武汉地铁全生命周期BIM数字化平台建设与应用

摘" 要：近年来，国家和地方陆续出台城市轨道交通行业数字化转型的政策与法规，鼓励和支持城市轨道交通行业和相关产业升级迭代。文章以武汉地铁BIM全生命周期数字化平台规划与建设为例，阐述武汉地铁在加快推进建筑信息模型（BIM）技术在武汉市轨道交通工程规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用，实现轨道交通工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理，为轨道交通项目方案优化和科学决策提供依据，促进轨道交通行业提质增效。

关键词：城市轨道交通；数字化转型；全生命周期；BIM平台

中图分类号：TP39" " 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2024）10-0149-07

Construction and Application of Wuhan Metro Full Life Cycle BIM Digital Platform

ZHEN Jian

（China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan" 430063， china）

Abstract： In recent years， the state and local governments have successively introduced policies and regulations for the digital transformation of the urban rail transit industry to encourage and support the upgrading and iteration of the urban rail transit industry and related industries. This paper takes the planning and construction of the Wuhan metro BIM full lifecycle digital platform as an example to explain the integrated application on whole process of Wuhan Metro's planning， survey， design， construction and operation and maintenance of rail transit projects in accelerating the promotion of Building Information Model （BIM） technology. It realizes data sharing and information management throughout the life cycle of rail transit engineering construction projects， provides reference for rail transit project scheme optimization and scientific decision-making， and promotes the quality and efficiency of the rail transit industry.

Keywords： urban rail transit; digital transformation; full life cycle; BIM platform

0" 引" 言

2017年，党的十九大报告明确提出建设“网络强国、数字中国、智慧社会”，数字中国首次写入党和国家纲领性文件。2021年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》专篇部署“加快数字化发展建设数字中国”，国务院《“十四五”国家信息化规划》和住建部《建筑信息化发展纲要》等相关政策都明确指出，基础设施建设要迎接数字时代，激活数字要素的潜能，以数字化转型驱动生产方式、引领各行业数智化转型。

中国城市轨道交通协会印发的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》中指出，以新兴信息技术与城轨交通深度融合为主线，推进城轨信息化，发展智能系统，建设智慧城轨，实现城轨交通由高速度发展向高质量发展的跨越，助推交通强国的崛起[1]；中国勘察设计协会发布的《工程勘察设计行业“十四五”信息化工作指导意见》中指出充分发挥信息化引领作用，引导工程勘察设计行业加速迈向集成创新、全面互联、跨界融合和共建共享的新阶段，支撑“新基建”、新城建和重大工程建设，创新工程建设组织模式和服务模式，推进行业数字化转型，促进行业高质量发展。

国内城市轨道交通关于数字化转型的研究也在逐步推进，冯腾、谭子龙研究了城市轨道交通勘察设计阶段中的数字化应用，将仿真模拟和参数化设计应用到地铁设计方案优化中，提升了设计成果质量，降低了项目沟通成本[2，3]；夏东、陈鸿波从项目施工建设阶段为切入点，详述数字化BIM建管平台在工程进度、安全、质量等模块中所起到的作用，以智慧建造赋能城轨建设[4，5]；潘婷、张洪庆等从地铁运维角度出发，梳理轨道交通现阶段运维流程和特征，利用数字化和信息化手段，探索了智慧地铁运维的可能[6，7]；刘乐乐、赵刚基于城市轨道交通资产管理的重难点，论述了数字化转型对城轨公司资产管理所起到的革命性的作用，以数字孪生为技术突破口，借助BIM手段实现城轨资产的数字化管理[8，9]。

以上可以看出，城市轨道交相关行业面临严峻的外部发展环境，行业市场出现收缩，市场需求转向低迷，城轨建设从以往粗狂式的增长转变为高质量发展，城轨行业数字化转型是大势所趋，行业企业要尽快融入当前的数字化发展浪潮中，不断创新，适应当前形势的不断变化[10]。从国家、行业和地方相关政策文件来看，推动数字化转型已经迫在眉睫，是支撑城轨行业实现业务增长的转折点[11]。

1" 项目概况

1.1" 项目背景

从2000年武汉第一条轨道交通线路开建以来，目前武汉轨道交通已实现从无到有、从单条线到网络化的历史转变。现已建成运营轨道交通11条线路，总运营里程达460千米，车站总数达291座，从武汉地铁线网远期规划来看，武汉轨道交通远期线网规划线路估计25条，总规模约1 100千米。

