茍 帥
(中鐵第一勘察設計院集團有限公司, 山東青島 266000)
隨著我國經濟和科技水平的不斷提高,我國城市軌道交通建設取得了顯著成就,根據交通運輸部統(tǒng)計數據,截至2020年底,我國內地共有44個城市開通運營城市軌道交通線路233條,運營里程達7 545.5 km。然而,隨著城市軌道交通建設的不斷深入,其特殊性與復雜性也不斷凸顯。城市軌道交通工程涉及專業(yè)眾多,包括線路、軌道、結構、給排水、通信、自動化等,具有建設周期長、資金投入大、交流和協(xié)調管理難度大、干擾因素多等特點[1],往往一個環(huán)節(jié)出現問題,都將會對整個工程的進度和質量造成較大影響。因此,急需創(chuàng)建一個用于城市軌道交通工程協(xié)同工作的平臺,以提高工作效率,提升工程質量。
近年來,建筑信息模型(building information model,BIM)技術作為解決復雜工程問題的有效途徑之一,在工程建設中得到了廣泛應用。本文通過分析BIM技術在城市軌道交通規(guī)劃階段、設計階段、施工階段及運維階段等全生命周期階段的應用現狀,探討了目前我國城市軌道交通BIM技術應用過程中存在的問題和不足,并提出了相應的應對措施,為我國城市軌道交通建設的發(fā)展提供借鑒和參考。
BIM技術是以建筑工程為對象,運用物聯網、云計算等先進的信息技術,建立三維數字化的建筑物信息模型,利用三維數字模型儲存和傳遞設計、施工、運維等各階段的信息,從而解決工程全生命周期中高復雜度的數據交換、協(xié)同管理等問題[2-3]。將BIM技術應用到城市軌道交通建設中,可以關聯建筑設計、施工、運維以及管理等階段的所有信息,實現不同專業(yè)間的相互協(xié)作,保證信息的實時更新。一方面,能提高設計和施工間的信息交流;另一方面,能夠將建設進度完整、詳細地呈現給業(yè)主及管理人員,從而提高工程完成質量與效率[4]。由此可見,在城市軌道交通工程中應用BIM技術具有重大意義。
BIM技術最早應用于美國,自2003年起,美國發(fā)布了一系列BIM相關指南,開啟了BIM技術在工程行業(yè)的應用研究[5]。目前,BIM技術在歐洲國家的建筑、交通、市政等多個領域已經得到廣泛應用,取得了一定的成果[6]。相比于歐美等發(fā)達國家,我國BIM技術應用起步較晚。由于我國城市軌道交通建設的復雜性,BIM技術在應用過程中受到各方面條件的限制,應用進展緩慢,目前,在我國城市軌道交通建設中有效運用該技術的工程項目較少。但由于BIM技術在城市軌道交通工程建設中具有明顯的應用優(yōu)勢,近年來在國家、省市等相關政府部門和建設單位的大力支持和推廣下,相關單位對BIM技術在城市軌道交通工程各階段的應用進行了大量探索,取得了顯著的應用效果。
城市軌道交通建設過程中,項目的前期規(guī)劃至關重要。在前期策劃階段,通過對收集的大量信息從經濟、技術和管理層面進行研究與探索,實現項目的科學實施和決策,達到優(yōu)化和增值的目的。目前,BIM技術在前期規(guī)劃階段的應用主要體現在成本控制和場地規(guī)劃等方面。蔣艾玲[7]通過研究BIM在工程前期規(guī)劃階段的造價控制中的應用,發(fā)現通過運用BIM技術,可以對項目建設成本進行準確有效的把控,同時大大降低項目后期的建設錯誤。趙武陽[8]分析了BIM技術在地鐵工程前期規(guī)劃方面的應用,認為可以通過BIM技術構建包括施工場地地質條件、管線、建筑物特征等的城市交通三維模型,用于項目可行性研究分析。
目前BIM技術在城市軌道交通項目設計階段主要有3個方面的應用:
(1)三維可視化的設計方法。不同于傳統(tǒng)的二維平面設計,通過BIM技術可以建立待建工程的三維可視化模型,清晰地向設計、施工以及管理人員展示待建工程的空間結構和細部特征,使用戶全方位了解待建工程的各類信息,具有直觀、可視、可靠的特點。
(2)為各個專業(yè)協(xié)同設計提供有效途徑。通過BIM技術可以建立集土建工程、機電工程、交通安全工程等于一體的設計平臺,整合各項數據信息,極大地方便了設計人員進行信息查閱和交換,從而提高了設計質量和效率。
(3)提高設計方案的優(yōu)化效率。傳統(tǒng)的二維設計過程中,一旦出現設計變更,就要進行大量的圖紙修改或重繪,消耗大量的人力和時間。而利用BIM技術,在設計最開始便可以通過設計模型分析不同設計方案的經濟指標和可行性,從而選擇最優(yōu)的設計方案。同時,一旦在施工過程中發(fā)生變更,由于BIM模型具有一致性與關聯性,可根據局部的修改反饋到整個工程模型,從而減少人力消耗,降低設計錯誤,大幅提高工程品質。
