摘要：BIM技術(shù)能夠使城市軌道交通項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化。BIM技術(shù)將貫穿城市軌道交通工程的整個項(xiàng)目，包括規(guī)劃、設(shè)計、施工和維護(hù)階段，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的協(xié)同設(shè)計、優(yōu)化分析和資源共享。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)可視化設(shè)計；模擬交底；碰撞檢測；數(shù)字化制造

城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)是一個巨大的工程，具有工程量大、建設(shè)時間長、投資大成本高等特點(diǎn)，工程具有一定的復(fù)雜性，參與企業(yè)和人員數(shù)量眾多。而運(yùn)用BIM技術(shù)，項(xiàng)目的參與設(shè)計人員從項(xiàng)目方案階段到運(yùn)維管理階段都可以在BIM模型中修改相關(guān)專業(yè)信息。同時，也可以根據(jù)工程的實(shí)際情況對BIM模型進(jìn)行修改和完善，從而在項(xiàng)目的整個生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息化數(shù)字化管理。這種方法可以提高工程設(shè)計施工效率，保證項(xiàng)目質(zhì)量，提高運(yùn)維管理能力，增加經(jīng)濟(jì)效益。

一、國內(nèi)城市軌道交通BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用正在迅速發(fā)展。除了北、上、廣、深四大一線城市，二、三線城市的城軌項(xiàng)目中也大規(guī)模應(yīng)用了BIM技術(shù)。

（一）北京軌道交通BIM應(yīng)用情況

北京地鐵10號線二期工程建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)對整個工程周期進(jìn)行了管理。在初步設(shè)計階段，對車站的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電以及其他相關(guān)專業(yè)進(jìn)行了建模；在設(shè)計施工階段，進(jìn)行了管線綜合深化、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計、施工模擬交底；在工程施工階段，對施工進(jìn)度進(jìn)行了跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)了整個周期的信息化管理。

（二）廣州軌道交通BIM應(yīng)用情況

廣州地鐵集團(tuán)已經(jīng)建立了企業(yè)級的BIM體系，主要包括企業(yè)BIM能力調(diào)研、企業(yè)BIM戰(zhàn)略制定、BIM應(yīng)用后的流程再造、建模標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)、編碼體系、軟硬件及網(wǎng)絡(luò)選擇、招標(biāo)文件以及合同范本、實(shí)施風(fēng)險分析、試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施等內(nèi)容。在廣佛2期工程中進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。此外，廣州市軌道交通18/22號線全面采用BIM體系，成為全國第一條全過程采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的軌道交通項(xiàng)目。

（三）洛陽軌道交通BIM應(yīng)用情況

洛陽軌道交通1號線于2021年正式運(yùn)營。在1號線的施工中應(yīng)用了BIM技術(shù)進(jìn)行了3D建模、碰撞檢測、管線優(yōu)化、數(shù)字化制造等。這種方法減少了重復(fù)協(xié)調(diào)工作，在施工前解決了各專業(yè)的沖突問題，提高了效率。

二、BIM在項(xiàng)目工程中的應(yīng)用

（一）BIM在項(xiàng)目設(shè)計階段的應(yīng)用

1.信息整合

通常情況下，城市軌道交通項(xiàng)目在設(shè)計階段需要多方參與。在以往的工程設(shè)計中，許多信息都存在孤立性，各方之間無法順暢地進(jìn)行信息共享?，F(xiàn)在，業(yè)主會為參與方搭建一個平臺，平臺使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，各方將自己的數(shù)據(jù)提交給業(yè)主，業(yè)主再對各方的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成項(xiàng)目最終的BIM模型。

