轨道交通信息模型管理系统在广州地铁广佛线鹤洞站与石溪站的应用与实践

薛志刚　黄伟雄　 陈广浩　张　雄　洪毅生

(1. 广州轨道交通建设监理有限公司，广州　510010；2. 广州地铁集团有限公司建设事业总部机电中心，广州　510060；3. 五矿二十三冶建设集团有限公司，长沙　410000；4. 广州市水电设备安装有限公司，广州　510000)



轨道交通信息模型管理系统在广州地铁广佛线鹤洞站与石溪站的应用与实践

薛志刚1黄伟雄2陈广浩1张雄3洪毅生4

(1. 广州轨道交通建设监理有限公司，广州510010；2. 广州地铁集团有限公司建设事业总部机电中心，广州510060；3. 五矿二十三冶建设集团有限公司，长沙410000；4. 广州市水电设备安装有限公司，广州510000)

【摘要】本文研究了BIM技术在广州轨道交通工程质量安全管理方面应用现状，阐述广州地铁利用BIM技术在广佛线鹤洞站与石溪站实现了三维模型碰撞检测、基于二维码的机电设备过程信息管理、基于3D模型的“按图钉”质量安全管理以及基于派工单的质量安全管理体系。本系统的应用表明：该研究有助于实现项目参与方信息共享、多专业协同、缩短施工工期，降低运维成本，提高了地铁建设过程中施工效率以及提升了地铁建设过程中的质量安全管理技术和管理水平。

【关键词】BIM；质量安全；轨道交通；施工管理；机电工程

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.05

1工程概况

1.1项目简介

珠江三角洲城际快速轨道交通广佛线西朗至沥滘段为地下线，全长11.4 km，设7座车站(依次为：鹤洞、沙涌、沙园、燕岗、石溪、南洲和沥滘站)，其中沙园站和南洲站与2、8号线延长线换乘，沥滘站与已建成的3号线换乘。整体线路走向如图1所示。

1.2工程特点和难点

石溪站位于工业大道下，鹤洞站所在地区为广州市荔湾区芳村，项目都在地段交通拥挤区域，商业较为繁华。施工范围包括本站内的低压配电与照明系统、给排水及消防系统、通风空调系统、火灾自动报警系统、环境与设备监控系统、门禁系统、气体自动灭火系统、设备区装修专业。

石溪站、鹤洞站整体模型如图2所示。

2BIM组织与应用环境

2.1BIM应用目标

(1)基于BIM的多方协同工程管理

在同一个BIM数据库的基础上，开发建设方、监理方和施工方等多方参与的协同工作平台，实现多方之间的信息共享。同时，通过流程定制，实现BIM与各方工作流程的深度结合，本地日常工程资料与BIM数据库的实时同步，使平台能够满足实际工程管理的需要。

(2)基于BIM的三维可视化工程管理

在BIM数据库中存储工程的三维模型，通过BIM模型与WBS的关联，WBS与施工过程信息的关联，改变过去以文档资料为主的工程管理方式，实现以4D模型为主的三维可视化工程管理，并结合4D模拟、工序模拟等，使工程管理更加形象、容易管控。

(3)施工管理向运维管理平滑过渡

通过统一的BIM平台和数据库，将建设方、监理方和施工方紧密联系在一起。在施工阶段，通过全面应用BIM系统进行施工管理，实现施工过程信息的数字化存储；在竣工交付阶段，通过集成的BIM模型进行竣工信息的数字化移交，实现工程信息从施工到运维的无损传递，为运维管理提供全面的信息支撑和管理手段。

(4)信息管理和信息应用相结合

通过分布式关系数据库，实现基于云计算技术的工程信息管理，建立集成信息平台，便于项目信息的共享、集成与提取，为施工资源、质量、进度、安全、验交以及运维期的管理提供支持。同时，与已有的一体化平台、监理OA系统、门禁系统、视频监控系统、安全管理预警平台、诚信评价系统等进行信息共享。

(5)基于BIM的工程预知预判

基于BIM数据库，研究工程预知预判算法，对设备材料不能及时到货影响施工、施工任务完成滞后造成工期延误、施工质量问题未及时整改、施工过程的不安全状态等情况进行预知预判，便于工程管理人员及时了解工程状态，保证工程进度和质量。

2.2实施方案

(1)设计系统网络架构

由于本项目涉及建设过程中的建设方、监理方、施工方和第三方，并且目标是可以覆盖今后各条待建线路，因而系统硬件的物理结构设计需同时支持通过互联网或各线VPN内网的访问，所以将数据存储的物理结构设计为“中心-各线”的二级存储模式。

(2)多种主流BIM建模软件合模

将多类型BIM建模软件所建立的模型进行精确合模。广州轨道交通建设监理有限公司BIM研发团队使用不同软件建模后，在系统中实现了基于IFC的合模。

(3)机电设备信息管理

通过设备厂商及供货商提供设备模型文件及模型附加文件信息，从出厂到交付运维的过程中，通过二维码的追踪管理，实现设备安装、调试及验收的全过程信息记录可视化管理，从而为运维方提供真实可靠的数据支持。