BIM技術在城市軌道交通施工階段的應用,主要表現在利用BIM模型可以高效地實現施工過程控制和成本控制。城市軌道交通工程是典型的復雜建筑工程,而利用BIM技術,可以輕松實現施工過程的精細化模擬,及時發(fā)現施工中存在的問題并加以優(yōu)化,從而規(guī)避風險,達到保證施工質量和安全,節(jié)約工程造價的目的。例如,在廈門軌道交通建設過程中,通過BIM技術實現了工程的虛擬建造,提前發(fā)現了施工現場存在的問題,減少了臨時設施的拆改,保障了工期。尤其在復雜節(jié)點施工交底方面,利用BIM技術對復雜節(jié)點進行建模,現場交底通過三維模型直觀地表達設計意圖,有效加強了設計-施工溝通,避免因理解不到位對工程質量的影響[9]。
城市的軌道交通不僅在設計和施工過程中工作繁雜,在后期的運營維護過程中同樣難度巨大。目前我國BIM技術處于起步階段,在運營維護階段應用僅做了一些探索性應用,但同樣顯示出較好的應用前景。如可以通過BIM技術對列車以及相關設備的運行信息進行實時記錄和分析,使相關工作人員及時了解各設備的運行狀態(tài),從而及時采取維護措施,提高運營管理工作的質量效率。
根據以上分析可以看出,BIM技術在城市軌道交通工程中具有較大的應用優(yōu)勢,其最終目標是解決設計、施工、運維等各階段不同專業(yè)、不同人員之間的一體化協(xié)同問題,從而實現工程的高效、經濟建設和管理。但由于對BIM技術的理解不足,目前各地區(qū)對該技術的應用仍存在諸多問題,主要體現在幾點:
隨著BIM技術應用的不斷深入,城市軌道交通建設BIM技術逐漸向全生命周期應用發(fā)展。想要實現不同階段BIM技術的協(xié)同應用和信息共享,所提供的BIM模型必須具有統(tǒng)一的建立標準。然而,目前行業(yè)內尚未形成統(tǒng)一的BIM標準,不同機構的BIM交付標準均不相同,BIM建模的深度和廣度也各有特點、無法通用。如廣東省制定的DBJ/T 15-160—2019《城市軌道交通建筑信息模型(BIM)建模與交付標準》[10]中對各專業(yè)BIM建模內容進行了初步定義,但對于建模的細節(jié)未作具體規(guī)定。因此,如何綜合考量BIM應用的廣度和深度,建立健全城市軌道交通工程BIM標準體系,成為BIM技術在城市軌道交通工程應用的首要問題。
城市軌道交通工程工程規(guī)模巨大,涉及專業(yè)眾多。同時城市軌道交通工程的建設周期一般較長,在工程建設過程中隨著BIM模型的不斷創(chuàng)建、操作,將產生海量信息。由于缺乏高效的信息管理體系,這些龐雜的模型信息會隨著工程建設的推進出現不同程度的缺少、遺失現象,這為使城市軌道交通工程的管理造成極大的困難。因此,如何高效管理工程建設各階段的模型和信息,實現BIM信息的全過程可追溯,是城市軌道交通建設項目的重要問題。
BIM技術的優(yōu)勢在于能高效解決工程全生命周期中高度復雜的信息交換以及協(xié)同管理等問題。然而當前BIM技術在我國城市軌道交通工程中的應用尚處于初期階段,BIM應用深度不足,并且主要是階段性的。導致BIM技術的應用價值難以完全體現。是我國城市軌道交通工程建設面臨的又一難題。
綜上所述, BIM技術在我國城市軌道交通工程應用過程中仍存在諸多問題。為更好地推進我國城市軌道交通建設,提出幾點應用建議。一是建立健全BIM技術標準體系。統(tǒng)一的技術標準是實現BIM技術廣泛應用的前提,政府和行業(yè)應聯合推進BIM標準化工作,完善我國城市軌道交通工程BIM標準體系,形成統(tǒng)一的建模以及數據交換模式,實現BIM技術的廣泛協(xié)同應用。二是構建全生命周期信息管理平臺。城市軌道交通工程系統(tǒng)復雜,周期跨度長,要想實現其在各個環(huán)節(jié)的完整傳輸和有效擴展,必須建立高效的管理系統(tǒng)。應在模型統(tǒng)一表達的基礎上,進行多資源協(xié)同與優(yōu)化,實現全生命周期各階段數據的協(xié)同與高效管理。三是加強BIM技術的全生命周期應用。BIM技術想要獲得最大的應用優(yōu)勢,就必須實現BIM技術在整個項目的全過程應用,實現工程全生命周期數據關聯和共享,實現資源配置優(yōu)化、高效統(tǒng)一管理,從而減少成本消耗,提高建設效率。
近年來,BIM技術在城市軌道交通建設中得到了越來越廣泛的應用,并取得了一定的應用效果。文章通過分析目前BIM技術在城市軌道交通建設各個階段的應用情況,認為BIM技術城市軌道交通工程這類復雜工程中具有較大的應用優(yōu)勢,同時也存在相關標準不完善,缺乏高效的信息管理體系、全壽命周期應用深度不足等問題,難以發(fā)揮BIM技術優(yōu)勢,制約著城市軌道交通建設的發(fā)展。因此,為進一步發(fā)揮BIM技術在軌道交通中的作用,應加快完善軌道交通工程的BIM標準體系,構建基于BIM技術的全生命周期信息管理平臺,同時加強BIM技術在城市軌道交通工程全生命周期的應用,從而推動城市軌道交通建設深入高效發(fā)展。