智慧地铁中的BIM+FM应用研究

随着建筑信息化在建筑全生命周期中的不断应用，BIM（建筑信息化模型）技术在建筑设计、施工与运维阶段的应用越来越广泛。当前，BIM在建筑设计阶段的应用已经逐渐成熟，价值获得普遍认可，但在FM（设施管理）方面仍处于初级阶段。

目前，BIM与FM技术的融合已经应用在一些大型建筑中，但其在交通领域尤其是地铁项目的建设上应用甚少。本文提出了BIM+FM在地铁上的应用思路，旨在为地铁以及相关设备的管理方提供一套更加智能高效的综合管理平台，将多角度的系统及管理需求进行融合，使用多系统在同一平台进行呈现，最终将地铁或设备的各子系统集成统一，建立地铁管理的运维信息化管理中心数据库，为地铁管理提供可靠的设备运维分析等一系列专业性服务，达到提升管理效率、节能优化等效果。

BIM与FM概述

BIM与FM

BIM是一个完备的信息模型，它能够将工程项目在全生命周期各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便工程各参与方使用，它的实质是一种建模工具[2]。

IFMA（国际设施管理协会）将FM定义为通过整合人员、场所、流程和科技，确保已建环境高效运转的跨学科行业[3]。

BIM对于FM的价值体现在以下三方面：

第一，3D可视化。BIM模型能够实现运维管理的3D可视化；

第二，扩展数据。BIM模型包含大量关于安装、装修和设备的扩展数据，帮助日常维护。BIM模型所提供的数据有助于建筑物或者设备现状评估，并进行性能优化分析；

第三，空间数据。BIM模型简化了企业管理过程中的空间数据创建。

BIM与FM融合的可行性分析

通过对现有的实际案例研究发现，BIM使用过程中会产生大量数据信息，由于数据遗漏和格式等问题，在整个项目生命周期中数据无法得到实时共享，与此同时，由于主观原因，数据需求方不知如何利用已有的数据信息。而对FM来说，一方面缺乏有力的数据支撑，导致信息化程度低；另一方面有时会出现设计方、施工方、运维方各自交付自己的数据，割裂了数据在项目全生命周期中的连续性，极易造成数据的遗漏或重复。在管理方面，缺乏设施设备的相关属性信息，无法对其准确定位，信息不能及时有效地集成，就会造成FM的信息孤岛[4]。

BIM与FM融合的实际应用

北京某超高层建筑项目，其规模大、整体结构复杂，建筑内设备多、设备功能复杂，要求运用智能化系统来实现建筑设备的物联网融合控制，运维要求极高。应用BIM、FM、物联网、组态、人工智能、模拟仿真等技术，在统一平台下，实现管、控、营一体化的应用大融合[5]。

该建筑可以实现建筑内设备的实时监控和设备报警自动处理，在发生机房漏水报警事件时，平台将自动关闭最短距离的水阀，同时，自动弹出BIM地图及漏水点附近摄像头画面，通过BIM地图查看具体漏水位置，与应急平台联动取出运维文档，最大程度降低报警事件带来的损失。其采用了人工智能等相关保障技术，实现以人为中心，设备智能运转，环境随之自行改变，实现智能、节能的最优体验[6]。

BIM与FM结合在地铁中的应用

在城市轨道交通大规模建设的今天，BIM在地铁中的作用日益显著，BIM技术的出现为地铁建设提供了新思路。根据前面BIM+FM技术在北京某超高层建筑项目中的应用以及对BIM+FM技术路线的研究，本方案提出了BIM+FM技术在地铁上的应用思路。

方案设计

（1）总体方案

在整体设计中，我们将系统定义为3个不同层次，即系统层、感知层和应用层，通过这3个层面将项目中的系统、设备和使用者进行有效的联接，形成一个完整的体系。

（2）设计原则

以运维模型为基础、软件为核心，通过信息交换和共享，将各个具有完整功能的独立子系统组合成一个有机的整体，提高系统维护和管理的自动化水平、协调运行能力及详细的管理功能，彻底实现功能集成、网络集成和软件界面集成。

