楊海貝

（浙江杭海城際鐵路有限公司，浙江 海寧 314400）

BIM（Building Information Modeling）為建筑信息模型［1-2］，定義由3 部分組成：（1）BIM 是設(shè)施（建設(shè)項目）物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；（2）BIM 是共享的知識資源，是分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；（3）在項目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。目前，很多科研機構(gòu)和院所學(xué)者對BIM 進(jìn)行了大量的探索和應(yīng)用發(fā)展，主要包括：斯坦福大學(xué)首次提出用于施工管理的4D 模型，開發(fā)了可借助于4D 功能直觀顯示工程潛在問題的CIFE4D-CAD 系統(tǒng)［3］；Rad 提出了建筑物在時間維度上發(fā)生屬性變化的BIM 維護(hù)模型［4］；Bensalah 等從定性的角度總結(jié)了BIM 技術(shù)在鐵路建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢，如決策支持、施工進(jìn)度監(jiān)控、輔助管理與運維等［5］；Salman 從定量的角度論述了使用BIM 技術(shù)帶來的效益，如減少7%的工期等［6］；Smith 表示BIM 技術(shù)在鐵路建設(shè)中的應(yīng)用是長期過程［7］。相比于國外，我國的BIM 技術(shù)研究起步較晚。張建平等人開發(fā)了4D-GCPSU 系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了施工場地和可視化管理、施工資源管理、進(jìn)度管理和可視化模擬等功能［8］；陸寧等人通過對施工企業(yè)信息資源識別、提取、加工、管理、利用，分析構(gòu)建了基于BIM 技術(shù)的信息資源利用系統(tǒng)［9］；2014-2017年，中國鐵路BIM 聯(lián)盟相繼組織編寫和發(fā)布的《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（鐵路IFD）［10］和《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)》（鐵路IFC）［11］初步形成國內(nèi)鐵路工程建設(shè)BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

本文依托杭州至海寧城際鐵路（簡稱杭海城際鐵路），從工程實踐應(yīng)用BIM 出發(fā)，建立基于BIM 建設(shè)管理平臺總體框架，對BIM 技術(shù)在數(shù)字鐵路建設(shè)中的困難和挑戰(zhàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并提出建議。

1 BIM 標(biāo)準(zhǔn)制定

杭海城際鐵路是全國首條采用直流120 km／h開行大站快車、站站停兩種運行組織模式的、跨不同地級行政區(qū)的都市圈城際軌道交通線路。線路全長46.38 km，設(shè)有12 座車站。

杭海城際BIM 應(yīng)用以“數(shù)字建造，智慧管理”為目標(biāo)，對BIM 管理流程，模型技術(shù)，資產(chǎn)及交付制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；搭建包含二、三維設(shè)計，多維度協(xié)同參與的建設(shè)管理平臺；組建專業(yè)的數(shù)字化團(tuán)隊，通過信息的智能采集、大數(shù)據(jù)分析和自動化應(yīng)用，實現(xiàn)對項目的科學(xué)設(shè)計、智慧建造。

杭海城際鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系由4 個層次組成，如圖1所示。除行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，杭海城際鐵路在BIM應(yīng)用中編制了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別是杭海城際鐵路BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)、杭海城際鐵路BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和杭海城際鐵路項目智慧建造管理平臺管理辦法。

圖1 杭海城際鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系圖

2 基于BIM 技術(shù)的建設(shè)管理總體框架

OA 是面向組織的日常運作和管理、員工及管理者使用頻率最高的應(yīng)用系統(tǒng)。自1985年國內(nèi)召開第一次辦公自動化規(guī)劃會議以來，OA 在應(yīng)用內(nèi)容的深度與廣度、IT 技術(shù)運用等方面都有了新的變化和發(fā)展，現(xiàn)已成為組織不可缺的核心應(yīng)用系統(tǒng)。SOA 是一種組件模型，它的接口是中立的、松耦合的，既保證了系統(tǒng)靈活性，還可以保證“服務(wù)”的重復(fù)利用。SOA 從本質(zhì)上改變了OA 的應(yīng)用模式，即從單一應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合應(yīng)用，從軟件系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖脚_，讓OA 煥發(fā)了全新的生命力，成為企業(yè)的信息化神經(jīng)中樞和指揮平臺。