2.場地分析

場地分析是對建筑物所使用的場地及其與周邊環(huán)境相關(guān)聯(lián)情況的分析。如果將BIM與GIS相結(jié)合，可以提高場地分析的精確度。BIM和GIS的數(shù)據(jù)精度都很高。在前期規(guī)劃中，BIM通過數(shù)據(jù)交換獲取GIS的信息，精確評估場地條件和特點(diǎn)，做出最理想的場地規(guī)劃和建筑布局等決策。在完成模型后，BIM還可以向GIS傳輸數(shù)據(jù)，解決GIS的問題。

3.策劃和論證

在項(xiàng)目策劃階段，對于一些非傳統(tǒng)建筑或有特殊要求的建筑，設(shè)計師想要通過傳統(tǒng)的設(shè)計方法來表達(dá)就有些力不從心。設(shè)計師可以利用BIM將頭腦中的想法和思路變成客戶能夠理解的方案。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用BIM對建筑空間和功能進(jìn)行綜合分析，根據(jù)客戶的需求進(jìn)行對比論證，做出合理的決定。此外，BIM具有數(shù)據(jù)聯(lián)動功能，每次方案的修改都可以看到相應(yīng)的成本預(yù)算，給業(yè)主提供相應(yīng)方案的成本預(yù)估。

4.可視化設(shè)計

在BIM技術(shù)應(yīng)用之前，效果圖通常由專業(yè)的制作公司或設(shè)計人員利用軟件進(jìn)行建模，然后進(jìn)行渲染。然而，由于軟件功能的局限以及設(shè)計理念的不同，使得設(shè)計方案與三維可視化展現(xiàn)之間存在相當(dāng)大的差距。BIM的可視化設(shè)計使得設(shè)計師的真實(shí)設(shè)計效果可以展示出來，并且對于設(shè)計的深化和變更，都會生成與之對應(yīng)的效果圖。

（二） BIM在深化設(shè)計階段的應(yīng)用

1.協(xié)同設(shè)計

在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，各專業(yè)設(shè)計師單獨(dú)設(shè)計，然后將完成的樣圖及相關(guān)資料通過企業(yè)內(nèi)部或外部的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給其他合作者。這種協(xié)作方式是割裂的和碎片化的，往往會存在溝通不到位的情況。一旦設(shè)計出現(xiàn)修改，那么與之相關(guān)的設(shè)計會出現(xiàn)一連串的修改，每個環(huán)節(jié)的人都需要等待他人的修改完成后再進(jìn)行修改，與之相配套的文件也需要修改。BIM的協(xié)同設(shè)計則有效地改善了這種離散的、割裂的設(shè)計環(huán)境。BIM中模型本身的信息以及所攜帶的信息都是相關(guān)的，當(dāng)設(shè)計人員修改了設(shè)計并在模型端修改參數(shù)時，與之相關(guān)的設(shè)計也會跟隨著傳遞到其他合作者那里。協(xié)同設(shè)計貫穿整個項(xiàng)目從設(shè)計到施工到運(yùn)維的整個周期。

2.性能分析

CAD繪圖軟件除了圖形信息不包含其他任何信息，因此很多數(shù)據(jù)需要通過手工輸入的方式進(jìn)行添加，才能展開分析計算。而這種性能分析往往被安排在設(shè)計的最后，如果方案出現(xiàn)變更，就會導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)不符，需要不斷重新錄入，這樣會造成人力、物力浪費(fèi)，還可能影響工期。在BIM模型中，設(shè)計師在設(shè)計過程中已經(jīng)將設(shè)計、材料等信息放入模型中。因此傳統(tǒng)設(shè)計中需要大量時間來完成的專業(yè)數(shù)據(jù)輸入工作，可以半自動完成，從而提高工作效率。

