呼和浩特市轨道交通1、2号线一期工程BIM全生命期应用研究

刘占英 张振义 王 辉 麻永华 董桂林

(1.呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司，呼和浩特 010020；2.北京市轨道交通设计研究院有限公司，北京 100068)

1 工程概况

1.1 项目简介

呼和浩特市轨道交通1、2号线一期工程是全国首个以全投资PPP模式运作的轨道交通项目， 1号线一期工程线路全长约21.7km，共设车站20座， 2016年4月开工建设，于2019年12月29日开通运营； 2号线一期工程线路全长约27.3km，共设车站24座， 2016年8月开工建设，计划2020年10月通车。线路如图1所示。

图1 呼市轨道1、2号线一期工程线路图

1.2 工程特点与难点

呼市轨道1、2号线一期工程线路穿越核心城区，环境风险工程多，施工条件复杂，安全管理难度大； 工程技术难度高，工期时间紧，干扰因素多，进度管控难度高； 专业接口多，三边工程，项目协调效率低，如图2所示。工程使用BIM技术[1-3]，基于“一套BIM模型绘到底”，在全生命周期各阶段，各参建方共享一套数据，进行设计方案直观展示、土建与设备快速准确算量、多专业之间的空间冲突检查以及建设数据无损移交至运维使用。

图2 新华广场站周边环境

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

在呼市轨道1、2号线全面系统地应用BIM技术进行设计、施工、管理、交付。要按照“全面数字化建造、全面BIM移交运营”标准筹划和推进工作，实际工作和BIM应用同步进行。

做好BIM系统数据应用，积累并形成呼市轨道交通建设和运营的大数据库，通过BIM升级公司建设管理和运营管理信息化系统，以数字化建造、信息化运营，打造“数字化地铁”。

2.2 实施方案

呼市轨道BIM应用按照土建、设备分步开展。土建专业实行“图模同步提交”，保证图纸质量； 设备专业实行“正向设计”，通过各阶段封模来保证模型的唯一、共享和传递，实施流程如图3所示。

图3 BIM实施流程

1)设计阶段：站后工程采用三维正向设计，生成各专业蓝图，达到“图模一致”；

2)施工准备阶段：BIM设计模型进行施工深化，指导施工；

3)施工阶段：BIM配合现场各专业施工，BIM模型变更时，走BIM变更程序；

4)竣工阶段：补充完善信息，数字化移交，达到图模现场三者一致。

2.3 团队组织

呼市轨道交通BIM实施采用“建设单位统一组织、总体单位统一标准、参建单位有序实施”的组织模式，组织架构如图4所示。

2.4 应用措施

BIM实施之初，统一发布BIM应用标准，搭建BIM平台软硬件环境，建立协同工作机制，采用“样板先行、样板引路”的实施策略，分阶段分步骤开展BIM应用。

2.5 软硬件环境

项目软件环境：BIM应用的软件名称、版本以及用途如表1所示。

表1 软件配置

项目硬件环境：BIM应用搭建服务器、工作站、移动端以及专用网络等硬件设施，配置如表2所示。

图4 团队组织架构

表2 硬件配置

3 BIM应用

3.1 BIM标准体系搭建

根据呼和浩特市轨道交通BIM应用规划，统一标准体系，在项目实施之前制定《呼和浩特市城市轨道交通BIM建模标准》、《呼和浩特市城市轨道交通BIM设施设备族库交付标准》、《呼和浩特市城市轨道交通BIM总体管理办法》、《呼和浩特市城市轨道交通BIM施工深化应用导则》，对各阶段、各参建单位的BIM建模、应用、交付、共享进行了明确的规定和要求。

3.2 BIM建模

根据勘察资料、地形图，现场采集实景高清照片，采用呼市地方坐标系建立线路周边环境真实感模型。建模范围为：车站边界200m范围、区间边界100m范围； 建模内容包括：建(构)筑物、市政管线、地形(含高程)、植被、道路及附属设施(满足前期及风险管理对象)，周边环境模型如图5所示。

