城市轨道交通项目建筑信息模型(BIM)应用研究

王 鑫 张宝杰

(中国海洋大学 山东 青岛 266000)



城市轨道交通项目建筑信息模型(BIM)应用研究

王 鑫 张宝杰

(中国海洋大学 山东 青岛 266000)

近年我国已进入城市轨道交通的快速发展期，建筑信息模型(BIM)作为建筑业的全新技术，也逐渐被应用于轨道交通工程的设计中。本文介绍BIM在城市轨道交通项目不同阶段的应用情况并突出了其在施工阶段的应用优势。BIM技术的发展不仅为城市轨道交通项目管理工作提供新型信息化手段，更重要的是为城市轨道交通项目管理创新创造了新机遇。

城市轨道交通；建筑信息模型；项目管理

引言

建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目各相关信息的工程数据模型，是对工程项目相关信息详尽的数字化表达。BIM倡导一种全新的理念，它的应用从工程规划、设计，到施工、维护各个方面，对于实现工程全生命期管理、提高轨道交通行业科学技术水平、促进轨道交通设计全面信息化和现代化，具有重要应用价值。

一、城市轨道交通应用BIM必要性

(一)BIM技术特点。轨道交通项目与一般市政建设项目相比，具有点多、线长、面广、规模大、投资高、建设周期长的特点，且机电系统复杂、设备繁多、社会责任大，对建设和运营提出了更高的要求[1]。

目前，轨道交通行业设计多采用传统二维图纸，表达方式抽象，只有经过专业训练并有实践经验的人才能正确完整地理解，对后期运维提出较高要求。同时，二维图纸难以对建筑物的所有内容及关系进行完整表达，图纸及各专业间缺少刚性系统的传承联系，只能依赖设计师人工沟通协调，在设计变更、调整较频繁的轨道交通设计中更易出现错漏，造成建设投资损失及运维信息不准确。

BIM技术相对于传统二维图纸，所能表达的信息丰富、资料查阅效率高、及时准确，能满足轨道交通出现紧急情况时的处置要求，因而能对轨道交通项目运营管理起到助力作用[2]。

(二)BIM技术的价值。BIM的可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性特点给项目的各参与方带来了不同的价值，现阶段对于BIM运用的价值可归纳为以下5点[3]：(1)基于BIM模型的可视化决策；(2)基于BIM模型与其他相关方的可视化交互；(3)通过BIM模型提高轨道交通的设计质量；(4)通过BIM模型初步实现施工过程管理；(5)通过BIM模型实现车站设备运维管理。

二、BIM在城市轨道交通项目不同阶段的应用探讨

(一)前期规划阶段。在城市轨道交通前期，需要经历从机会研究到可行性研究的逐步细化的论证过程，这个过程是建立在大量翔实可靠的资料分析基础上的，其中包含城市经济与社会方面的资料，还有自然条件、环境资料、交通与出行需求等。

规划阶段通常是利用BIM的思想，构造一个包含基本数据和附属数据城市交通三维模型。基本数据是对模型本身特征及属性的描述，是模型元素本身所固有的；而附属数据包括与模型元素直接或间接相关联的、模型本身特性之外的各方面信息和资料。

由于模型元素都是参数化和可运算的，因此可以基于模型信息进行分析和计算，并采用层次分析和模糊决策等方法来进行线网评价和方案的优选。

(二)设计阶段。设计阶段是BIM技术应用最多、最成熟的阶段，设计单位在完成最初设计方案后即进入工程实体设计阶段，可参照房屋建筑的BIM进行设计，即将城市轨道交通的各个系统进行分解，而各个系统又是由该系统内的各部分构件组成的，如车辆工程系统中的车辆就由车体、转向架、牵引缓冲装置、制动装置、受流装置和车辆内部设备等构件组成，它们在BIM中既是信息的载体又是信息的表达，同时是设计人员进行设计的对象。

由于BIM中的所有构件都是基于一定逻辑关系而生成的，因此在某一个构件上所作的修改都将引起所有与之有逻辑关系的信息的智能协同修改，这将大大减少设计人员的重复劳动,降低成本和错误率。BIM还允许对项目进行深度开发，支持多人协同工作，保证信息的实时更新，这也在很大程度上提高了工作效率。