利用BIM、GIS 與OA、SOA 融合的多層架構(gòu)，采用C／S和B／S混合模式，以BIM數(shù)據(jù)模型為信息中樞，SOA 為服務(wù)主線，建立多層次服務(wù)組合的杭海城際鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)，如圖2所示。建設(shè)管理系統(tǒng)依次分為用戶層、業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層。

圖2 杭海城際鐵路建設(shè)管理總體框架圖

2.1 用戶層

用戶層是用戶可以通過移動端平臺（PAD、手機）、Web 或虛擬網(wǎng)絡(luò)等方式對基于BIM 的杭海城際鐵路建設(shè)管理平臺進(jìn)行訪問，實現(xiàn)基于智能終端、瀏覽器、調(diào)度指揮大屏的協(xié)同管理，并且滿足鐵路辦、集團(tuán)／公司、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)備單位、運維單位（軌運集團(tuán)）等多用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)需求。

2.2 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層是用戶通過SOAP 協(xié)議發(fā)出服務(wù)請求，通過Web 服務(wù)接口在注冊中心查找定位相應(yīng)的服務(wù)，調(diào)取服務(wù)并對服務(wù)執(zhí)行處理，將執(zhí)行結(jié)果反饋給用戶，實現(xiàn)用戶層的交互業(yè)務(wù)。通過OA 系統(tǒng)，將業(yè)務(wù)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)模型，完成各種業(yè)務(wù)交互服務(wù)，實現(xiàn)杭海城際鐵路工程建設(shè)業(yè)務(wù)集成融合管理和協(xié)同管理。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是以服務(wù)總線的方式，為基于BIM 的杭海城際鐵路建設(shè)中各種異構(gòu)信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定的共享服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用層主要包括：WebGL、HTML5、ActiveX、HOOPS／3DAF、OA 辦公系統(tǒng)、認(rèn)證授權(quán)、GIS 服務(wù)、短信服務(wù)、接口服務(wù)、知識庫等。

2.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是建設(shè)管理過程中采集、存儲和處理各類數(shù)據(jù)資源及公用基礎(chǔ)編碼體系，實現(xiàn)對杭海城際鐵路工程建設(shè)中基礎(chǔ)公共信息、模型數(shù)據(jù)信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的綜合管理。通過對各階段離散的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息采集，基于編碼技術(shù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象提取、清洗整合，形成規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的公用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立BIM 數(shù)據(jù)庫、GIS 數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫等，實現(xiàn)工程建設(shè)集中化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3 杭海城際鐵路BIM 應(yīng)用實踐

自2017年以來，杭海城際鐵路搭建了基于BIM數(shù)據(jù)全生命周期的“平臺+模型+數(shù)據(jù)庫”的系統(tǒng)架構(gòu)。通過將設(shè)計階段BIM 模型輸出的文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該系統(tǒng)架構(gòu)可實現(xiàn)模型與屬性數(shù)據(jù)分離儲存，對模型賦予全壽命周期唯一性識別碼，將唯一性識別碼與屬性數(shù)據(jù)唯一映射。此外，該架構(gòu)還遵從設(shè)計、施工和運維各個階段的數(shù)據(jù)編碼習(xí)慣，將施工和運維階段采集數(shù)據(jù)與相應(yīng)階段編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，只需將各階段的數(shù)據(jù)編碼體系與上述的全壽命周期唯一性識別碼進(jìn)行映射關(guān)系處理，便可實現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)在全壽命周期的無損傳遞和可視化溯源。