3.碰撞檢查和管線綜合

碰撞問題一直是設(shè)計師們頭疼的難題。機(jī)電設(shè)備的安裝通常發(fā)生在工程施工的后期，因此設(shè)計人員和施工單位的時間十分緊張。然而，管線與結(jié)構(gòu)、設(shè)備與結(jié)構(gòu)，甚至管線設(shè)備系統(tǒng)本身的碰撞問題卻頻頻發(fā)生。盡管這一部分在項(xiàng)目預(yù)算中占比較小的部分，卻是最為麻煩的問題。BIM模型自動攜帶的信息最直接的用處就是檢查建筑內(nèi)部物體的空間關(guān)系和碰撞問題。這些問題大部分無法在平面圖中預(yù)想到，甚至在建好的BIM模型中也很難一一發(fā)現(xiàn)，檢測過程完全由計算機(jī)完成。通過碰撞檢查程序，計算機(jī)可以在模型中發(fā)現(xiàn)碰撞問題并輸出一份碰撞檢查報告，報告按編號、構(gòu)建ID和截圖相結(jié)合的方式告訴設(shè)計人員哪里出現(xiàn)了碰撞問題。設(shè)計師根據(jù)檢查報告對模型進(jìn)行修正，解決存在的碰撞隱患，確保施工階段的順利進(jìn)行。

（三）BIM在施工階段的應(yīng)用

1.施工進(jìn)度的模擬和管理

在BIM技術(shù)應(yīng)用之前，項(xiàng)目管理者通常依據(jù)自身從業(yè)經(jīng)驗(yàn)編制項(xiàng)目進(jìn)度計劃表，但計劃表的精確度不高，難以清晰描述施工進(jìn)度以及各方之間的關(guān)系，也很難準(zhǔn)確表達(dá)工程施工的動態(tài)變化過程。BIM模型在幾何信息層面上是三維的，如果將時間維度加入BIM模型中，就可以形成一個四維模型。四維進(jìn)度模擬可以更加清晰和直觀地展現(xiàn)整個施工過程，為項(xiàng)目管理者提供一個可視化的平臺。在四維進(jìn)度模擬中，三維的建筑模型與編制好的施工進(jìn)度計劃表格是強(qiáng)關(guān)聯(lián)的。通過軟件編制工程任務(wù)，設(shè)定各工作之間的關(guān)系，并將其與BIM模型進(jìn)行對接，施工任務(wù)與三維模型就關(guān)聯(lián)到了一起。關(guān)聯(lián)后的四維進(jìn)度模擬以天、周、月為單位，對施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，可以在任何時間點(diǎn)顯示出日期，當(dāng)前完成的和未完成的工程量。在施工過程中，項(xiàng)目管理者可以直觀地看到項(xiàng)目的施工進(jìn)度，及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整施工過程中出現(xiàn)的問題。

2.施工場地規(guī)劃

在除了工程中的建筑構(gòu)件，施工現(xiàn)場還包括許多工程機(jī)械、物料存放點(diǎn)和臨時建筑等。因此，在施工前合理布置施工資源非常重要。在施工過程中，由于安排規(guī)劃不合理，運(yùn)送大跨度構(gòu)件的車輛運(yùn)輸困難，工程機(jī)械不能同時作業(yè)，或者機(jī)械施工碰撞等問題時有發(fā)生。通過BIM模型進(jìn)行三維立體規(guī)劃，可以將施工場地中的材料倉庫、材料堆以及工人的生活區(qū)進(jìn)行位置的規(guī)劃布置，減少施工用地。同時，對施工機(jī)械和車輛的路線進(jìn)行合理規(guī)劃，便于管理，避免事故發(fā)生。這種方法可以幫助施工場地中的各種資源更好地協(xié)同作業(yè)，提高施工效率，降低施工成本。

