基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理研究

刘丽娜　 张　诣

（石家庄铁路职业技术学院　 河北石家庄　050061）

基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理研究

刘丽娜 张诣

（石家庄铁路职业技术学院 河北石家庄050061）

在轨道交通项目整个生命周期中参与方众多，产生的信息类型复杂，形式多样，数量庞大，使得在管理的过程中信息沟通不畅、信息流失严重，在很大程度上制约了项目管理水平和管理效率的提高。以轨道交通项目信息管理为研究对象，进行项目建设各阶段的信息分析与BIM应用研究，提出基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理框架体系，实现轨道交通项目整个生命周期中信息的有效沟通，为全生命周期信息管理提供了理论支持。

轨道交通项目 信息管理 全生命周期 BIM

1　引言

我国正处于城市轨道交通建设的高速发展时期，并且已经取得了相当大的成就。据国家发改委统计，目前我国获批轨道交通建设规划的城市已达36个，2014年全国城市轨道交通投资将达2200亿元，比去年增加400亿元。至2015年前后，将规划建设96条轨道交通线路，总投资超过1万亿元。

我国城市轨道交通建设速度提高的同时，城市轨道交通的建设管理水平也在探索和实践中不断前行，尽管如此，我国在城市轨道交通建设工程方面的管理经验显然还不充足。城市轨道交通项目的建设决策和实施过程，既是物资生产过程，也是信息的生成、传递、处理和应用过程。城市轨道交通工程建设信息涉及多部门、多环节、多专业、多渠道，工程信息量大，来源广泛。工程项目建设实施的整个过程十分依赖信息，信息是投资决策项目建设生产的依据、是业务处理过程之间逻辑关系的纽带、是项目组织要素之间联系的主要内容。

目前轨道交通行业设计、建设、运营的分离现状及采用传统二维设计带来的信息量限制及建设过程信息的缺失，给轨道交通项目建成后的运营维护管理带来了巨大的挑战。BIM（建筑信息模型）技术的应用可以有效地解决信息记录、传承问题。BIM通过在设计阶段建立项目的三维建筑模型，继而录入建设过程中项目的土建、机电设备等相关信息，打造一个融设计、建设、运营等项目全生命周期的数字化、可视化、一体化系统信息管理平台，真正实现运营维护的信息化。

2　BIM的概念和应用

BIM概念产生于十九世纪 70 年代，是由美国乔治亚技术学院 Chuck Eastman博士提出的：“建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息”[1]。除此之外，国内外不同的组织和科研机构对BIM概念的解释还有很多种，但综合来看都强调了以下几点：①BIM是一个数据模型；②BIM 包含的信息不仅有设施或建筑物本身的几何特征，还包括物理特性、功能特性以及相关的全生命周期各类信息；③BIM所包含的各类信息之间相互关联，可以进行运算，强调了对信息数字化的要求[2-4]。

建筑信息模型不仅在工程的设计和施工阶段通用，而且可以支持建设项目生命期的信息管理，使得项目全生命期的信息能够得到有效的组织和追踪，保证信息从一阶段传递到另一阶段时不会发生“信息流失”，减少信息歧义和不一致。美国 bSa（buildingSMART alliance）对BIM在美国建筑、设计、施工领域的应用进行了调查研究，并总结了目前BIM的25种不同应用[5]。其调查结果表明，BIM的应用贯穿建设项目全生命周期，BIM应用根据功能特点的不同，有些会跨越多个阶段，如成本预算，有些则只是针对特定的阶段，如场地使用规划[6]。

BIM的价值是体现在建设项目的全生命周期各阶段的实践。但是目前国内BIM的应用集中体现在设计阶段，再加上各个阶段相对独立，项目各参与方信息传递过程中的丢失，各个阶段的协同应用还未很好实现，所以要想实现BIM的价值最大化，就必须在建设项目的全生命周期中进行统一协同的实践应用。

3　轨道交通项目全生命周期的信息分析与BIM应用

轨道交通建设项目不同阶段责任方不同，生产目标也不同，因此所生产和需要的信息也不同，并且某一阶段产生的信息可能被其他阶段的工作所使用，因此应从全生命周期的角度对各个阶段的信息进行分析[7-8]。