图5 地铁车站周边环境模型

按照BIM建模标准，根据建筑、结构、设备的提资图，建立全线车站、场段、控制中心的BIM模型，如图6所示； 模型创建范围包括：建筑结构、设备、装饰装修专业； 模型细度分别达到施工图设计深度，支持施工工法、换乘方案、设备施工图出图等。

图6 变电所土建设备模型

自主研制区间自动化建模插件。建立并集成全线区间、出入段线的BIM模型，如图7所示； 模型创建范围包括盾构管片、联络通道、轨道、支架、接触网、轨道、管线专业； 模型细度分别达到施工图设计深度，支持施工工法、换乘方案、重大工程风险分析等。

图7 盾构区间土建设备模型

根据施工图设计图纸，按照BIM标准进行施工深化，进行临建布置，围护结构建模，满足现场施工要求。模型创建范围包括：临建、机械设备、土方土块、主体流水段等； 模型细度达到指导施工和辅助施工管理的深度，细化至每一作业流水段，如图8所示。

图8 明挖车站土方围护结构模型

设备安装阶段，在设计模型基础上进行管线的优化布置，制作异形连接件、综合支吊架排布、设备房间优化布置，指导施工； 模型创建范围包括：管线、支吊架、房间设备等； 模型细度达到指导施工和辅助施工管理的深度，管线分段下料的程度。

图9 车站设备房间深化模型

在设计模型基础上，依据《城市轨道交通工程工程量计算规范》(GB 50861-2013)建立算量模型，如图10所示； 模型创建范围包括：土建主体、附属、临时结构、设备系统； 模型参数包含计量清单中的计量信息[4-5]，模型工程量与图纸算量误差控制在2%以内。

图10 围护结构算量模型

施工单位根据施工场地布置的实际情况建立场地范围内的临建模型； 模型创建范围包括：项目部驻地、人员生活区、施工作业区； 场地布置与现场一致，包含但不限于大型施工机械、钢筋加工厂、生活区、办公区设施，如图11所示。

图11 临建模型

车站(含附属)与周边环境关系密切，车辆单体以及控制中心、车站内部及出入口装修，对城市景观影响大，用户体验影响大。利用BIM技术“所见即所得”的特点，梳理全线车站建筑、附属及装修的一体化设计方案。

图12 出入口设计方案

3.3 设计阶段BIM应用

设计阶段根据建立的周边环境模型信息、地质模型信息、土建方案模型信息、设备模型信息、设计图纸变更等信息，通过BIM数据集成管理平台，进行方案可视化模拟、图纸质量检查、环境资料核查、方案比选、辅助汇报、管线改迁、交通疏解等BIM应用，如图13所示。

图13 设计方案双窗口比选

基于BIM协同工作平台进行图纸以及模型数据的收集、在线浏览、审核、版本控制，实现云端存储。数据最后进入至BIM数据集成与管理平台进行全线各专业数据的集成和业务功能管理。

三维管线综合[6-8]：

1)根据各专业提资的施工图、控制参数(装修净高、房间净高、走廊净高要求、检修空间等)以及相关设计原则进行多专业三维协调设计，管线碰撞检查，合理布置公共区管线，使其满足装修、设备运行、检修空间和设备运输空间要求。

2)生成各专业(通风、给排水、动照、ISCS、通信、信号、FAS、BAS等)的平面图、关键部位的剖面图(中心里程、公共区两端、出端门处、设备区走道等)、综合支吊架布置图，使用统一的图幅图例进行局部调整，生成施工蓝图。

