色提供對項目各方面狀況的全局展現(xiàn)，包括進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、技術(shù)管理、資料管理、模型管理、會議管理、通過云與移動互聯(lián)進(jìn)行人員定位、車輛識別等；支持手機(jī)端，項目參與人員可以隨時隨地掌握項目動態(tài)，實現(xiàn)基于BIM的精益化、集成化、智慧化管理，為確保項目高效、優(yōu)質(zhì)提供了科學(xué)、有效的管理手段和方法（圖15）。

4 結(jié)語

隨著BIM技術(shù)的持續(xù)推廣和BIM應(yīng)用水平的不斷提升，BIM技術(shù)已經(jīng)融入到建筑行業(yè)規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維等各個階段，BIM技術(shù)在項目全過程中的應(yīng)用已經(jīng)不再是一家公司、單個階段獨立的應(yīng)用，而是一個持續(xù)性的、不斷深化的動態(tài)過程。因此，在實現(xiàn)建筑全生命周期BIM應(yīng)用的進(jìn)程中，需要打通各階段BIM軟件和數(shù)據(jù)的對接，保證各階段模型和數(shù)據(jù)的延續(xù)性和可擴(kuò)展性。另外，隨著云與移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR、MR等技術(shù)的飛速發(fā)展，精細(xì)化設(shè)計、精益化施工、集成化交付、智慧化管理已經(jīng)不再是紙上談兵。