城市轨道交通建筑信息模型应用及发展趋势研究

■李鹏

（太原市轨道交通发展有限公司,山西 太原 030006）

建筑信息模型（Building Information Modelling，以下简称BIM）是一种强调对工程项目全生命周期相关信息进行参数化表达及集成化管理的里程碑技术[1]。它不仅是建筑实体的三维图形表达，还集成了建设工程项目各项功能特性数据，核心是在不同项目阶段为各参与方提供一个信息交流平台，以数字化、可计算的形式提供一致的图形信息和非图形信息，目的是促使各参与方加强协作、增强工程项目信息的透明性和及时性，以提供有力的决策支持、提高工程项目质量、提升工程项目价值[2]。城市轨道交通（以下简称“城轨”）项目具有投资规模巨大、建设周期长、资产类型与数量多、物资品种庞杂；系统专业性强、专业数量多、集成程度高、隶属关系复杂；设备全生命周期长、智能化程度高、技术更新快、设备运行安全性要求高等特点[3]。因此，在城市轨道交通项目中使用BIM技术，可以在设计、施工、运维等项目阶段对工程进度、质量、安全等进行有效的管理控制。

一、BIM在城轨的技术应用现状

设计阶段是目前国内城市轨道交通BIM应用最广泛、最成熟的阶段。车站管线综合及构建数字管线是目前BIM技术应用的重要切入点。针对管线拆迁模拟、道路仿真模拟、场地现状仿真、装修效果可视化、工程量复核、大型设备检修路径复核等其他设计阶段BIM应用点的探索也在积极推进。

据不完全统计，现阶段BIM技术在城市轨道交通中常见应用点共有11个，但应用深度较浅，大多集中于设计阶段和施工阶段，主要为使用BIM进行管线综合、碰撞检查、净空分析、施工模拟、方案比选、BIM平台、工程量计算、质量验收管理、进度模拟等，但在设施管理、预制加工方面较少。

BIM在轨道交通项目运营及维护期的应用仍处于发展阶段，在实际工程应用中的规模较小，应用范围也比较狭窄。如何最大程度利用BIM技术在城市轨道交通项目全生命周期信息管理中的集成优势，特别是运维阶段的应用价值，是今后BIM在城市轨道交通发展的一个方向。

二、BIM在城轨的应用情况

1.上海市轨道交通项目BIM应用案例

上海市自2011年开始在城市轨道交通工程领域中应用BIM技术对设计和施工进行辅助，地铁9号线延伸线、11号线迪士尼段、12号线、13号线、14号线、17号线等多条线路均在不同程度上应用了BIM技术。在地铁9号线延伸线三期工程建设中，设计单位协助业主应用BIM技术实现项目设计、施工阶段全过程，如场地仿真、管线搬迁模拟、交通疏解模拟、管线综合设计、工程量辅助统计、效果图渲染、场景漫游、施工仿真等。在地铁11号线龙耀路检测出各类管线碰撞问题112处，有效减少了返工误工现象。

2.厦门市轨道交通项目BIM应用案例

厦门市在2013年地铁1号线的建设早期就将BIM技术引入其中，在该项目中各阶段的主要应用包括设计阶段的土建和机电各专业建模、施工阶段的辅助机电安装施工。在该项目中，为设计方搭建的BIM协同设计平台，通过协同设计服务器帮助不同专业进行协同工作；为施工方搭建的BIM机电施工管理平台可以导入BIM深化模型，进行施工过程的可视化管理。设计阶段所发现问题的数量已经达到上万个。

3.武汉市轨道交通项目BIM应用案例

武汉市地铁2号线采用BIM技术进行地铁车站客流的三维动态仿真，为方案选择阶段提供支持。在地铁5号线中，结合BIM技术智能化、信息化的特点，对工程中所遇到的困难提供解决方案。BIM技术被用于进行现场生产、可视化交底、管线改迁与交通疏解、结构模型碰撞检查、施工进度模拟、结构模型碰撞检查、施工进度模拟等方面。

4.呼和浩特市轨道交通项目BIM应用案例

呼和浩特市地铁1、2号线在建设之初就引入了BIM技术，三维模型可以在工程中对实体建造起到指导作用，为后期运营管理提供有力的数据支撑。BIM技术在该项目中的主要特色包括：全生命周期“BIM封模”应用、站后工程采用全线三维正向设计、BIM工厂化加工与组合式装配、打造BIM资产运维大数据四个方面。

5.太原轨道交通以运营为导向的全生命周期BIM应用案例

太原轨道交通将推行全自动运行、BIM、城轨融合云和故障预测与健康管理系统（Prognostic and Health Management，简称PHM）等智能建造和运维管理信息技术应用，并将重点利用BIM技术实现项目设计、施工、运营的全生命周期的精细化建设运营。BIM应用突出以运营为导向，将运营需求前置，使BIM技术辅助地铁运营管理能更好地服务市民。

