王燕峰,孟 柯(1.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院,上海 0040;.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院,上海 0035)
隨著經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展,中國城市軌道交通取得了顯著的進(jìn)步。與此同時(shí),大數(shù)據(jù)、建筑信息模型(Building Inforomation Modeling,BIM)、虛擬現(xiàn)實(shí)、傾斜攝影、三維測量[1]等新技術(shù)蓬勃發(fā)展,并在城市軌道交通領(lǐng)域深入應(yīng)用,極大地促進(jìn)了城市軌道交通工程的信息化進(jìn)程[2]。
本文從國家政策解讀、國內(nèi)外 BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀著手,結(jié)合上海[3]、重慶、蘇州、天津、南通、福州、成都等地城市軌道交通業(yè)主方 BIM 應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn),研究分析城市軌道交通業(yè)主方 BIM 應(yīng)用體系的組成與應(yīng)用。
國家和各省市各級部門非常重視在建設(shè)工程領(lǐng)域 BIM 技術(shù)的推廣應(yīng)用,在標(biāo)準(zhǔn)制定、項(xiàng)目試點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼等方面均給予大力的支持。已發(fā)布的 BIM 應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、指南或指導(dǎo)文件,如表 1 所示。其中,中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》明確要求,以科技創(chuàng)新為驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)城市軌道交通數(shù)字化、信息化、智能化融合發(fā)展,構(gòu)建綜合、綠色、安全、智能的立體化現(xiàn)代化城市軌道交通;構(gòu)建便捷順暢的城市(群)交通網(wǎng)。全面提升城市交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化水平。
華北、華南、華東的個(gè)別省市出臺政策較早,在政府、行業(yè)和企業(yè)的推動下 BIM 技術(shù)的普及度較高,已初步形成市場化;華中、西南等地區(qū)的省市雖然出臺政策相對較晚,但整體應(yīng)用發(fā)展速度也較為迅速。
在國外,特別是歐美發(fā)達(dá)國家,BIM 技術(shù)正逐步成為城市軌道交通工程領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)必備的技術(shù)手段,漸漸應(yīng)用于 3 D 設(shè)計(jì)、施工管理、物資信息管理、模擬分析等各個(gè)方面。
表1 國家 BIM 應(yīng)用相關(guān)規(guī)劃和政策文件
2009 年 5 月,英國 Crossrail 項(xiàng)目正式啟動。該項(xiàng)目是歐洲最大在建單體工程項(xiàng)目,總投資 148 億英鎊,總線路長 118 km,連接了倫敦東部和西部區(qū)域,覆蓋了 10 座車站、 42 km 的地下隧道。
在美國,洛杉磯 Westside 城市軌道交通延長線工程包括 14 km 城市軌道交通,新建 7個(gè)城市軌道交通站,總投資 約 363 億元人民幣。工程采用 DB 交付模式,業(yè)主將 BIM 應(yīng)用條款納入承包方合約,要求以 BIM 為核心規(guī)劃管理整個(gè)建造過程。
在加拿大,多倫多 Spadina 城市軌道交通擴(kuò)建工程中,參建各方基于 BIM 軟件進(jìn)行 3 D 設(shè)計(jì)協(xié)同,取得了很好的應(yīng)用效果,該項(xiàng)目也因此獲得 Bentley 公司的 Be Inspired Awards 獎。
此外,法國的 TGV ,德國的 Emsch+Berger GmbH,荷蘭的 ArcadisInfra 等城市軌道交通項(xiàng)目,均較為廣泛地運(yùn)用 BIM 技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)維階段中的全生命周期管理。
我國大陸地區(qū)已有城市軌道交通設(shè)施或正在建設(shè)的城市中,已經(jīng)推廣應(yīng)用 BIM 技術(shù)的有北京、上海、廣州等。目前,除上海、廣州、深圳等城市外,其他地區(qū)的 BIM 應(yīng)用主要集中在視覺效果展示、管線綜合等點(diǎn)式應(yīng)用。
中國城市軌道交通協(xié)會于 2018 年底,對全國范圍內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的信息化應(yīng)用進(jìn)行了廣泛調(diào)研,其中包括了 BIM 技術(shù)在城市軌道交通業(yè)主方的應(yīng)用的摸底調(diào)研。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示如下。