(三)施工阶段。施工阶段应用BIM创建包含建筑物所有信息的虚拟模型，将3D建筑模型和时间、成本结合起来，进行直观的5D施工管理。该种管理方式可以自动将建筑模型和工程进度链接起来，使进度管理得到更有效地分析和交流；同时，可以将预算过程中创建的信息分解到生产中，生成预定的采购计划和费用列表，用于相应的财务分析。

在5D施工管理系统中，设计、成本、进度三部分是相互关联的，任一部分的变化都会自动反映到另两部分。这将大大缩短评估和预算的时间，显著提高预算的准确性；更重要的是，可以大大增强项目施工的可预见性，在项目设计和施工的初期及早发现问题；通过3D模型，设计、预算、进度可以同步获得；而且，在施工的任意阶段，都可以通过与3D模型的关联，保持最新的、准确的造价计算。

(四)运营阶段。在城市轨道交通项目的运营阶段可以基于BIM及时提供有关列车运行记录、维修记录、财务状况等集成信息。通过对这些参数化信息的分析可以实时进行运营成本分析；根据实际的客流数据可以进行行车计划调整等；BIM可以以一个集成系统的形态给运营企业提供全方位的决策支持，甚至为将来新建项目提供一个知识积累和管理的平台。

三、BIM在城市轨道交通施工过程中的应用优势

(一)模拟优化。BIM的应用使得轨道交通项目的设计由二维向三维动态可视化转变，设计人员通过定义构件、参数化调整使模型满足预期的尺寸，同时可以生成各专业的图纸，自动更新项目使用的数据库，并保持图纸的动态联动，使所有信息协调一致。该类工程施工时往往条件复杂，预知因素和事故发生概率以及造成的人员财产损失相对普通建筑工程较大，针对这一弊端,设计人员可以利用BIM软件进行空气流动分析、能耗分析、人流疏散和消防预警模拟演练等，在设计时预先模拟真实施工状况，及时发现设计缺陷和不足，并进行不断的方案调整与优化。

(二)碰撞检查。在建好工程模型后，利用BIM软件可以自动检测碰撞点的位置和数量，及时反映各专业管线、土建和机电安装之间的空间分布状况，获取设计阶段不易发觉的设计漏洞和缺陷，对存在碰撞的交叉点和不合理设计进行修改和调整，避免产生返工和工期延误等问题。

(三)协调管理。在策划和设计阶段，即采用BIM作为信息共享平台，设计人员在同一个模型里协同设计，利用BIM模型的4D关联数据库，快速、准确获得过程中工程基础数据拆分实物量，这样做不仅可以提高沟通效率，还可以保证信息的真实和有效性，使各专业设计工具很好地对接；也可以随时为采购计划的制定提供及时、准确的数据支撑，为现场管理情况提供审核基础。

(四)成本控制。利用BIM技术具有参数化的特点，通过对BIM模型中各构件信息的管理，例如尺寸、材质等，将各类相关联的信息存储在BIM模型中，并对构件按照招标清单进行分类，即可实现对构件的工程量计算。

四、结语

城市轨道交通项目施工环境复杂，很多施工地点在人流、车辆密集的市区，可利用空间有限，加上其工期长、施工难度大、技术要求高、受环境制约大、不可预见因素多，导致施工过程中安全问题频发。BIM的应用，可以对施工各环节的时间、空间信息进行集成管理，最大程度避免施工中的安全隐患。对于BIM应用的探讨，将促使其在城市轨道交通建设中发挥更有价值的作用，同时完善城市轨道交通施工安全管理系统。

[1]祝嘉.在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想[J].建筑经济,2008(S2):7.

[2]陈丹.基于虚拟建设的城市轨道交通建设管理模式研究[D].武汉:华中科技大学,2011.

[3]毛保华等.城市轨道交通[M].北京:科学出版社,2001.

王鑫(1992-)，女，汉族，山东平度人，硕士研究生，中国海洋大学，城市防灾；张宝杰(1993-)，男，汉族，山东临沂人，硕士研究生，中国海洋大学，桥梁与隧道工程。