劉占英 張振義 王 輝 麻永華 董桂林

(1.呼和浩特市城市軌道交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司，呼和浩特 010020；2.北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100068)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

呼和浩特市軌道交通1、2號(hào)線一期工程是全國(guó)首個(gè)以全投資PPP模式運(yùn)作的軌道交通項(xiàng)目， 1號(hào)線一期工程線路全長(zhǎng)約21.7km，共設(shè)車(chē)站20座， 2016年4月開(kāi)工建設(shè)，于2019年12月29日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)； 2號(hào)線一期工程線路全長(zhǎng)約27.3km，共設(shè)車(chē)站24座， 2016年8月開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃2020年10月通車(chē)。線路如圖1所示。

圖1 呼市軌道1、2號(hào)線一期工程線路圖

1.2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

呼市軌道1、2號(hào)線一期工程線路穿越核心城區(qū)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程多，施工條件復(fù)雜，安全管理難度大； 工程技術(shù)難度高，工期時(shí)間緊，干擾因素多，進(jìn)度管控難度高； 專(zhuān)業(yè)接口多，三邊工程，項(xiàng)目協(xié)調(diào)效率低，如圖2所示。工程使用BIM技術(shù)[1-3]，基于“一套BIM模型繪到底”，在全生命周期各階段，各參建方共享一套數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案直觀展示、土建與設(shè)備快速準(zhǔn)確算量、多專(zhuān)業(yè)之間的空間沖突檢查以及建設(shè)數(shù)據(jù)無(wú)損移交至運(yùn)維使用。

圖2 新華廣場(chǎng)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)

在呼市軌道1、2號(hào)線全面系統(tǒng)地應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、管理、交付。要按照“全面數(shù)字化建造、全面BIM移交運(yùn)營(yíng)”標(biāo)準(zhǔn)籌劃和推進(jìn)工作，實(shí)際工作和BIM應(yīng)用同步進(jìn)行。

做好BIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用，積累并形成呼市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的大數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)BIM升級(jí)公司建設(shè)管理和運(yùn)營(yíng)管理信息化系統(tǒng)，以數(shù)字化建造、信息化運(yùn)營(yíng)，打造“數(shù)字化地鐵”。

2.2 實(shí)施方案

呼市軌道BIM應(yīng)用按照土建、設(shè)備分步開(kāi)展。土建專(zhuān)業(yè)實(shí)行“圖模同步提交”，保證圖紙質(zhì)量； 設(shè)備專(zhuān)業(yè)實(shí)行“正向設(shè)計(jì)”，通過(guò)各階段封模來(lái)保證模型的唯一、共享和傳遞，實(shí)施流程如圖3所示。

圖3 BIM實(shí)施流程

1)設(shè)計(jì)階段：站后工程采用三維正向設(shè)計(jì)，生成各專(zhuān)業(yè)藍(lán)圖，達(dá)到“圖模一致”；

2)施工準(zhǔn)備階段：BIM設(shè)計(jì)模型進(jìn)行施工深化，指導(dǎo)施工；

3)施工階段：BIM配合現(xiàn)場(chǎng)各專(zhuān)業(yè)施工，BIM模型變更時(shí)，走BIM變更程序；

4)竣工階段：補(bǔ)充完善信息，數(shù)字化移交，達(dá)到圖?，F(xiàn)場(chǎng)三者一致。

2.3 團(tuán)隊(duì)組織

呼市軌道交通BIM實(shí)施采用“建設(shè)單位統(tǒng)一組織、總體單位統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、參建單位有序?qū)嵤钡慕M織模式，組織架構(gòu)如圖4所示。

2.4 應(yīng)用措施

BIM實(shí)施之初，統(tǒng)一發(fā)布BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，搭建BIM平臺(tái)軟硬件環(huán)境，建立協(xié)同工作機(jī)制，采用“樣板先行、樣板引路”的實(shí)施策略，分階段分步驟開(kāi)展BIM應(yīng)用。

2.5 軟硬件環(huán)境

項(xiàng)目軟件環(huán)境：BIM應(yīng)用的軟件名稱(chēng)、版本以及用途如表1所示。

表1 軟件配置

項(xiàng)目硬件環(huán)境：BIM應(yīng)用搭建服務(wù)器、工作站、移動(dòng)端以及專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)施，配置如表2所示。

圖4 團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)