太原轨道交通“以运营为导向的全生命周期BIM技术应用”项目是以太原市轨道交通2号线一期工程运营阶段的BIM集成应用为目标，采用“运营方主导、专业顾问咨询、参与方实施”的BIM应用模式。在这种模式下，太原市轨道公司与BIM应用总顾问、当地高校创新性地成立“BIM技术创新应用中心”（简称“BIM中心”），依托“BIM中心”平台，协同进行BIM应用的总体策划、BIM战略实施规划、BIM实施标准和BIM应用实施方案，在统一的BIM应用系统管理平台和机制下实施过程管理。在整个建设期和运营期，BIM中心编制了轨道交通项目全生命周期BIM应用系列标准；进行总体的组织、里程碑节点控制，具体实施工作的全过程管理；基于轨道交通智能运营理念，研发轨道交通项目BIM竣工交付管理平台及BIM运营管理平台，而后基于统一的实施方案、实施标准和管理平台，管理各设计、施工、运营管理方等BIM实施的主体单位，完成BIM应用目标所开展的具体的建模、数据准备及培训等应用实施内容，从而实现在统一的BIM应用管理平台和机制下实施以运维为导向的BIM应用管理。

该项目除了发挥BIM在施工图深化、大型设备路径规划、冲突检测、三维管线综合、施工模拟、竣工交付等设计和施工阶段的作用，还重点探索了BIM在轨道交通运营阶段的资产管理、运营沙盘、检查维护、人员培训、应急管理等方面的价值，极大程度上提高了建设和运营的数字化水平，打造太原轨道交通以运营为导向的全生命周期BIM技术应用的特色，实现“拓展BIM技术在轨道交通行业的应用范围和价值，提升地方及行业BIM技术应用水平”的目标。

三、BIM技术在我国城市轨道交通项目的发展趋势

近年来，BIM技术在我国城市轨道交通项目的应用取得了令人瞩目的成效，但是当前我国BIM技术的应用尚处于发展阶段，仍需进一步探索。在数字化时代，先进的信息通信技术正以惊人的速度不断涌现，已引起各行各业的广泛关注。综合利用各种先进技术，探索“BIM+”技术，全面改进城市轨道交通项目的生产方式与管理模型，进而提升城市轨道交通项目的生产效率，已经成为今后发展的趋势。

1.BIM+云计算

云计算具有强大的数据存储能力和处理能力，将BIM技术转化为BIM云服务，可以借助云计算的优势实现BIM技术轨道应用中各类信息的访问、共享和处理[4]。城轨融合云技术对于轨道交通的智能选线设计、列车调控、安全监控等工作具有重要意义。

2.BIM+PHM

故障预测与健康管理系统（Prognostic and Health Management，简称PHM）可以通过传感器和数据采集系统所搜集的数据，借助各类算法和模型推导设备故障原因与位置，并对故障发生进行预测[5]。BIM技术为PHM搭建了基础数据搭载和展示平台。轨道交通自动化运行技术需要搜集大量的数据并建立相关平台为决策提供支持，BIM技术、城轨融合云等新技术的发展为此创造了极为有利的条件。

3.BIM+VR

虚拟现实（Virtual Reality,简称VR），也称作虚拟环境或虚拟真实环境，是一种三维环境技术，集先进的计算机技术、仿真技术、传感和测量技术、微电子技术等为一体，借此产生逼真的视、听、触、力等三维感觉环境，形成一种虚拟世界[6]。BIM与VR集成应用，能够很好地提高模拟工作中的可交互性。在虚拟的三维场景中，可实时切换备选的施工方案，在同一个视点或同一个观察序列中感受不同的施工过程，有助于比选不同施工方案的优势与不足，以确定最佳施工方案。同时，还可以对某特定局部进行修改，并实时与修改前的方案进行分析比较。此外，还可以直接观察整个过程的三维虚拟施工环境，快速查看不合理或者错误之处，避免施工中的返工。

4.BIM+更多可能

此外，在轨道交通工程中各参与方应该还可加强探索集成应用BIM技术与物联网、移动技术、智能设备、3D打印、GIS等大数据信息化技术手段，在此基础上实现信息自动采集、高效协同合作、科学预测决策、智能管理施工现场。提高BIM在城市轨道交通工程领域和整个产业链的深度应用水平将是信息化、工业化、智能化与绿色化发展的共同要求。

总之，BIM技术不只是对传统技术的颠覆性变革，也要求在实践中对传统的生产方式和组织模型进行变革，用创新的思维模式对待未来城市轨道交通项目的设计、施工与运营管理，这将对整个行业产生巨大而深远的积极影响。