(1) BIM 應(yīng)用規(guī)劃情況。39% 的企業(yè)發(fā)布了 BIM 應(yīng)用政策支持性文件,11% 的企業(yè)發(fā)布了與 BIM 應(yīng)用相關(guān)的政策支持性文件;36% 的企業(yè)制訂了明確的 BIM 應(yīng)用目標(biāo), 11% 的企業(yè)制訂了與 BIM 應(yīng)用相關(guān)的目標(biāo)。
(2) BIM 應(yīng)用投資情況。半數(shù)以上的企業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目投資在 1 000 萬以下,30% 的企業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用投資為 1 000 萬~5 000 萬元,僅 4% 的企業(yè) BIM 技術(shù)應(yīng)用投資在 5 000 萬元以上。
(3) BIM 標(biāo)準(zhǔn)編制情況。少數(shù)企業(yè)建立了完整的企業(yè)級 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系,大部分企業(yè)還沒有建立 BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。
(4) BIM 平臺開發(fā)應(yīng)用情況。29% 的企業(yè)擁有企業(yè)級 BIM 管理平臺,14% 的企業(yè)擁有項(xiàng)目級 BIM 管理平臺。
(5) BIM 數(shù)字資產(chǎn)庫建設(shè)情況。僅 4% 的企業(yè)建立了企業(yè)級 BIM 數(shù)字資產(chǎn)庫,絕大部分企業(yè)還沒有數(shù)字資產(chǎn)。
通過對比發(fā)現(xiàn),相比歐美國家城市軌道交通 BIM 全面深入應(yīng)用,我國城市軌道交通領(lǐng)域 BIM 應(yīng)用在企業(yè)級 BIM 發(fā)展規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)編制、平臺軟件開發(fā)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面存在諸多不足。
城市軌道交通業(yè)主方作為國家政策的執(zhí)行者和實(shí)踐者,可全面開展 BIM 應(yīng)用,通過借鑒其他城市軌道交通 BIM 應(yīng)用成果經(jīng)驗(yàn),結(jié)合本單位工程建設(shè)特點(diǎn),逐步建立起企業(yè)級BIM 應(yīng)用體系,提升自身的 BIM 信息化水平。
BIM 技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí),城市軌道交通工程建設(shè)者們紛紛擁抱這項(xiàng)嶄新技術(shù)以提升自身競爭力。引入 BIM 技術(shù)的同時(shí),他們也面臨著各種各樣的煩惱,比如公司內(nèi)部管理體系因陳守舊不適應(yīng)技術(shù)發(fā)展、掌握 BIM 技術(shù)的人才匱乏、受計(jì)算機(jī)軟硬件掣肘等各種問題,導(dǎo)致 BIM 技術(shù)和工程建設(shè)管理之間不能深入融合,難以達(dá)成理想的效果。
通過借鑒國內(nèi)外行業(yè)成熟的應(yīng)用案例和經(jīng)驗(yàn),業(yè)主方適合采取“業(yè)主主導(dǎo)、BIM 總體單位管理、各參與方實(shí)施”的一體化 BIM 應(yīng)用組織架構(gòu)。此組織架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)可概括為以下幾點(diǎn)。
(1) 完全契合業(yè)主的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營情況,針對性強(qiáng)。
(2) BIM 總體單位充分利用豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累,幫助建設(shè)單位少走彎路,加速發(fā)展。
(3) 融合項(xiàng)目建設(shè)各參與方,充分發(fā)揮設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位的主觀能動性,在項(xiàng)目建設(shè)中實(shí)現(xiàn)技術(shù)驗(yàn)證、經(jīng)驗(yàn)積累、標(biāo)準(zhǔn)形成、團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)的作用。
(4) 以集團(tuán)應(yīng)用為目標(biāo),以試點(diǎn)項(xiàng)目為抓手,實(shí)戰(zhàn)中建設(shè)單位培養(yǎng)自身能力,掌握 BIM 應(yīng)用能力,實(shí)現(xiàn)自我更新。
(5) 形成試點(diǎn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)核心,打通全生命周期信息傳遞鏈,落地實(shí)施集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn),整合 BIM 應(yīng)用平臺與項(xiàng)目管理,以點(diǎn)帶面,將試點(diǎn)項(xiàng)目最佳實(shí)踐在集團(tuán)層面推廣應(yīng)用,從而最終實(shí)現(xiàn)集團(tuán)業(yè)務(wù)信息化、城市軌道交通智慧化的最終目標(biāo)。