3.1规划阶段

城市轨道交通是城市交通的大动脉，起着骨干作用，因此在城市轨道交通规划阶段要做大量的准备工作，特别是应当结合城市的总体规划和交通规划，进行充分论证，以使项目更具合理性，并能保证城市轨道交通的可持续发展。影响城市轨道交通规划的因素很多，包括自然、社会、经济、工程、环境等多方面，它们相互影响、相互制约，也导致了城市轨道交通规划方案的多样性。规划阶段的信息主要有地质数据、道路几何特征、人口密度、出行分布等，见图1。将BIM技术运用于轨道交通的规划设计当中，构建3D模型直观展示城市轨道交通整体的规划布局、平立面分布、选址环境等，并赋予模型丰富的数据信息。本着城市轨道交通可持续发展的思想，通过对这些模型信息的计算和分析，业主方可以选择适合的路网规划方案。

图1　规划阶段信息框架

3.2设计阶段

城市轨道交通的设计是多学科、多专业、技术含量高的结合，是规划、客流预测、线路、站场、轨道、限界、行车组织、列车、建筑、结构、桥梁、防水、施工技术、供电、通信、信号、环境控制、给排水、消防、防灾报警、设备监控、自动售检票、环保等系统的组合[9]。相比规划阶段的设计，设计阶段的建筑信息模型更加复杂具体，需要创建大量的信息，并且会有大量的不同专业的相关人员介入此过程，包括建筑设计师、结构工程师、水暖电工程师、造价工程师等等。设计阶段的信息不仅包括轨道交通建筑实体的各基本对象（隧道壁、道床轨道、墙、楼梯、钢轨、轨枕、楼板、门等）的规模尺寸、空间拓扑关系、空间分配关系、外观真实表现等，还包括相应的结构设计信息、水电暖系统设计信息等，见图2。采用BIM应用软件进行三维可视化设计，表达更形象，便于各专业协同设计，避免冲突；所有信息一致、联动，并能自动生成各类图纸和数据表格，让设计工作和决策更加高效、便捷；进度和成本等数据的加入，让决策管理更加科学。

图2　设计阶段信息框架

3.3施工阶段

城市轨道交通地点多在建筑密集区域，交通情况复杂，各种地下管线密布；建设所需的机械设备庞大复杂、品种多、操作专业性强；工程多处于地表以下，地质条件复杂、不可预见的因素多[10]。因此城市轨道交通的施工难度很大，且风险较高。在城市轨道交通的施工阶段，设计阶段通过BIM技术形成的建筑信息模型能给施工阶段带来很大的帮助。施工阶段的基本信息可直接从设计阶段的信息模型中提取，再从进度、质量、资源等方面进行信息扩展，逐步完善施工阶段的信息模型。施工阶段的扩展信息是根据施工管理目标增加的信息，主要包括进度信息、成本信息、施工方案、质量信息、安全信息、资源信息等。施工人员可以采用施工信息模型的可视化功能对施工中可能遇到的各专业、各系统之间如管线碰撞等问题进行检查，反馈并修改施工设计，从而减少返工现象并节约成本。还可以先应用BIM技术中的模拟技术，进行施工模拟、安装过程模拟、结构安全分析以及安全控制管理等，大大提高施工的安全可靠性，并避免不必要的返工，减少资源的浪费，提高施工的质量和进度。

3.4运营阶段

城市轨道交通的运营阶段是城市轨道交通建设的最后阶段，也是规划、设计、施工阶段的最终体现。城市轨道交通的运营管理包括城市轨道交通运行组织管理、维护管理和经营管理三个方面。其中城市轨道交通运行组织管理是指在一定的设备条件下，设计出良好的运输计划，满足乘客在出行安全、距离、速度、舒适性和准点性等方面的要求[11]。在运营阶段，可以向城市轨道交通的BIM模型注入关于客流数据、车辆的运行记录、维修记录、财务状况等信息。依据人流密度的变化，可以调整车辆的组织运行方案；对财务信息的提取加工，可以进行运营成本分析；通过维修记录和监控数据，能迅速发现运营中的隐患，并能快速找到发生故障的位置进行维护，保障运营的安全等等。

3.5全生命周期信息集成模型

城市轨道交通全生命周期信息集成的基础和关键是创建BIM建筑信息模型。BIM中的信息是以建筑产品信息为核心的全生命周期信息，随着项目的进展，各类信息不断得到补充和完善。在设计阶段所产生的主要是与建筑产品相关的信息和数据，如几何尺寸、成本数据、功能特性等，该阶段的信息可集成为建筑产品信息模型；在施工阶段，主要产生组织、过程、进度等项目管理信息，将包含建筑产品信息的模型与项目管理信息相结合，形成施工信息模型；在运营维护阶段，将施工信息模型与包含有运营维护信息的设施管理模型相结合，形成运营管理信息模型，而运营管理信息模型就是最终所形成的城市轨道交通全生命周期信息集成模型。