表2 硬件配置

3 BIM應(yīng)用

3.1 BIM標(biāo)準(zhǔn)體系搭建

根據(jù)呼和浩特市軌道交通BIM應(yīng)用規(guī)劃，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，在項(xiàng)目實(shí)施之前制定《呼和浩特市城市軌道交通BIM建模標(biāo)準(zhǔn)》、《呼和浩特市城市軌道交通BIM設(shè)施設(shè)備族庫(kù)交付標(biāo)準(zhǔn)》、《呼和浩特市城市軌道交通BIM總體管理辦法》、《呼和浩特市城市軌道交通BIM施工深化應(yīng)用導(dǎo)則》，對(duì)各階段、各參建單位的BIM建模、應(yīng)用、交付、共享進(jìn)行了明確的規(guī)定和要求。

3.2 BIM建模

根據(jù)勘察資料、地形圖，現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)景高清照片，采用呼市地方坐標(biāo)系建立線路周邊環(huán)境真實(shí)感模型。建模范圍為：車(chē)站邊界200m范圍、區(qū)間邊界100m范圍； 建模內(nèi)容包括：建(構(gòu))筑物、市政管線、地形(含高程)、植被、道路及附屬設(shè)施(滿(mǎn)足前期及風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)象)，周邊環(huán)境模型如圖5所示。

圖5 地鐵車(chē)站周邊環(huán)境模型

按照BIM建模標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備的提資圖，建立全線車(chē)站、場(chǎng)段、控制中心的BIM模型，如圖6所示； 模型創(chuàng)建范圍包括：建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝飾裝修專(zhuān)業(yè)； 模型細(xì)度分別達(dá)到施工圖設(shè)計(jì)深度，支持施工工法、換乘方案、設(shè)備施工圖出圖等。

圖6 變電所土建設(shè)備模型

自主研制區(qū)間自動(dòng)化建模插件。建立并集成全線區(qū)間、出入段線的BIM模型，如圖7所示； 模型創(chuàng)建范圍包括盾構(gòu)管片、聯(lián)絡(luò)通道、軌道、支架、接觸網(wǎng)、軌道、管線專(zhuān)業(yè)； 模型細(xì)度分別達(dá)到施工圖設(shè)計(jì)深度，支持施工工法、換乘方案、重大工程風(fēng)險(xiǎn)分析等。

圖7 盾構(gòu)區(qū)間土建設(shè)備模型

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)圖紙，按照BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工深化，進(jìn)行臨建布置，圍護(hù)結(jié)構(gòu)建模，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。模型創(chuàng)建范圍包括：臨建、機(jī)械設(shè)備、土方土塊、主體流水段等； 模型細(xì)度達(dá)到指導(dǎo)施工和輔助施工管理的深度，細(xì)化至每一作業(yè)流水段，如圖8所示。

圖8 明挖車(chē)站土方圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型

設(shè)備安裝階段，在設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行管線的優(yōu)化布置，制作異形連接件、綜合支吊架排布、設(shè)備房間優(yōu)化布置，指導(dǎo)施工； 模型創(chuàng)建范圍包括：管線、支吊架、房間設(shè)備等； 模型細(xì)度達(dá)到指導(dǎo)施工和輔助施工管理的深度，管線分段下料的程度。

圖9 車(chē)站設(shè)備房間深化模型

在設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上，依據(jù)《城市軌道交通工程工程量計(jì)算規(guī)范》(GB 50861-2013)建立算量模型，如圖10所示； 模型創(chuàng)建范圍包括：土建主體、附屬、臨時(shí)結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)； 模型參數(shù)包含計(jì)量清單中的計(jì)量信息[4-5]，模型工程量與圖紙算量誤差控制在2%以?xún)?nèi)。

圖10 圍護(hù)結(jié)構(gòu)算量模型

施工單位根據(jù)施工場(chǎng)地布置的實(shí)際情況建立場(chǎng)地范圍內(nèi)的臨建模型； 模型創(chuàng)建范圍包括：項(xiàng)目部駐地、人員生活區(qū)、施工作業(yè)區(qū)； 場(chǎng)地布置與現(xiàn)場(chǎng)一致，包含但不限于大型施工機(jī)械、鋼筋加工廠、生活區(qū)、辦公區(qū)設(shè)施，如圖11所示。