本项目的实施，贯彻执行了国家技术经济政策，引导武汉轨道交通工程BIM（建筑信息模型）技术应用及数字化交付，提高了信息应用效率，提升轨道交通工程建设及运营维护管理信息化水平，实现武汉轨道交通从智慧建设、智慧运营到资产智慧管理转型升级。平台规划框架如表1所示。

1.2" 建设意义

建设BIM平台进行轨道交通工程设计、建设和运营维护与物业资源的信息化管理，是贯彻执行国家经济政策，推进武汉轨道交通工程建设信息化实施，推广BIM技术应用，提升武汉地铁集团管理水平，实现智慧地铁的重要举措。本项目的实施将为武汉轨道交通设计、建设和运维提供全过程、全方位、全专业、多层次、精细化的管理服务，使武汉轨道交通勘察设计、建设施工、运营维护、投资管理、物业资源的管理决策更加科学与高效，建设资源利用更加优化。目前，国内其他地铁城市都在推进基于BIM的工程建设信息集成管理平台建设。BIM平台虽然属于非工程措施，但它可以产生巨大的社会和经济效益，BIM平台的建设将实现对武汉轨道交通全生命周期的信息化管理，对武汉市经济和社会可持续发展具有重要而深远的意义。

建设单位通过利用BIM+互联网信息技术建立覆盖武汉轨道交通建设全生命周期的综合管理和信息利用平台，实现武汉轨道交通在勘察设计、建设施工、运营维护、物业资源、建设投资等领域全方位的信息化管理。最终形成武汉地铁统一的工程数据管理，并部署在武汉地铁信息化云平台中，保障BIM管理平台高效运行，支持大数据的挖掘应用，为管理层提供“一站式”决策支持的管理信息中心系统，实现智慧地铁的目标。

2" 数字化平台业务目标需求分析

基于BIM的信息化是解决武汉地铁生产和管理中突出问题的有效措施，是促进企业高效生产、管理创新及体制创新的重要途径，是带动企业各项业务工作上水平提升的重要突破口。搭建起支撑武汉地铁建设、运营、土地储备、物业开发和资源经营业务的BIM应用体系，构建完整的武汉地铁业务管理信息化版图，可以实现业务与管理的信息化完全覆盖，满足业务信息化需求，从而促进武汉地铁业务水平的提升。

2.1" 设计、建设、运营管理信息化需求

根据武汉地铁集团有限公司对武汉城市轨道交通的设计管理、工程建设、运营管理的职能要求，相关责任部门依托BIM技术、大数据技术，需要对武汉城市轨道交通建设各阶段的业务相关信息进行管理，对各参建方执行情况进行分析总结，为管理提供决策依据，保证地铁建设运营的工作有效开展。

2.2" 资源投资管理信息化需求

根据武汉地铁集团有限公司运营公司负责武汉轨道交通沿线物业、地下空间、P+R停车场的招商经营管理及媒体广告资源经营管理和信息通信经营管理职能，地铁资源经营有限公司要求实现基于BIM对站内站外商铺、停车场、广告的资源前期、资源招商、资源运营管理及后期运营管理全过程的管控。实现基于BIM的各阶段投资概算的管理，为工程概算提供依据。投资管理应用场景需要结合大数据分析得出相应结论，为投资管理者的决策提供数据支持。

2.3" 信息系统安全需求

平台建设需对武汉轨道交通BIM平台中的核心数据进行保护，主要包括：核心数据的类型、内容、敏感性级别等；对核心数据，依据敏感性级别，明确相应的安全保护需求，并应覆盖核心数据从产生、传输、存放、使用、备份到销毁的完整业务流程。系统存入的数据应该具备拷贝和数据自动恢复选项，可以在存储丢失、变更的紧急条件下自动恢复。

3" 平台建设与应用关键技术

3.1" BIM模型轻量化技术

BIM模型的搭建和BIM技术的应用，从项目设计开始，一直延续到建设和运维的全过程当中。城市轨道交通行业，工程设计涉及的专业众多，数据量巨大，体量模型无法顺利在建模和可视化软件中浏览。所以，为了满足城市轨道交通BIM应用的要求，需对项目模型进行轻量化处理，构建适用各阶段应用的BIM模型，从而保证信息的有效性，满足设计、建设、运维阶段中数据信息实时更新的要求，基于云计算的B/S架构BIM模型轻量化应用框架如图1所示。

