建设基于BIM的新一代智慧地铁

文｜尤旭东

建设基于BIM的新一代智慧地铁

文｜尤旭东

尤旭东，高级工程师，现任上海轨道交通13号线发展有限公司董事长兼总经理。上海市城乡建设和管理委员会科学技术委员会评审专家，参加轨道交通建设管理及技术研究逾30年，长期致力于轨道交通项目建设管理及技术研究工作，提出和定义了一系列复合地层盾构施工技术的新观点、新方法，发表地铁建设、盾构技术方面论文10余篇，主编著作5本，获上海市科学技术进步奖、上海土木工程科技技术奖、上海市优秀工程咨询成果奖等奖项，多次获“上海重点工程实事立功竞赛建设功臣”等荣誉称号。

上海地铁建设者在不到30年的时间里，建成了600多公里的轨道交通，创造了一个奇迹。此时恰逢信息时代的到来，给我们带来巨大的机遇和挑战。传统地铁建设应向精细化管理、标准化建设、减员增效方向发展，要实现这些目标只有通过变革与创新才能打造新一代的智慧地铁。我们认为智慧地铁应由智慧设计、智慧建造、智慧运维三个部分组成。

基于BIM的智慧设计

智慧设计是由BIM正向设计结合多项目、多专业系统集成云平台来实现的。以前几乎所有设计都是用CAD的二维设计，再生成BIM模型来进行三维运用的，这种设计方法效率比较低，出图周期较长，发现问题较晚。在新一代的智慧设计中，我们要求直接通过BIM的三维模型生成设计图纸，这就是所谓的正向设计。正向设计能大大提高出图效率，并在第一时间发现问题，提高设计质量。BIM正向设计与多项目、多专业集成云平台能实现智慧设计。多项目、多专业是指每个项目、每个专业都建立BIM模型，都在同一个云平台上进行协调整合。

上海13号线淮海中路站运用BIM正向设计和多项目、多专业的系统集成并建模

在上海13号线淮海中路站，这个站的基坑深达33米，地下六层，是上海迄今为止最深的车站；地下连续墙深达71米，相当于一个乐山大佛的高度。同一地块上，同时有向明中学、龙凤地块和13号线淮海中路站三个项目在进行建设。在这个项目中，我们运用BIM正向设计和多项目、多专业的系统集成，对每个项目建立模型，对每个接口进行有机处理，使这个超级困难的工程得以顺利建成。

基于BIM的智慧建造

上海地铁建设者把BIM模型轻量化和移动互联、信息集成整合在一起，实现了PIP。所谓PIP，就是项目信息门户，PIP是将设计、投资、进度、现场、远程监控、视频监控等多个系统整合在一起。BIM模型在之前运用过程中发现有两个问题，一是对硬件的要求特别高，二是由于它的硬件要求高，导致受众面非常狭窄，基本只有个别人员在使用，无法发挥BIM的功效。这两个问题对BIM的推广使用带来了很大的限制。为此，上海地铁建设者首先做到了BIM模型的轻量化，让他得以在手机端能够飞速运行。信息集成使我们在施工现场有许多管理手段，而这些手段都各自为政，形成许多信息孤岛，使得施工管理不够精细高效，为此我们建立了一个基于BIM模型的门户平台将现场所有的管理手段整合在一起，实现互联互通。

轻量化加信息集成的PIP已在13号线各工地全面推广使用，提高了管理功效，收到了较好的效果。使用者进入这样一个门户后，可以各取所需来完成自己的目标。

PIP：实现一机在手，尽在掌握。

BIM+GIS→领导驾驶舱

在地理信息上加载BIM模型和项目信息，让领导者能够对项目情况做到一目了然。

BIM模型的轻量化得以在手机端能够飞速运行

如图1，13号线位走向在上海城市地图上得以显现，每个站点地理位置非常清晰，每个站点都有模型，每个模型都有项目信息，每条信息都有处理情况统计，领导者可以据此实时掌握工程情况。