3.1 基于BIM+GIS場地規(guī)劃協(xié)同設(shè)計

杭海城際鐵路通過傾斜攝影形成全線GIS 模型，并采用InfraWorks 對航測模型進(jìn)行精細(xì)化加工，生成周圍三維環(huán)境模型。三維環(huán)境模型帶寬為線路中心線兩側(cè)300 m，以期為場地研究提供詳實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過輕量化技術(shù)將傾斜攝影與BIM 模型進(jìn)行融合，得到BIM 模型在三維環(huán)境中的關(guān)系，對場地進(jìn)行研究比較，得到最佳場地方案設(shè)計。

3.2 基于BIM車站全專業(yè)協(xié)同設(shè)計

杭海城際鐵路車站BIM 設(shè)計堅持施工圖設(shè)計與建模同步實施，積極探索多專業(yè)高效協(xié)同設(shè)計技術(shù)，全面應(yīng)用IFD、IFC 等標(biāo)準(zhǔn)，完成了涵蓋土建、機電管綜等多專業(yè)的車站綜合模型。模型精度均不低于LOD300，滿足了施工階段的要求。依據(jù)土建模型深化優(yōu)化的機電管綜模型，經(jīng)完成施工專業(yè)拆分工作后，將BIM 模型輕量化后上傳至建設(shè)管理平臺，從而為杭海城際鐵路建設(shè)管理平臺施工階段應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

通過漫游視頻與三維模型的形式查看各專業(yè)的碰撞、設(shè)備附件的安裝位置，以及構(gòu)件的屬性信息。利用該設(shè)計模型，發(fā)現(xiàn)并解決了12 個車站施工前的1 880 處碰撞問題，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，并且優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案。

3.3 基于BIM技術(shù)建設(shè)管理平臺

“杭海城際鐵路建設(shè)管理平臺”是杭海公司精細(xì)化管理的抓手，其核心是工程數(shù)據(jù)的采集、共享、協(xié)同。平臺以BIM 信息為載體，結(jié)合輕量化、移動互聯(lián)、云計算等技術(shù)，將BIM 與管理業(yè)務(wù)相結(jié)合，打通項目參與方在建設(shè)階段的信息孤島，為各方共享信息，協(xié)同工作提供便利。同時，該平臺結(jié)合移動互聯(lián)技術(shù)，令工程管理觸手可及。杭海公司統(tǒng)籌管控工程進(jìn)度、投資、質(zhì)量、安全、文明施工、信息數(shù)據(jù)，做到“五控一管”，使得項目建設(shè)可控制、可預(yù)知、可溯源。平臺包括3 個應(yīng)用系統(tǒng)：企業(yè)總控管理系統(tǒng)、工程協(xié)同管理系統(tǒng)、監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)能夠相互傳遞及共享。

3.4 基于BIM二、三維協(xié)同設(shè)計的施工交付

傳統(tǒng)的設(shè)計資料交付采用紙質(zhì)文檔和光盤結(jié)合的線下交付模式，文件交付后歸檔困難，設(shè)計數(shù)據(jù)信息利用率低［12］。杭海城際鐵路在BIM 模型設(shè)計中，遵循全壽命周期管理理念，建立超高模擬度模型，將施工過程、周圍環(huán)境等全要素進(jìn)行融合，采用松耦合Web 技術(shù)，實現(xiàn)基于BIM+為協(xié)同設(shè)計源頭的二、三維一體化設(shè)計交付到數(shù)字化施工，達(dá)到建設(shè)全過程持續(xù)迭代優(yōu)化。

3.5 基于BIM建維一體化的運維交付

通過接口開發(fā)，實現(xiàn)對原有項目中設(shè)施設(shè)備的數(shù)據(jù)聯(lián)通，達(dá)到智能預(yù)警、三維聯(lián)動和數(shù)據(jù)實時監(jiān)控的效果，全面提高安防等級，加強應(yīng)急能力。借助國際前沿的FM 管理理念，將線下工作數(shù)字化、流程化，通過系統(tǒng)實現(xiàn)工單的自動派發(fā)，對任務(wù)和人員實現(xiàn)統(tǒng)一高效的管理。杭海城際鐵路建設(shè)的BIM 運維平臺將實現(xiàn)BIM 運維管理的移動化、可視化和智能化，可以在Web 瀏覽器、PAD 和手機上進(jìn)行快速查看和任務(wù)處理，真正實現(xiàn)了移動辦公、輕松辦公、智能辦公。