3.2" 多平台信息集成技术

平台实现与武汉地铁既有信息系统、基坑监测系统、环境监测、视频监控系统等多系统信息准确对接、高度集成、信息扭转。武汉地铁各业务模块和信息化系统，通过系统集成接口，打通各平台数据连接通道，业务数据可视化呈现。

3.3" 基于城市轨道交通的BIM+GIS的深度融合

建筑信息模型一般使用各自的坐标系统，例如各地坐标系统，GIS参数多方汇集，录入方式也各不相同，项目采用的坐标系统存在差异。模型与地理信息融合应用无法对应和匹配。GIS主要的能力就是坐标体系转换，二维的坐标系统切换技术已经十分完备，但应用效果是否能映射到三维体系数据中，对GIS平台系统是一个难题。为了满足城市轨道交通线性工程特点，BIM数据与GIS平台的无缝融合、基于GIS平台BIM数据高效检索、多源数据融合和坐标转换是BIM+GIS深度融合的关键。GIS平台将项目二三维数据融合，利用双平台的技术优势，从宏观到微观多方位应用。

3.4" BIM模型定位技术

BIM模型定位技术是指在BIM环模型中实现构建的位置定位，其技术要点涵盖基站定位、通信定位等一系列的集成技术，实现人机物料在空间中的定位。主流的定位包括ZigBee、A-GPS、卫星系统、无线Wi-Fi、蓝牙等。其中利用蓝牙定位可实现低功耗与短距离的无线传输，基于信号大小开展定位。空间环境内基于一定规律和距离设置蓝牙标记设备，可以实现人员和物料的精确定位。终端设备采用专用标记。该平台中心计算平台可实现记录检查人员和维护人员的行踪、速度等，为实现运维最优解等提供大数据支撑。

3.5" 基于BIM管理平台的设备设施运行管理

基于BIM技术的设备设施管理是运用BIM技术创建竣工阶段模型，将设备设施的相关参数与平台关联进行管理，主要包含六大模块：设施运行监控、设施维护、设施资产管理、对建筑环境分析、建筑空间管理、应急管理；传统的巡检方式一般用纸质文件记录巡检任务的执行情况，数据的真实性和实效性很难保证，同时检修员工开展手工巡查，浪费大量的人力和时间成本。巡检人员需对设备进行逐一检查和数据记录。使用二维码标开展巡检模拟。工作人员不必外出即可实现对设备的维护，自动录入相关数据。

3.6" BIM+多方协同管理技术

多方协同管理技术是以计算机工作协同机制（CSCW）为理论基础，通过云平台、BIM+移动互联网、挖掘大数据、和BIM多方应用等技术支撑点，建立各方协同的工作信息化协作管理系统。实现项目建设的协同管理、进度和质量的管理、图纸档案管理、工程成果交付和验收管理、线上沟通管理，解决工程档案错乱、数据录入不统一等问题，通过多方协同管理平台实现管理效率的提升。

3.7" 工程大数据分析技术

大数据挖掘利用是运用多种方法与工具在大量的历史数据中进行数据分析，建立数据之间的管理和规则。建设大数据模型进行分析，运用工程成本造价管理系统统计的大量业务工程数据，按业务分类、地点、工程重要性等角度进行划分、汇总，对人机物料等重要成本进行数据分析，计算出重要成本管理标准，进行成本验算和控制，从而实现轨道交通成本管理。

4" 全生命周期BIM数字化平台建设

武汉地铁BIM平台技术架构包含应用层、应用支撑层和共享发布层，平台体系通过各层元数据的数据录入、应用和整合最终形成相关业务数据。根据武汉地铁轨道交通云平台总体规划，共享数据可根据城轨公司数据交换标准发布到企业数据城轨云平台中，如图2所示。