图14 设计方案二三维校核

图15 三维管线综合

根据三维管线综合结合二次结构模型，生成二三维墙体预留洞口图。

图16 预留孔洞预留

3.4 施工阶段BIM应用

在施工BIM模型基础上，土建施工阶段开展的BIM应用包括：施工工艺模拟、三维施工交底、BIM二维码应用、大型设备运输路径检查、风险源穿越模拟、三维激光扫描、测量放样等。设备安装阶段开展的BIM应用包括：三维管线综合、孔洞预留检查、三维数字交底、管线优化布置、管线分段下料、综合支吊架排布、设备房间布置、装修设计深化等。

图17 二维墙洞图

图18 盾构施工穿越地上物模拟

图19 BIM二维码跟踪管理

进度管理：按照施工节点计划和施工步序建立集成模型数据，导入施工计划，定时生成施工进度报表，统计形象进度。可以按照时间轴动态展示计划进度模型、实际进度模型，也可以进行计划与实际的对比展示，进行进度三色预警提醒，如图20所示。

BIM场景监测预警展示，BIM平台与风险监控系统进行对接，按照红橙黄进行预警提醒，实时定位预警位置，查看监测曲线。

BIM移动端隐患排查，使用移动端按照指定路线、排查项目、排查分项、排查内容，在移动端三维场景中图标标记隐患位置，定义隐患等级，在网络条件允许条件下，平台自动接收隐患，进行实时跟踪和快速定位，移动端隐患排查如图22所示。

图20 三色预警提醒

图21 黄色监测预警

图22 移动端隐患排查

管线预制化加工，根据管线设计说明，按照下料单要求在BIM模型进行分管操作，如图23，对管件和管段进行统计，生成材料统计表，供风管厂家加工。

图23 管线分段

图24 综合支吊架布置

3.5 运维阶段BIM应用

在建设期BIM设施设备族库的基础上，制定设施设备分类与编码规范，在系统中自动生成资产编码[9]，由设计、施工/安装单位、设备供应商、建设单位补充完善资产信息，形成资产清册。

图25 分类编码

在BIM平台中形成全线的资产清册列表，也可以按线路、站所、专业、系统层次结构查询资产，也可以自定义快速查询资产。可以查看空间位置、精准外形、内部构造、属性信息，并生成二维码现场粘贴[10]。

图26 三维资产管理

4 应用效果

通过呼市轨道1、2号线一期工程的全周期BIM实施，通过设计阶段环境模型、工程自身模型的搭建，快速直观对方案对比和展示，辅助快速决策； 减少站后工程现场返工、人员沟通成本。

通过呼市轨道BIM技术体系的研究，形成“设计—施工—监理”全员参与的，基于正向设计的模式，对于城轨轨道交通BIM应用的推广具体极大的社会效应； 推动一线人员“看BIM”、“学BIM”、“用BIM”，配备BIM的移动端、高性能电脑等，在施工前，提前用BIM预演。实现了如下突破：

(1)应用模式的创新：以三阶段“封模”技术应用模式保证过程应用效果及成果交付质量，打破原有先二维管综、翻模、碰撞检查的应用模式，实现管综正向设计；

(2)站后工程，全面实行正向设计，国内首次提供三阶段封模，在设计阶段实行实测实量，彻底消除土建误差，各方签字确认，保证站后工程的施工精度。同时保证竣工模型与现场的一致性；

(3)建立基于BIM的数字化移交体系，具体环节包括：设施设备分类与编码、空间位置编码、设施设备清册采集、前生命期信息关联、移交数字地铁。

5 结语

本文以建设单位需求为导向，详细论述了BIM技术在呼市轨道1、2号线一期工程的全周期应用实践，通过搭建数据集成与管理平台，制定各阶段各参建方的BIM应用工作要求，极大地提高了BIM工作的开展质量和效率。

通过呼市轨道BIM实践：坚持从设计源头抓起，推动BIM应用，将问题提前发现在设计阶段，达到“图模一致”； 过程中要多方参与，确保照模型施工，“图纸模型、现场一致”； BIM模型具有多种精度，既能满足资产管理，又能满足设施设备运维管理的需求。