3.施工模擬交底

在工程項(xiàng)目中，設(shè)計人員或設(shè)備廠商需要派遣專業(yè)人員到現(xiàn)場，對于圖形和文字無法清楚描述的地方進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。然而，對于一些較為復(fù)雜的工序，設(shè)計人員并不一定熟悉施工要點(diǎn)，即使想要將整個工序和施工要點(diǎn)描述清楚也很難。由于某些施工節(jié)點(diǎn)非常重要且不可逆，一旦出現(xiàn)差錯，將造成巨大的損失。因此，在BIM模型中加入時間軸，為關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)添加文字說明和構(gòu)件內(nèi)部的剖面圖，制作施工工序的動畫，動畫可以隨時暫停并隨意旋轉(zhuǎn)視角，為現(xiàn)場施工人員提供施工指導(dǎo)。在制作施工指導(dǎo)時，設(shè)計人員結(jié)合現(xiàn)場情況，能夠盡早發(fā)現(xiàn)工程存在的問題，并在施工前及時解決。

4.數(shù)字化制造

BIM結(jié)合數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造，通過對BIM模型進(jìn)行碰撞檢測和安裝模擬，根據(jù)構(gòu)件模型的精確尺寸和加工圖，對構(gòu)件進(jìn)行預(yù)制，有效降低了誤差，提高了制造的生產(chǎn)效率。

三、BIM在城市軌道交通的應(yīng)用

BIM技術(shù)讓設(shè)計更高效、更智能化。在城市軌道交通項(xiàng)目中，BIM技術(shù)最廣泛的應(yīng)用為管線綜合和碰撞檢查?；贐IM技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通項(xiàng)目的數(shù)字化和信息化是未來發(fā)展的趨勢，BIM技術(shù)將貫穿城市軌道交通工程的整個項(xiàng)目周期，包括規(guī)劃、設(shè)計、施工和維護(hù)階段，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的協(xié)同設(shè)計、優(yōu)化分析和資源共享。

（一）BIM在規(guī)劃階段的應(yīng)用

在規(guī)劃階段，利用BIM思維構(gòu)建一個包含地理環(huán)境、地質(zhì)條件、管線道橋以及社科、文學(xué)、人文、經(jīng)濟(jì)等多方面信息的城市交通三維模型。該模型包含人口數(shù)量、密度分布、出行方式以及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等信息。基于這些模型信息，BIM技術(shù)可以對線網(wǎng)規(guī)劃、線站位選取、線路走向進(jìn)行分析。

（二）BIM在設(shè)計階段的應(yīng)用

城市軌道交通設(shè)計是一個涉及多個專業(yè)領(lǐng)域、設(shè)計周期長、工作量大、工序復(fù)雜的綜合工程，多家設(shè)計單位參與，各專業(yè)間協(xié)調(diào)工作量大。在設(shè)計前期，BIM技術(shù)具有協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢，各專業(yè)的設(shè)計人員可以在同一個平臺上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，建立模型。有效避免了各專業(yè)之間因溝通不到位而出現(xiàn)信息遺漏，提高了設(shè)計質(zhì)量和效率。

在設(shè)計中后期，設(shè)計人員可以在模型中進(jìn)行各專業(yè)間的碰撞檢查及設(shè)備的安裝工序工藝模擬，通過軟件的集成作用進(jìn)行管線優(yōu)化和工程設(shè)計深化，避免了施工前出現(xiàn)的管線碰撞、工序錯誤等問題，減少了施工過程中的錯誤和返工，降低了工程損失。

1.方案設(shè)計階段BIM應(yīng)用價值

（1）可視化三維設(shè)計

在三維可視化條件下進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計師能夠全方位觀察設(shè)計方案，便于各方溝通交流和決策。在傳統(tǒng)設(shè)計模式下，建筑空間的高度、大小、新穎度等方面很難理解，機(jī)電工程師在其中布置和準(zhǔn)確定位設(shè)備、管線更加困難。三維可視化提供了準(zhǔn)確的構(gòu)件定位，設(shè)計師可以在BIM平臺上共享信息，進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化和完善設(shè)計，從而提高設(shè)計質(zhì)量。

（2）參數(shù)化設(shè)計

方案設(shè)計階段，數(shù)據(jù)參數(shù)會隨著設(shè)計的深化和完善而需要不斷修改和調(diào)整。傳統(tǒng)的手動調(diào)整工作量較大，而采用BIM參數(shù)設(shè)計則更高效、更快捷。