4.1" 地铁线网信息管理系统

地铁线网信息管理系统首页如图3所示，基于GIS线网规划，结合规划一张图内容，反映地铁线网、线站位、周边环境、地铁土地资源等信息，并能体现在建线路用地拆迁情况。提供数据统计查询功能，可以通过选择具体站点进入具体模型，获取详细模型数据信息。本系统将线网、红线、保护区、物业区、土地地块进行集成，便于地铁部门人员在地图上直观地了解规划、在建、运营各阶段的地铁线路的总体情况，查看各站点车站的情况，直观查看车站周边的红线、区间红线、保护区范围，便于用户查询线路、车站、红线、保护区的基本信息；便于土地管理部门对土地地块进行管理，实现信息查询、编辑、土地信息统计；便于物业管理部门对物业区实现可视化管理、信息查询。

4.2" 设计管理系统

本系统依据武汉地铁设计阶段的生产管理模式，建立设计管理系统，实现武汉地铁设计阶段项目管理方面的规范化、信息化，设计管理系统主要包括设计总览、地铁线网信息管理、工程信息概况管理、设计与计划管理、设计成果变更管理、设计成果与考核管理、设计巡检和巡检管理、BIM设计模型管理、日常办公、文档管理及系统管理等功能，设计总筹管理页面如图4所示。基于当前的组织方式，将对设计过程中的计划、变更、审批等电子化、可视化，使得生产管控流程化、可视化、规范化。直观地查看BIM模型、设计图纸，并对变更的模型进行对比查看，直观地表达更改的内容，提高工作的效率。

4.3" 建设管理系统

建设与施工管理系统平台中，利用BIM、GIS等相关技术，同时借助BIM+技术开展城轨施工中施建设场地、建设进度、安全、质量、工程设计变更的可视化管理和高效率的协同工作。在建设阶段联合工程建设工艺和施工现场需求对设计成果进行信息添加、变更和输出，最终完成竣工模型。基于标准化项目实施流程，结合相关终端应用，通过基于BIM施工工艺模型的二次深化设建模及施工场地、材料、设备、进度、质量等管理应用，实现信息高效传递和共享，提高城轨施工建设过程的管理水平。主要包括基于BIM+GIS施工总筹管理子系统、施工图管理子系统、施工进度管理子系统、机具物管理子系统、工程监控管理子系统、工程质量安全管理子系统、竣工验收子系统、施工安全培训教育子系统、资产移交管理子系统、调度任务管理、文档资料管理，施工总筹管理页面如图5所示。

4.4" 运维管理系统

通过IoT技术、BIM+GIS技术手段、项目数据统计等多技术融合，结合对运营公司生产管理相关业务，将数字地铁与物理地铁无缝连接起来，利用云计算对实时感知数据进行处理并提供智能化服务，高效率地开展人机物料等资源的优化配置，有效提高了地铁运营管理的自动化、信息化和智能化水平。基于设施设备BIM模型及相应物理场景BIM模型，对设备资产位置、基本信息、价值信息、维修保护信息、故障信息、设备文档、备件信息、关联设备信息等进行全面管理。设备位置管理页面如图6所示，依托BIM模型可直观、有效地掌握设备的分布情况、故障情况、维修养护情况，有利于辅助运营管理者决策。

4.5" 投资管理系统

建立招标BIM算量模型，根据模型生成BIM工程量清单，辅助管理者进行BIM工程量统计。远期可以结合平台大数据，对设备厂家及施工单位的履约情况快速查询比对，提高招标效率，降低采购风险和施工风险；利用BIM模型，按照项目标段、车站、系统等单位，统计相关工程数量。通过系统自身对地铁建设各阶段成本进行精细分析，找出地铁各阶段资金使用不合理之处，优化地铁资金使用，将地铁的规划、设计、施工、运行、维护成本降至最低；对于各类合同进行统一集中的管理，内部包括合同的登记、变更等所有文档信息并与模型绑定在一起。合同中包括合同金额、分部分项名称、已付款、未付款、项目编号等信息，用于与模型构件进行绑定，辅助验工计价的进行；可查看工程量清单表，同时可查看其对应的BIM模型，直观查看BIM算量结果，进行工程量溯源，清单项对应BIM构件查看界面如图7所示。

5" 效益分析

本项目的建设，为武汉地铁集团有限公司建立了轨道交通建设BIM管理平台，通过信息化、智能化的辅助办公，采用BIM、BIM+GIS、物联网、大数据等信息化手段，全面提升武汉轨道交通设计、建设及运营管理的信息化水平，具有显著的效益，具体内容如下：