4 杭海城際鐵路應(yīng)用BIM 技術(shù)建設(shè)的思考

4.1 應(yīng)用BIM過程中的問題

鐵路建設(shè)具有體量大、周期長等特點，導(dǎo)致在項目建設(shè)期間出現(xiàn)人員流動性較大、崗位調(diào)整頻繁等問題。因此，在項目建設(shè)期間會多次培訓(xùn)、返工、核查，即使BIM 團(tuán)隊及時發(fā)現(xiàn)并整改培訓(xùn)，積極跟進(jìn)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，但仍會出現(xiàn)人員BIM 技術(shù)水平參差不齊的情況，致使BIM 技術(shù)在項目中推廣難以達(dá)到預(yù)期效果。當(dāng)前BIM 應(yīng)用中存在的問題主要包括：

（1）參建單位多，BIM 管理難度高

杭海城際鐵路BIM 實施價值的充分發(fā)揮，需包括建設(shè)單位在內(nèi)的設(shè)計、施工、監(jiān)理、供應(yīng)商等多方共同協(xié)作完成各自BIM 實施工作。但各參與方BIM 水平參差不齊，使得保證參與方BIM 水平都能滿足技術(shù)要求的管理難度較大。

（2）推進(jìn)過程中圖模不一致

各參與方不能很好地配合及缺乏標(biāo)準(zhǔn)化管理體系導(dǎo)致BIM 價值無法充分發(fā)揮。設(shè)計階段BIM 模型和設(shè)計圖紙不一致現(xiàn)象嚴(yán)重，錯誤的BIM 模型帶來很多負(fù)面效益，形成惡性循環(huán)；施工階段不能有效依托BIM 模型管理現(xiàn)場施工，造成BIM 模型和現(xiàn)場實際不一致，極大弱化了BIM 工作的意義。

（3）推進(jìn)過程中BIM 標(biāo)準(zhǔn)不易落地

實際運用中BIM 團(tuán)隊制定了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但建模人員卻不一定能夠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建模運用，比如構(gòu)件命名、設(shè)備編號、坐標(biāo)設(shè)置、圖紙表達(dá)等。前期基礎(chǔ)工作沒有按照既有規(guī)則設(shè)置，導(dǎo)致后期數(shù)據(jù)處理、指導(dǎo)現(xiàn)場施工、各單位協(xié)同工作時出現(xiàn)各種問題。

（4）推進(jìn)過程中協(xié)同效率低，時間成本高

杭海城際鐵路項目專業(yè)繁多，接口復(fù)雜，加之在BIM 技術(shù)推進(jìn)的初級階段，設(shè)計工作三維化，工作任務(wù)的繁重與城際鐵路嚴(yán)格的進(jìn)度要求存在著客觀矛盾，協(xié)作已然成為工程建設(shè)最關(guān)鍵的掣肘，工程建設(shè)中由于協(xié)作不便造成了返工、錯誤、窩工。降低協(xié)同成本，提高協(xié)同效率勢在必行。

4.2 應(yīng)用BIM建議

BIM 的理念和技術(shù)雖已在國內(nèi)外得到實踐應(yīng)用，但仍面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。從整體趨勢而言，BIM 必將經(jīng)歷一個不斷進(jìn)步持續(xù)發(fā)展的過程。BIM 應(yīng)用推廣過程中出現(xiàn)的問題，正是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善、缺乏協(xié)同管理、建設(shè)期內(nèi)數(shù)據(jù)斷層所造成的?；谝陨蠁栴}，本文給出了BIM 應(yīng)用中的一些建議，主要包括：