建議全面開展集團(tuán)層級和線路建設(shè)層級的 BIM 應(yīng)用。在集團(tuán)層級,編制 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系、搭建 BIM 應(yīng)用平臺、建立適合信息化發(fā)展的管理體系;在線路建設(shè)層級,選擇一條城市軌道交通線路為試點(diǎn)項(xiàng)目,在試點(diǎn)項(xiàng)目上貫徹執(zhí)行業(yè)主方企業(yè)級 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系,在工程管理業(yè)務(wù)中接入基于 BIM 的管理平臺,最終形成試點(diǎn)線路的數(shù)字資產(chǎn),為試點(diǎn)線路智慧運(yùn)維提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
后期將智慧運(yùn)維平臺導(dǎo)入線路運(yùn)營業(yè)務(wù)中,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全生命周期的貫通融合,實(shí)現(xiàn)基于平臺的三維化智能運(yùn)維新模式。
BIM 應(yīng)用總目標(biāo)包括:建立與信息化發(fā)展相適應(yīng)的全生命期 BIM 應(yīng)用技術(shù)體系,全面深入推進(jìn)城市軌道交通 BIM 技術(shù)應(yīng)用,切實(shí)服務(wù)于城市軌道交通的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理、運(yùn)營維保 3 大業(yè)務(wù)板塊,提高建設(shè)與運(yùn)維質(zhì)量和管理水平。利用信息技術(shù),開展城市軌道交通建設(shè)與運(yùn)維管理流程優(yōu)化??偰繕?biāo)可分解為如圖 1 所示。
(1) 建立企業(yè)級 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系:為所有 BIM 應(yīng)用提供技術(shù)要求和行為導(dǎo)則。
(2) 融合 BIM 技術(shù)的建設(shè)管理模式:基于試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn) BIM 技術(shù)輔助建設(shè)管理。
(3) 懂專業(yè)、懂 BIM 的人才隊(duì)伍:培養(yǎng)一批綜合型人才,實(shí)現(xiàn)“BIM+業(yè)務(wù)”的突破。
(4) 形成企業(yè)數(shù)字資產(chǎn)庫:包含設(shè)計(jì)、施工的企業(yè)數(shù)字資產(chǎn)庫,提升資產(chǎn)管理效率。
(5) 智慧運(yùn)維:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同源、在線監(jiān)管、智能分析、電子化運(yùn)營。
圖1 BIM 應(yīng)用目標(biāo)分解結(jié)構(gòu)
采取“業(yè)主主導(dǎo)、BIM 總體單位管理、各參與方實(shí)施”的新型組織架構(gòu)。為保障城市軌道交通業(yè)主方城市軌道交通工程 BIM 應(yīng)用的推進(jìn)工作,建議設(shè)立 BIM 領(lǐng)導(dǎo)小組。該小組的領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)對資金和人員具有直接管理權(quán)力,以實(shí)現(xiàn)推進(jìn) BIM 應(yīng)用、掃清管理障礙以及保障 BIM 技術(shù)的實(shí)施,具體 BIM 管理組織結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
圖2 BIM 領(lǐng)導(dǎo)小組
結(jié)合城市軌道交通業(yè)主方工程項(xiàng)目建設(shè)期與運(yùn)維期業(yè)務(wù)需求,以上海某交通領(lǐng)域集團(tuán)為例,該集團(tuán)發(fā)布了 7 本企業(yè)級 BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),包括:《城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)》《城市軌道交通工程建筑信息模型建模指導(dǎo)意見》《城市軌道交通建筑信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》《城市軌道交通建筑信息模型族創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)》《城市軌道交通建筑信息模型應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《城市軌道交通地下管線信息模型數(shù)據(jù)規(guī)則》《城市軌道交通巖土工程勘察信息模型數(shù)據(jù)規(guī)則》。企業(yè)級 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系為城市軌道交通業(yè)主方工程項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)維階段 BIM 技術(shù)應(yīng)用提供規(guī)范和指導(dǎo),屬于 BIM 技術(shù)應(yīng)用頂層設(shè)計(jì)的重要組成部分。