（3）使用角色的设计

系统考虑了不同使用者的差异性需求，通过不同的功能模块及终端来满足不同场景的使用需要。主要从决策层、管理层和执行层3个方面有针对性地进行设计。

（4）系统架构

本项目设计的管理平台架构主要包括数据采集、数据接口、业务逻辑、网络服务、人机交互5个层次。

功能模块介绍

FM包含多个模块，如空间管理、设备管理、能源管理、事故应急管理、环境与风险管理和资产管理等，其涉及各个方面和层次。

空间管理

空间管理包括空间信息与规划、人员盘点与分配、预订管理及搬迁管理4个方面，对于大型企业用户，可以通过精确分摊计算，提升空间利用率，减少空间使用费用和优化空间。通过空间管理，相关部门可以生成精确可靠的空间分配和占用报表，组织机构可以更好地分析和规划当前和将来的空间需求。

设备管理

通过将设备、家具与空间位置、使用及维护人员有机地结合在一起进行管理，追踪设备的更新、人员和资产的调整并维护数据记录，同时，能够按员工确定成本，可以方便地进行设备、人员搬迁及变更管理。设备管理可帮助提高管理能力，提高工作效率，降低运营成本。

能源管理

能源管理将能耗按照能耗用途和设备类型进行多层级划分，形成统一规范的能耗分项模型，并根据能耗、设备系统和关键影响因素等信息联系起来，确定能耗与关键影响因素的相关性，使管理方能够更加高效地进行节能管理。通过开放接口接收设备运行监视数据，与基本参数对比实现弹屏报警提示，系统具备规则检查能力。

事故应急管理

事故发生时，系统能够快速准确地获取信息，做出对生命安全至关重要的决策；提供积极主动的应急作业管理，尽可能地挽救生命、保护财产；组织信息来实施时间恢复计划，并迅速恢复正常运作。为使安全人员能够有效管理现场使用材料的安全信息，平台提供了一个全面的电子库存系统，用于将材料的安全信息与建筑物相关联，提高工作场所的安全性，并确保符合相关有害物质管理的法律规定。

案例分析

BIM技术在地铁中的应用

（1）地铁车站综合管线碰撞检查

传统的地铁建设中，碰撞检查需要在各专业设计图纸汇总后才能实施，既耗时耗力，又影响工程进度。采用BIM技术，可以在建造前就对建筑的管线等进行碰撞检查，优化净空和管线排布方案，消除硬碰撞并尽可能地避免软碰撞，减少错误损失和返工[7]。

地铁车站综合管线设计应在BIM模型的基础上进行。信息化的模型提供空间位置数据，可随时通过碰撞检查进行调整，达到快速优化的目的。如图1所示，碰撞检测由BIM系统自动完成，可即时列出检测报告，避免人工检查遗漏[8]。

（2）设计阶段BIM的应用

地铁车站是整个地铁网络的中枢，它不仅要具备人员汇集与疏散的功能，更要承担地铁各专业设备和整个系统运行的功能。BIM技术提供了一个协同设计平台，它能够促进各专业的有效沟通，将所有资源进行整合[7]。BIM的应用使设计沟通更加方便，易于调整和改进，从而优化设计。车站结构建模和结构分析中BIM技术很关键，根据实际地质条件和需求进行模型创建，对创建好的模型要进行支座检查和物理分析等结构分析，发现潜在的问题并加以解决[9]。

（3）施工阶段BIM的应用

将时间维度引入BIM可实现4D模拟施工，对施工中各种可能的诱发情况进行预先处理，减少返工[7]。BIM还具备施工明细记录和工程量统计功能，施工过程中产生各类数据参数信息，对构建预算等可生成明细表；确定建筑材料的用量，用于施工单位初步成本分析。基于BIM技术，能够提前对重要部位的安装进行动态展示，提供施工方案讨论和技术交流的虚拟现实信息[9]。