1）提高了武汉市轨道交通建设管理水平。本项目为武汉轨道交通建设管理者们提供了可视化和信息化的管理平台，管理者的日常工作和目标有了针对性和直观性，同时为领导的分析决策提供了强有力的工具。以信息化手段开展轨道交通工程的建设管理工作，可以显著提高工作效率，提升建设管理水平，有效避免信息不对称造成的监管漏洞。为武汉城市轨道交通的大规模建设提质增效、保驾护航，为武汉创建世界级地铁城市目标提供有力的技术保障。

2）促进安全文明施工，减少社会生产问题。通过本项目的建设，利用BIM技术对施工场地、施工工艺合理规划，模拟验证，有力地促进了文明施工，确保工地环境整洁有序。利用基于BIM技术的信息化管理手段对施工现场进行进度、质量、安全等方面的管理，可以提高对工程中可能出现的问题的预见性，减少实施过程中的问题，达到保证工程质量、保证人身安全的目的，有利于提高轨道交通的社会形象。

3）保障社会公共资产和人民生命安全。通过本项目的建设，搭建基于BIM的武汉地铁BIM管理平台，打破平台涉及业务的信息孤岛，提高建设过程和运营维护中的安全事件应急响应效率，确保将潜在危险隐患在萌芽阶段就消灭。在风险管控时，也可以通过平台的数据分析，为管理者及时高效调配人力和物资提供信息技术支持。有效保障了社会公共财产和人民生命安全，促进社会和谐健康发展。

4）有利于推动武汉智慧城市建设。武汉轨道交通作为政府投资的重大民生工程，其信息化建设成果具有很好的应用示范效果。项目的实施有助于推动武汉智慧城市在公共交通、市政建设的应用实践，从而提升武汉智慧城市整体水平，带动相关产业的发展。

6" 结" 论

本项目利用BIM、GIS、物联网、移动互联、大数据等技术，基于BIM搭建武汉轨道交通建设工程全生命期内信息数据集成、传递、共享和应用的管理平台，服务武汉轨道交通各条线路的设计、建设和运营维护管理。通过BIM平台，为武汉轨道交通的勘察设计、建设施工、运营维护、资源开发、建设投资等工作提供高效的信息化管理和科学决策工具。

综上所述，建设BIM平台是武汉地铁集团有限公司信息化发展的必由之路，是统筹管理武汉轨道交通建设和运营的有效途径，对于提高武汉地铁集团有限公司的建设管理水平、开展智慧地铁建设具有重要的现实意义，项目建成后具有良好的经济效益和显著的社会效益。

参考文献：

[1] 李中浩.建设标准化的城市轨道交通云和大数据平台 [J].城市轨道交通研究，2021，24（6）：12+228.

[2] 冯腾.轨道交通装配式冷冻机房BIM参数化自动设计 [J].铁路技术创新，2022（4）：52-58.

[3] 谭子龙.基于BIM模型的地铁车站三维客流仿真路线研究 [J].铁路技术创新，2020（4）：68-79.

[4] 夏东.杭州—海宁城际铁路BIM技术应用 [J].铁路技术创新，2021（1）：101-105.

[5] 陈鸿波.城市轨道交通信息化建管平台应用研究 [D].上海：上海交通大学，2020.

[6] 潘婷，刘青青，朱利明.城市轨道交通车辆智能运维现状分析及启示 [J].铁路技术创新，2022（3）：95-100.

[7] 张洪庆，钟允.深圳地铁基于城轨云的智慧运维应用探索 [J].中国建设信息化，2021（15）：22-25.

[8] 刘乐乐.基于新一代信息技术的智慧城市轨道交通运维管理研究 [J].智能建筑与智慧城市，2020（9）：70-71+78.

[9] 赵刚.基于“智慧地铁”的城市轨道交通资产管理系统研究 [J].城市轨道交通研究，2022，25（1）：166-169+175.

[10] 吴冰，邱运军，曾晓超，等.BIM技术在城市轨道交通工程施工中的应用和研究 [J].现代城市轨道交通，2021（S1）：126-129.

[11] 刘纯洁.上海智慧地铁的研究与实践 [J].城市轨道交通研究，2019，22（6）：1-6.

作者简介：甄建（1988.11—），男，汉族，湖北随州人，工程师，硕士研究生，研究方向：建筑设计及理论、BIM应用、数字化平台建设。