4　基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理框架的构建

城市轨道交通全生命周期信息的信息量大，来源广泛，涉及多个专业、多个环节、多种渠道，信息管理十分复杂。传统的信息管理方式凌乱无序，信息利用率低。因此基于BIM的信息管理框架的构建思路的核心就是要改变传统的信息传递和共享方式，通过BIM将不同阶段、不同参与方之间的信息有效地集成起来，真正实现轨道交通项目全生命周期的信息管理。

基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理框架如图3所示，该框架由数据层、模型层和功能模块层三个部分构成。

图3　基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理框架

数据层是一个BIM 数据库，它是信息管理框架的基础。BIM 数据库相当于一个信息存储平台，保证不同BIM应用之间的信息共享、提取、关联及扩展。通过数据层，可避免建设信息的重复输入，减少不必要的人力和财力的投入，以提高信息使用效率，节约工期和成本。

模型层是承载信息的载体，它在基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理框架中起到了核心作用，因为其针对功能模块层不同的 BIM 应用需求，从数据层获取信息，产生相应的子信息模型。在这个过程中，充分发挥了 BIM 的关联修改、一致性、协同工作等特点，真正实现了 BIM 在全生命周期各个阶段的集成应用。

功能模块层是由 BIM 在项目管理中的应用构成，这些管理功能模块会自动将分析结果反馈给相应的专业人员，由专业人员将信息数据存储到BIM 数据库中，以方便后续阶段、和参与方使用，提高信息的利用率，使项目效益最大化。

5　结论

将BIM技术引入轨道交通项目全生命周期信息管理中，通过对轨道交通项目全生命周期各阶段的信息分析与BIM应用研究，提出基于BIM的轨道交通项目全生命周期信息管理框架，可以有效避免信息管理过程中信息流失和沟通不畅等问题，为轨道交通项目全生命周期信息管理提供了理论支持，有利于全生命周期信息管理目标的实现。

[1]H Edward Goldberg. The Building Information Model. CADalyst, Eugene, Nov2004,Vol.21: 56～58.

[2]牟茗.四维建筑信息模型技术研究[硕士学位论文].北京:北京林业大学, 2009

[3]王柯.基于IFC的3D+建筑工程费用维的信息模型研究[硕士学位论文].上海:同济大学,2007.

[4]马智亮. BIM 技术及其在我国的应用问题和对策.中国建设信息, 2010(4): 12～15.

[5]BuildingSMART Alliance of National Institute of Building Sciences,BIM Project Execution Planning Guide Version 1.0.

[6]何关培.BIM在建筑业的位置/评价体系及可能应用[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(1):109-116.

[7]李永奎.建设工程生命周期信息管理(BLM)的理论与实现方法[D].上海:同济大学,2007.

[8]李晓东,张德群,孙立新.建设工程信息管理[M].北京:机械工业出版社,2007.

[9]俞加康,沈秀芳.上海轨道交通明珠线二期工程的总体设计.地下工程与隧道,2000(4):2～11.

[10]毕湘利,周顺华,刘万兰.城市轨道交通建设施工的风险识别.城市轨道交通研究,2004(4): 36～38.

[11]朱忠隆,刘武君.城市轨道交通项目运营管理的企业模式分析.城市轨道交通研究,2007(8): 19～22.

[12]刘瑾言.BIM技术是轨道交通必要实施手段[EB/OL]. http://www.bimcn.org/a/sheji/2014/0506/782.html.2014-5-6.

Research on Lifecycle Information Management of Rail Transportation Projects Based on BIM

LIU Li-na ZHANG Yi
(Shijiazhuang Institute of Railway Technology ShijiazhuangHebei050061China)

There are different kinds of parties working in building sectors throughout the lifecycle in rail transportation projects, which results in a complexity of large amounts of generated information. Hence it produces an obvious obstacle in information communication and information sharing among each party. Because of lack of information, it has much impact on the efficiency of project management. According to the information management through lifecycle in rail transportation projects, this paper carries out information analysis and researches the application of BIM at each stage of project construction. The lifecycle information management framework system of rail transportation projects based on BIM is proposed which implements effective information communication in the whole lifecycle of rail transportation projects. The research provides theory support to construction projects’ lifecycle information management.

rail transportation projects information management lifecycle BIM

文献标识码：A文章编号：1673-1816(2016)03-0079-05

2016-06-18

刘丽娜（1979-），女，汉，河北石家庄人，硕士，副教授，研究方向领域为虚拟现实，数据挖掘。

河北省人力资源和社会保障研究课题（JRS-2016-1043）；河北省科技计划项目（15270330）；河北省高等学校科学技术研究重点基金项目（ZD2016057）