图1 碰撞检查

（4）运维阶段BIM的应用

运维阶段采用BIM技术，可实现空间、能源等管理和灾害应急模拟等功能。BIM模型可提高运维效率，降低成本，提高地铁使用寿命，规避运维风险。BIM的信息模型可以供管理者查询、修改和调用，同步更新系统信息，更好地对设备进行维护。地铁的运维通常包括监控、通信、信号、照明和供电等系统，上述设备和管线如果发生故障，都有可能影响地铁的正常运营，甚至引发安全事故。运用BIM技术，可以对这些隐患进行及时处理，并且能对突发事件进行快速应变和处理，快速准确掌握地铁的运营情况。

BIM+FM在地铁中的应用

BIM+FM平台由BIM模型、设备设施信息数据库、自控系统和FM管理系统等模块组成，所有模块都基于BIM立体模型界面进行展示和使用，包含的重要功能如下：

（1）空间管理

将地铁空间数据进行整合管理，随时掌握各个空间使用情况。合理规划设施空间的分配，杜绝空间浪费，降低业务成本。与BIM结合，空间使用状况可以通过图形化来展示，能够合理地调整空间分配，确保空间资源最大利用率，并且将空间费用自动分摊到各部门，从而实现精细管理。

（2）设备管理

地铁项目拥有大量复杂的系统和设备资产，需要将地铁设施设备和维护人员有机地结合在一起进行管理。实现资产盘点、分配和报废等操作，如图2所示。首先，从BIM模型导入设备信息，建立设备台账。满足设备零部件维修、保养、更换等工作的跟踪、记录要求；其次，通过BIM模型获取设备属性、维护记录和文档；最后，通过二维码跟踪设备的检查、维护、更换。而且还可在系统中制定维护计划，系统会自动提醒启动设备维护流程，也可做出故障预判，降低设备突发故障次数，大大提高了维护效率，降低维护成本。

（3）运维管理

对地铁内相关设施设备进行日常运营维护，包括应需维护、定期维护、设备大中修。鉴于前述分析，本项目中的BIM+FM平台的运维管理仅涉及定期维护和设备大中修维护。定期维护为设备日常维护工作建立全面的预防性维护程序，可以定义检查、校正、清洗、润滑、配件更换、测试等任务，然后安排工作在必要的时间间隔进行，防止故障，保持设备正常操作。定义维护计划后，可以指示系统自动生成工单执行任务，然后通过自动化的预防性维护，可以最大限度地防止错过关键维护，避免事故，如图3所示。确保工单被高效及时地执行，资源得到合理调度。

（4）能耗监控

通过BIM平台能够实现项目能耗监测及数据统计，实现能源动态监测，记录的历史数据可以作为能耗分析比对的基础，对异常能耗进行调整优化。通过精确或模糊搜索能快速定位到项目中的任何一个智能设备，并读取其实时或过往数据，并实现基于该设备三维模型的基本信息、逐时信息、能耗总览、用电用水总量控制以及用电用水分项占比组成等，达到监控各种设施设备的能耗状态，有效降低能源消耗和运行成本的目的。

图2 设备管理

图3 智慧运维管理平台局部示意图

效益分析

BIM+FM融合能有效地对地铁项目的建设进行资产管理决策和优化，通过对全生命周期的全过程跟踪，为设计方、施工方和运维方提供详细数据信息，特别是在智慧运维管理上，BIM+FM融合的价值更加显著。利用此方案，能够将地铁中的设施设备及资产信息可视化，可提升运营及维护效率并有效降低成本，从而提高投资回报率。

结语

在地铁项目建设中，通过建立BIM+FM项目管理云平台，可以建立一个可随时随地快速访问到的最新、最准确、最完整、最可靠的基于BIM的工程数据库。利用BIM技术建立工程项目数据库，可对类似项目快速评估，为投资决策和精益管理提供参考，形成基于BIM+FM平台的管理规范和流程，可以降低地铁运行期间的设备维护管理成本，实现设备数据管理的可视化、智能化，将这两者结合应用于地铁项目中，为地铁内设备的正常运营提供必要的辅助支持，从而实现BIM价值的最大化。（本文通讯作者饶志强为北京联合大学副教授、博士、硕导；作者赵玉林、常惠为北京联合大学轨道交通安全管理方向在读硕士。）