（1）多方多專業(yè)協(xié)同，增強各階段協(xié)作

BIM 能成為資源共享庫，不是一個企業(yè)、一個軟件或平臺所能實現(xiàn)的，應(yīng)在多方多專業(yè)協(xié)同，積極響應(yīng)國家號召，在相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)政策的引導(dǎo)下，加快企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)型建設(shè)而完成的。同時，建設(shè)單位可聯(lián)合設(shè)計單位、施工單位、運維單位以及軟件開發(fā)商成立專業(yè)BIM 項目管理團(tuán)隊，制定內(nèi)部BIM 數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)集成管理平臺，逐漸實現(xiàn)項目各參與方之間的數(shù)據(jù)共享。良好的管理模式是實現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)共享的前提，讓設(shè)計單位、施工單位、運維單位等基于相互信任的基礎(chǔ)，實現(xiàn)共贏，達(dá)成共享意識。

（2）完善BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

新技術(shù)的發(fā)展需通過標(biāo)準(zhǔn)化制度化的管理和約束，缺乏強有力的標(biāo)準(zhǔn)體系的規(guī)范與協(xié)調(diào)是BIM 技術(shù)發(fā)展良莠不齊、各公司協(xié)同合作困難和影響B(tài)IM 技術(shù)深入應(yīng)用的癥結(jié)所在。標(biāo)準(zhǔn)體系與BIM 呈現(xiàn)制度與技術(shù)的關(guān)系，BIM 的技術(shù)性因素必須通過制度性因素產(chǎn)生作用，制度性因素反過來引導(dǎo)和制約技術(shù)性因素。

（3）發(fā)揮BIM 在全生命周期中的應(yīng)用價值

目前，BIM 主要工作在設(shè)計階段，若只是簡單的三維模型，BIM 將失去其本身的價值意義。如要實現(xiàn)BIM 價值的最大化，就必須讓BIM 向施工、運維階段推進(jìn)，將BIM 模型數(shù)據(jù)信息向數(shù)字化施工、智能化運維及標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)裝備延伸，促進(jìn)鐵路工程全生命周期BIM 技術(shù)應(yīng)用快速進(jìn)步，進(jìn)而發(fā)揮更大價值。BIM 技術(shù)在施工階段，精細(xì)化的BIM 數(shù)據(jù)信息模型設(shè)計成果對減少返工、錯誤、窩工及保證工期等方面價值突出，且降低協(xié)同成本，提高協(xié)同效率。BIM 技術(shù)的成功實施使得設(shè)計和建設(shè)階段的信息在長期的運維過程中收益疊加，價值顯著。

5 結(jié)束語

本文首先構(gòu)建了基于BIM 技術(shù)的建設(shè)管理總體框架，在此基礎(chǔ)上，搭建基于BIM 數(shù)據(jù)全生命周期的“平臺+模型+數(shù)據(jù)庫”的系統(tǒng)架構(gòu)，將各階段的數(shù)據(jù)編碼體系與全壽命周期唯一性識別碼進(jìn)行映射關(guān)系處理，實現(xiàn)了BIM 數(shù)據(jù)在全壽命周期的無損傳遞和可視化溯源，也成功實現(xiàn)BIM 建設(shè)從設(shè)計-施工-運維交付。

利用BIM 技術(shù)對工程實體信息多層次表達(dá)和集成優(yōu)勢，在工程建設(shè)中各階段分別疊加對應(yīng)工程信息，通過一體化平臺承載鐵路工程建設(shè)管理全生命周期信息模型，實現(xiàn)對客觀世界的數(shù)字化直觀表達(dá)。BIM 技術(shù)的鐵路工程建設(shè)管理體系在技術(shù)中的應(yīng)用必將向鐵路縱深發(fā)展，覆蓋勘察、設(shè)計、施工、運維全過程，引發(fā)鐵路工程數(shù)字化建設(shè)革命。有力推動BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)高速發(fā)展可更好的助力鐵路網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化、綠色化發(fā)展。