圖11 臨建模型

車(chē)站(含附屬)與周邊環(huán)境關(guān)系密切，車(chē)輛單體以及控制中心、車(chē)站內(nèi)部及出入口裝修，對(duì)城市景觀影響大，用戶(hù)體驗(yàn)影響大。利用BIM技術(shù)“所見(jiàn)即所得”的特點(diǎn)，梳理全線車(chē)站建筑、附屬及裝修的一體化設(shè)計(jì)方案。

圖12 出入口設(shè)計(jì)方案

3.3 設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段根據(jù)建立的周邊環(huán)境模型信息、地質(zhì)模型信息、土建方案模型信息、設(shè)備模型信息、設(shè)計(jì)圖紙變更等信息，通過(guò)BIM數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)，進(jìn)行方案可視化模擬、圖紙質(zhì)量檢查、環(huán)境資料核查、方案比選、輔助匯報(bào)、管線改遷、交通疏解等BIM應(yīng)用，如圖13所示。

圖13 設(shè)計(jì)方案雙窗口比選

基于BIM協(xié)同工作平臺(tái)進(jìn)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(shí)現(xiàn)云端存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)最后進(jìn)入至BIM數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)進(jìn)行全線各專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的集成和業(yè)務(wù)功能管理。

三維管線綜合[6-8]：

1)根據(jù)各專(zhuān)業(yè)提資的施工圖、控制參數(shù)(裝修凈高、房間凈高、走廊凈高要求、檢修空間等)以及相關(guān)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)三維協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，管線碰撞檢查，合理布置公共區(qū)管線，使其滿(mǎn)足裝修、設(shè)備運(yùn)行、檢修空間和設(shè)備運(yùn)輸空間要求。

2)生成各專(zhuān)業(yè)(通風(fēng)、給排水、動(dòng)照、ISCS、通信、信號(hào)、FAS、BAS等)的平面圖、關(guān)鍵部位的剖面圖(中心里程、公共區(qū)兩端、出端門(mén)處、設(shè)備區(qū)走道等)、綜合支吊架布置圖，使用統(tǒng)一的圖幅圖例進(jìn)行局部調(diào)整，生成施工藍(lán)圖。

圖14 設(shè)計(jì)方案二三維校核

圖15 三維管線綜合

根據(jù)三維管線綜合結(jié)合二次結(jié)構(gòu)模型，生成二三維墻體預(yù)留洞口圖。

圖16 預(yù)留孔洞預(yù)留

3.4 施工階段BIM應(yīng)用

在施工BIM模型基礎(chǔ)上，土建施工階段開(kāi)展的BIM應(yīng)用包括：施工工藝模擬、三維施工交底、BIM二維碼應(yīng)用、大型設(shè)備運(yùn)輸路徑檢查、風(fēng)險(xiǎn)源穿越模擬、三維激光掃描、測(cè)量放樣等。設(shè)備安裝階段開(kāi)展的BIM應(yīng)用包括：三維管線綜合、孔洞預(yù)留檢查、三維數(shù)字交底、管線優(yōu)化布置、管線分段下料、綜合支吊架排布、設(shè)備房間布置、裝修設(shè)計(jì)深化等。

圖17 二維墻洞圖

圖18 盾構(gòu)施工穿越地上物模擬

圖19 BIM二維碼跟蹤管理

進(jìn)度管理：按照施工節(jié)點(diǎn)計(jì)劃和施工步序建立集成模型數(shù)據(jù)，導(dǎo)入施工計(jì)劃，定時(shí)生成施工進(jìn)度報(bào)表，統(tǒng)計(jì)形象進(jìn)度。可以按照時(shí)間軸動(dòng)態(tài)展示計(jì)劃進(jìn)度模型、實(shí)際進(jìn)度模型，也可以進(jìn)行計(jì)劃與實(shí)際的對(duì)比展示，進(jìn)行進(jìn)度三色預(yù)警提醒，如圖20所示。

BIM場(chǎng)景監(jiān)測(cè)預(yù)警展示，BIM平臺(tái)與風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，按照紅橙黃進(jìn)行預(yù)警提醒，實(shí)時(shí)定位預(yù)警位置，查看監(jiān)測(cè)曲線。

BIM移動(dòng)端隱患排查，使用移動(dòng)端按照指定路線、排查項(xiàng)目、排查分項(xiàng)、排查內(nèi)容，在移動(dòng)端三維場(chǎng)景中圖標(biāo)標(biāo)記隱患位置，定義隱患等級(jí)，在網(wǎng)絡(luò)條件允許條件下，平臺(tái)自動(dòng)接收隱患，進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和快速定位，移動(dòng)端隱患排查如圖22所示。