為保障城市軌道交通集團(tuán) BIM 應(yīng)用的推進(jìn)工作,建議成立城市軌道交通業(yè)主方企業(yè)級 BIM 應(yīng)用管理體系,該管理體系由 BIM 領(lǐng)導(dǎo)小組、BIM 管理辦法/制度、實(shí)施方案等組成。企業(yè)級 BIM 應(yīng)用組織由 BIM 領(lǐng)導(dǎo)小組核心人員、BIM 管理推進(jìn)核心成員、BIM 管理實(shí)施人員 3 個(gè)方面組成。
基于 BIM 的管理平臺的應(yīng)用是城市軌道交通為實(shí)現(xiàn)企業(yè)級城市軌道交通管理信息化建設(shè)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要手段。BIM 管理平臺共包含 3 大平臺:建設(shè)可視化協(xié)同管理平臺、智慧運(yùn)維管理平臺、基于 BIM 的企業(yè)級數(shù)據(jù)管理平臺。
(1) 建設(shè)可視化協(xié)同管理平臺。建設(shè)可視化協(xié)同管理平臺主要以 BIM 模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以設(shè)計(jì)階段成果管理為起點(diǎn),以施工階段采集的工程進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全動態(tài)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)驅(qū)動,面向建設(shè)單位各職能部門及項(xiàng)目管理需求,結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的各參與方標(biāo)準(zhǔn)化管理流程和職責(zé)對項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)同管理[4]。
建設(shè)可視化協(xié)同管理平臺主要實(shí)現(xiàn)的功能包括:基于 BIM+GIS 的線網(wǎng)地圖展示、通知公告、前期報(bào)建管理、設(shè)計(jì)管理、土建模型管理、土建進(jìn)度管理、造價(jià)管理、安全管理、監(jiān)理管理、現(xiàn)場管理、監(jiān)測管理、質(zhì)量驗(yàn)收管理、設(shè)備資料管理、機(jī)電模型管理、機(jī)電進(jìn)度、檔案資料匯總、變更管理、聯(lián)調(diào)聯(lián)試管理、系統(tǒng)管理、移動端、數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能插件。
(2) 智慧運(yùn)維管理平臺。在 BIM+GIS 的綜合管理平臺上實(shí)現(xiàn)對運(yùn)維業(yè)務(wù)的支撐,以 BIM 模型數(shù)據(jù)和 GIS 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),整合運(yùn)維期間的各類動態(tài)數(shù)據(jù),以運(yùn)維事件驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營維護(hù)業(yè)務(wù)流程,同時(shí)結(jié)合 BIM 與 GIS 的可視化特性為運(yùn)維人員提供幫助。運(yùn)管平臺主要實(shí)現(xiàn)的功能除對 BIM 模型的儲存和充當(dāng)對外系統(tǒng)的接口外,還應(yīng)包括:首頁、車站三維可視化管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、綜合監(jiān)控管理、運(yùn)營維保管理、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、文檔資料管理,且平臺支持多終端訪問。
(3) 基于 BIM 的企業(yè)級數(shù)據(jù)管理平臺?;?BIM 的企業(yè)級數(shù)據(jù)管理平臺,按照分層設(shè)計(jì)、模塊構(gòu)建的原則,圍繞平臺信息化規(guī)劃,以提升項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)維管理和公共服務(wù)水平為目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)和系統(tǒng)建設(shè)。數(shù)據(jù)管理平臺可以將 BIM 數(shù)據(jù)資源進(jìn)行有效整合與管理,對 BIM 成果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的收集、存儲與管理,為實(shí)現(xiàn)基于 BIM 技術(shù)的城市軌道交通全生命期信息管理創(chuàng)造條件。
通過試點(diǎn)項(xiàng)目的 BIM 應(yīng)用,全方位的 BIM 在業(yè)務(wù)中融合應(yīng)用的體系逐步形成,城市軌道交通業(yè)主方將其他城市的 BIM 成熟經(jīng)驗(yàn)內(nèi)化為自身能力。通過建立企業(yè)級 BIM 應(yīng)用體系,可形成以下預(yù)期創(chuàng)新成果。