BIM+进度管理→4D

图2中清晰显现了周计划和周完成情况，不仅有时间轴比较，还可以在模型上找到具体部位进行比较，从中分析原因，采取措施，使得计划控制更为直观高效。

BIM+成本中心→5D

PIP将设计、投资、进度、现场、远程监控、视频监控等多个系统整合在一起

图1 BIM+GIS→领导驾驶舱

图2 BIM+进度管理→4D

图3 BIM+成本中心→5D

如图3在PIP项下的投资管理，把BIM精确算量的功能运用到工程量清单的技术当中，基本上可以实现真实情况下的工程量清单，所以成本中心就是把概算分解到最小的核算单元，每个合成单元都是一个程序，这个其实是投资管理的理念，我们就是用算量的工具和管理的理念结合，更好地进行投资控制。

BIM＋物联网→物料溯源

在现场管理中对物料管理一直来没有很好的手段来加以管控。质量低劣的材料仍旧混迹于重大工程中，监理单位面对大量进场材料往往也难以应付，材料使用信息更是少有保存，可以说工程材料几乎难以溯源。上海13号线项目公司在上海火车站北广场西站厅的工程项目中首次在PIP中采用BIM模型＋二维码的方法对进场材料进行管控，即根据每批进场材料需张贴二维码，其中加载相关信息，由监理进行扫码检查，相关信息在PIP 显示出来。如此对材料商、监理和总包单位都实现闭环管理，且留下了清晰的数字档案。

图4中采用BIM模型＋二维码的方法对进场材料进行管控。

BIM+远程监控→可视化风险管控

如图5，在PIP中整合远程监控和BIM模型及周边环境模型，以往的远程监控在风险管控方面发挥了一定的作用，但是缺陷是不具有可视性的，只能传递一些文字信息，这样很难做到在远端对现场情况有很好了解，更不可能进行处置了。因此，我们把远程监控和BIM模型及周边环境模型进行了整合，这样就可在远端实时了解现场情况，甚至在远端对现场的风险进行处置，真正做到了远端风险管控。

BIM+三维激光扫描→智慧验收

图4 BIM＋物联网→物料溯源

图5 BIM+远程监控→可视化风险管控

紧急情况下，可通过移动互联网发送到手机端的方式进行客流疏散

众所周知，BIM模型是设计阶段的虚拟模型，三维激光扫描是将实际完工的工程情况进行激光扫描建模，是真实模型。将这两个模型进行互相比对后，可以发现实际完成和设计要求的情况存在多少偏差，据此实现了智慧验收。在上海13号线马当路站的验收中，我们尝试了用激光扫描建模，收到了较好的效果。

基于BIM的智慧运维

对智慧运维的尝试和展望是在BIM模型基础上对人、机、物（土建结构）进行大数据采集，通过移动互联，进行实现智慧运维。

这里的人，分成客流和内部管理人员两部分，针对客流，我们尝试在车站BIM模型的基础上，对客流的大数据进行采集，掌握客流的走向规律。一方面检验车站设计的合理性，另一方面对客流的引导提出合理方案。在紧急情况下对客流的疏散可以通过移动互联网，发送到手机端来进行应急疏散。

针对内部管理人员，我们设想在BIM模型上通过地下人员定位系统，也就是地下的GPS，实现维护人员的自动派单和日常巡检，从而可以提高管理效率，减少管理人员的数量。

机即设备，BIM+设备数据采集实现智能感知。通过对设备建模，在设备上设置传感器，对每台设备日常工作的参数进行采集，从而对设备运行情况进行分析，发现异常状态，比对设备的使用寿命，提出合理的维修保养方案。

物即土建结构，在BIM模型中把有缺陷的土建结构信息进行加载，通过移动互联的手段在远端实现对缺陷的掌握，对缺陷结构做到数字存档，从而更好地进行维养，实现智慧工务。

结语

BIM模型和移动互联是两项非常好的工具，但是它们只是实现智慧地铁的一条路径，工具不是万能的，而是需要我们管理者有变革创新的理念，来发现问题，解决问题。

目前，上海地铁已经在智慧设计、智慧建造方面进行了有益的尝试，取得了较好的成效。我们正对智慧运维方面进行积极的探索。不久的将来，我们将通过对BIM与大数据、移动互联进行有机的融合，实现智能感知、智能分析、动态处置，从而打造新一代的智慧地铁。

本文为尤旭东在2017中国城市轨道交通高层论坛·分论坛七城市轨道工程建设中外对话中的发言，根据录音整理后授权刊登。