圖20 三色預(yù)警提醒

圖21 黃色監(jiān)測(cè)預(yù)警

圖22 移動(dòng)端隱患排查

管線預(yù)制化加工，根據(jù)管線設(shè)計(jì)說(shuō)明，按照下料單要求在BIM模型進(jìn)行分管操作，如圖23，對(duì)管件和管段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成材料統(tǒng)計(jì)表，供風(fēng)管廠家加工。

圖23 管線分段

圖24 綜合支吊架布置

3.5 運(yùn)維階段BIM應(yīng)用

在建設(shè)期BIM設(shè)施設(shè)備族庫(kù)的基礎(chǔ)上，制定設(shè)施設(shè)備分類(lèi)與編碼規(guī)范，在系統(tǒng)中自動(dòng)生成資產(chǎn)編碼[9]，由設(shè)計(jì)、施工/安裝單位、設(shè)備供應(yīng)商、建設(shè)單位補(bǔ)充完善資產(chǎn)信息，形成資產(chǎn)清冊(cè)。

圖25 分類(lèi)編碼

在BIM平臺(tái)中形成全線的資產(chǎn)清冊(cè)列表，也可以按線路、站所、專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)查詢(xún)資產(chǎn)，也可以自定義快速查詢(xún)資產(chǎn)?？梢圆榭纯臻g位置、精準(zhǔn)外形、內(nèi)部構(gòu)造、屬性信息，并生成二維碼現(xiàn)場(chǎng)粘貼[10]。

圖26 三維資產(chǎn)管理

4 應(yīng)用效果

通過(guò)呼市軌道1、2號(hào)線一期工程的全周期BIM實(shí)施，通過(guò)設(shè)計(jì)階段環(huán)境模型、工程自身模型的搭建，快速直觀對(duì)方案對(duì)比和展示，輔助快速?zèng)Q策； 減少站后工程現(xiàn)場(chǎng)返工、人員溝通成本。

通過(guò)呼市軌道BIM技術(shù)體系的研究，形成“設(shè)計(jì)—施工—監(jiān)理”全員參與的，基于正向設(shè)計(jì)的模式，對(duì)于城軌軌道交通BIM應(yīng)用的推廣具體極大的社會(huì)效應(yīng)； 推動(dòng)一線人員“看BIM”、“學(xué)BIM”、“用BIM”，配備BIM的移動(dòng)端、高性能電腦等，在施工前，提前用BIM預(yù)演。實(shí)現(xiàn)了如下突破：

(1)應(yīng)用模式的創(chuàng)新：以三階段“封?！奔夹g(shù)應(yīng)用模式保證過(guò)程應(yīng)用效果及成果交付質(zhì)量，打破原有先二維管綜、翻模、碰撞檢查的應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)管綜正向設(shè)計(jì)；

(2)站后工程，全面實(shí)行正向設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)首次提供三階段封模，在設(shè)計(jì)階段實(shí)行實(shí)測(cè)實(shí)量，徹底消除土建誤差，各方簽字確認(rèn)，保證站后工程的施工精度。同時(shí)保證竣工模型與現(xiàn)場(chǎng)的一致性；

(3)建立基于BIM的數(shù)字化移交體系，具體環(huán)節(jié)包括：設(shè)施設(shè)備分類(lèi)與編碼、空間位置編碼、設(shè)施設(shè)備清冊(cè)采集、前生命期信息關(guān)聯(lián)、移交數(shù)字地鐵。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以建設(shè)單位需求為導(dǎo)向，詳細(xì)論述了BIM技術(shù)在呼市軌道1、2號(hào)線一期工程的全周期應(yīng)用實(shí)踐，通過(guò)搭建數(shù)據(jù)集成與管理平臺(tái)，制定各階段各參建方的BIM應(yīng)用工作要求，極大地提高了BIM工作的開(kāi)展質(zhì)量和效率。

通過(guò)呼市軌道BIM實(shí)踐：堅(jiān)持從設(shè)計(jì)源頭抓起，推動(dòng)BIM應(yīng)用，將問(wèn)題提前發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段，達(dá)到“圖模一致”； 過(guò)程中要多方參與，確保照模型施工，“圖紙模型、現(xiàn)場(chǎng)一致”； BIM模型具有多種精度，既能滿(mǎn)足資產(chǎn)管理，又能滿(mǎn)足設(shè)施設(shè)備運(yùn)維管理的需求。