從運(yùn)維角度出發(fā),建立與信息化發(fā)展相適應(yīng)的全生命期 BIM 應(yīng)用技術(shù)體系,全面深入推進(jìn)城市軌道交通業(yè)主方 BIM 技術(shù)應(yīng)用,切實(shí)服務(wù)于城市軌道交通業(yè)主方規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理、運(yùn)營維保 3 大業(yè)務(wù)板塊,提高建設(shè)與運(yùn)維質(zhì)量和管理水平。利用信息技術(shù),進(jìn)行城市軌道交通業(yè)主方建設(shè)與運(yùn)維管理流程優(yōu)化。打通城市軌道交通業(yè)主方“全生命周期 BIM 應(yīng)用+平臺+GIS”的應(yīng)用路徑,應(yīng)用于具體軌道交通路線工程建設(shè)從而形成最佳實(shí)踐。
以建筑信息模型數(shù)據(jù)和 GIS 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以設(shè)計(jì)階段成果管理為起點(diǎn),以施工階段采集的工程動態(tài)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)驅(qū)動,面向業(yè)主各職能部門及項(xiàng)目管理需求,結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的各參與方標(biāo)準(zhǔn)化管理流程和職責(zé)對項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)同管理。
以建筑信息模型數(shù)據(jù)和 GIS 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),整合運(yùn)維期間的各類動態(tài)數(shù)據(jù),以運(yùn)維事件驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營維護(hù)業(yè)務(wù)流程,同時(shí)結(jié)合 BIM 與 GIS 的可視化特性為運(yùn)維人員提供幫助。對 BIM 數(shù)據(jù)資源進(jìn)行有效整合與管理,對 BIM 成果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的收集、存儲與管理,為實(shí)現(xiàn)基于 BIM 技術(shù)的城市軌道交通全生命期信息管理創(chuàng)造條件。
BIM 技術(shù)作為建筑行業(yè)的信息化抓手和容器,收集匯總來自 GIS、智能終端、傾斜攝影等的多維元數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)場等先進(jìn)的數(shù)據(jù)應(yīng)用和展示技術(shù),建立數(shù)據(jù)采集、保持、應(yīng)用的體系、流程和工具平臺,以運(yùn)營需求的最終需求為起點(diǎn),覆蓋城市軌道交通全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈,圍繞項(xiàng)目管理行為和運(yùn)維管理行為兩個(gè)中心,打造城市軌道交通業(yè)主方創(chuàng)新管理模式。
包含設(shè)計(jì)、施工的企業(yè)數(shù)字資產(chǎn)庫,提升資產(chǎn)管理效率。
利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲,基于企業(yè)私有云和分布式網(wǎng)絡(luò)存儲建立共享數(shù)據(jù)庫,并實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的集成共享及訪問,實(shí)現(xiàn)基于工程建設(shè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
利用數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)確保企業(yè)級數(shù)字資產(chǎn)庫中數(shù)據(jù)的有效性、完整性、規(guī)范性和一致性。
利用數(shù)據(jù)編碼技術(shù)保證企業(yè)級數(shù)字資產(chǎn)庫中數(shù)據(jù)能夠有效地輔助運(yùn)維工作,形成一套可用于監(jiān)控管理、資產(chǎn)管理和維保管理的數(shù)據(jù)編碼。
通過企業(yè)級 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、基于 BIM 的管理體系升級、企業(yè)級 BIM 管理平臺開發(fā)等 BIM 技術(shù)應(yīng)用的頂層規(guī)劃,城市軌道交通業(yè)主單位的 BIM 技術(shù)應(yīng)用工作可實(shí)現(xiàn)良好開端。頂層規(guī)劃使得業(yè)主方在各條線路工程建設(shè)中的具體 BIM 工作有標(biāo)準(zhǔn)可依、有信息化平臺工具可用、建設(shè)主管部門之間工作流順暢,業(yè)主方逐步形成標(biāo)準(zhǔn)為綱領(lǐng)、平臺為抓手、體制為保障的良性循環(huán)體系。頂層規(guī)劃輔助業(yè)主方 BIM 技術(shù)應(yīng)用在技術(shù)先進(jìn)性、項(xiàng)目可實(shí)施性、自我創(chuàng)新能力等方面獲得顯著提升。