2.初步設(shè)計階段BIM應(yīng)用價值

在初步設(shè)計階段，可以利用設(shè)計模型對建筑設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)施工方案、專項(xiàng)風(fēng)險工程、交通影響范圍和疏散方案、管線影響范圍和遷移方案進(jìn)行溝通、交流、討論和決策。初步設(shè)計階段的應(yīng)用包括：設(shè)計方案可視化、控制因素分析、換乘方案模擬、設(shè)計方案比選、施工工法模擬、交通疏散及管線改遷模擬、工程量統(tǒng)計、一體化模型應(yīng)用等。

3.施工圖設(shè)計階段BIM應(yīng)用價值

施工圖設(shè)計階段，可以應(yīng)用BIM對各專業(yè)之間進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化設(shè)計方案、施工工藝、工法等，生成可供施工安裝使用的設(shè)計文件。這個階段的應(yīng)用包括：設(shè)計進(jìn)度和管理、管線碰撞檢查、管線綜合優(yōu)化、預(yù)留預(yù)埋檢查、工程量統(tǒng)計、結(jié)構(gòu)計算等。

（三）BIM在施工階段的應(yīng)用

在施工階段，項(xiàng)目技術(shù)人員應(yīng)該采用BIM模型率先進(jìn)行虛擬施工，將施工進(jìn)度與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度模擬。通過與預(yù)先制定的施工計劃進(jìn)行比較，驗(yàn)證合理性，對施工計劃進(jìn)行完善，提高管理效率，盡量避免施工過程中的返工和整改。在項(xiàng)目管理的過程中，項(xiàng)目技術(shù)人員應(yīng)錄入所有設(shè)備及相關(guān)信息，對施工階段進(jìn)行監(jiān)測和監(jiān)督管理，便于施工人員及時分析、總結(jié)和處理施工中存在的問題。同時，依據(jù)模型提供的數(shù)據(jù)，提出相關(guān)的解決方式和結(jié)果預(yù)測，為施工方的及時決策和處理提供便利?；贐IM技術(shù)，施工方充分利用模型碰撞檢測后的優(yōu)化管線排布方案進(jìn)行施工，避免了工程實(shí)施中產(chǎn)生的爛尾工程，既節(jié)約成本也提高了效率。施工方也可以對施工過程中可能存在的安全隱患進(jìn)行預(yù)判，降低事故的發(fā)生率。

（四）BIM在運(yùn)營維護(hù)階段的應(yīng)用

將BIM模型與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，建立維護(hù)管理平臺。通過對列車運(yùn)行、設(shè)備維修以及票務(wù)信息的數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)時進(jìn)行能源配置管理和成本分析。基于BIM三維信息模型，運(yùn)營部門可以對既有能源和配置進(jìn)行檢測和分析，實(shí)現(xiàn)對動態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測、統(tǒng)計和分析。從上傳的數(shù)據(jù)中直觀地了解設(shè)備的功能和狀態(tài)，優(yōu)化運(yùn)營管理模式。應(yīng)用BIM技術(shù)，在項(xiàng)目設(shè)計階段各專業(yè)的信息可以共享、流通，減少專業(yè)間的重復(fù)協(xié)調(diào)工作，提高了設(shè)計效率。BIM模型的可視化使設(shè)計成果直觀可視，深化設(shè)計階段可在施工前解決各專業(yè)方案間的沖突矛盾，保證了工程進(jìn)度，提升了施工質(zhì)量。BIM應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)，如何讓數(shù)據(jù)能夠更加通用化地在模型、計算、施工應(yīng)用及出圖方面轉(zhuǎn)化，保證信息的準(zhǔn)確和完整，將是要研究的重要課題。

作者單位：邱智鋮 洛陽鐵路信息工程學(xué)校

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