(4)模型的变更与质量管理

施工过程中，不可避免地出现实际完工与设计不相符的情况。通过添加设计变更，可以有效保证BIM模型的正确性，避免模型信息落后导致的决策失误。系统中提供了设计变更的添加与查询功能，每次变更的BIM模型版本以及相关的设计文件都将记录在系统内，形成历史信息以便回溯和查阅。

(5)以派工单为核心的施工进度管理

2.3团队组织

轨道交通信息模型管理系统BIM应用团队主要包括业主单位、系统应用团队、软件研发团队、施工单位、监理单位等。

2.4应用措施

轨道交通信息模型管理系统在广州地铁广佛线的应用上覆盖了整个工程的各个方面，从碰撞检查、管线优化、质量安全管控、二维码管理、派工进度管理等方面对整个工程进行全面监管，体现了模型管理系统的协调与信息化的水平。

(1)碰撞检查，减少返工，提高施工质量，节约施工工期，降低建造成本

在各专业BIM模型创建审核完成后，机电项目施工前利用创建好的建筑结构BIM模型与机电BIM模型进行集成整合，对各个专业进行空间碰撞检查，自动输出碰撞报告，可以提前发现设计缺陷，优化工程设计，进而减少在施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，加快施工进度，减少人工材料物资浪费，降低建造成本。同时根据BIM三维可视化的特点按要求进行优化管线排布，进而达到优化净空的目的。施工单位技术人员还可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量、同时也提高各参建方的沟通效率。

(2)综合管线优化

根据碰撞检查报告和管线优先排布原则，BIM团队在考虑各业平衡优先级的原则下，对电气、给排水、暖通、消防等专业BIM模型进行全面优化调整。管线发生冲突时，一般避让原则是： ①有压管让无压管，小管线让大管线，施工容易的避让施工难度大的；②电缆桥架不宜在管道下方；③综合支架的布置及安装空间；④吊顶高度等，逐一消除碰撞点。地铁管线排布密集且复杂，对净空要求较高，BIM团队在技术负责人的指导优化管线位置、标高及走向，提升净空，以满足美观、净空、施工等要求。管线综合优化方案得到项目技术负责人及设计单位的审核同意后，作为施工依据投入施工。

(3)BIM资料管理

挡土墙广泛应用于水利、土木和交通等行业当中，其上的土压力是挡土墙设计的重要依据。目前，挡土墙土压力的计算理论仍不完善，一是挡土墙绝大多数情况下回填土体处于非极限状态[1]，二是由于地基不均匀沉陷和水压力的作用等，使挡土墙可能发生平移（T）、绕墙顶转动（RT）、绕墙底转动（RB）或组合移动[2]，这使得挡土墙土压力计算没能形成系统理论。对不同墙体位移模式的非极限状态土压力进行研究，具有一定的实际价值和理论意义。本文拟对绕墙顶转动（RT）位移模式的挡土墙非极限状态被动土压力计算进行探讨。

采用轨道交通信息模型管理系统平台，可将运维阶段需要的信息包括设备和材料信息、设备材料维保手册、扫描资料、维护计划、检验报告、竣工档案验收资料、各工序针对性照片、维修说明书、操作说明书等列入BIM模型中，实现高效管理与协同。竣工交付时，不仅交付实体建筑，更是将富含大量运维所需的BIM资料库一并交付运营方，进行后期运营维护使用，实现数字化移交。

(4)质量安全管理

质量始终是施工单位关心的三大根本问题之一，利用轨道交通信息模型管理系统，项目现场人员对现场的质量、安全隐患问题拍照，并且根据实际问题的不同选项、不同车站、轴线位置等参数，将照片传送到系统中，与BIM模型挂接，项目管理人员无论在什么地方，通过系统即可以了解项目现场的即时问题，快速将现场质量、安全、文明施工等信息直接反映到项目管理层，避免质量、安全隐患，让问题解决在萌芽状态。

(5)二维码信息管理

将二维图纸转换成三维模型的同时，对每个需要进行编码的设备及材料进行编码并生成二维码，将编码作为BIM系统标识码添加到BIM模型里面。采用二维码技术，实现了对材料及设备的检测、检验及验收等方面的信息运维管理工作。

(6)派工单管理

利用轨道交通信息模型管理系统，结合BIM模型及各专业、各工序的WBS，实现施工组织设计(含专项施工方案)的可视化，计划可细化到天，WBS可细化到每一根轴网。将人员与门禁系统挂钩，实现更加智能地施工现场准入管理，提前规划设备材料、作业区域，通过派工单的形式将每天的施工量推送到监理审核，经监理确认后再派发给各个施工班组进行现场施工，进一步保证施工的精细化管理。

2.5软硬件环境

硬件环境方面，BIM服务器中心机房的硬件设备主要包括服务器、工作站、路由器、交换机和电源等。中心机房是整个项目的数据中心，负责存储各线路数据并通过互联网对外提供数据服务。单线机房的硬件设备主要包括服务器、工作站、路由器、电源等，单线机房是该线路的数据中心，负责存储该线路的全部数据，同时对该线路内网用户提供数据服务，同时，在全线数据发生变更时及时将变更同步到中心数据库。

软件环境方面，需要完成服务器端和客户端软件环境的部署。针对中心机房服务器和单线机房服务器，需要进行操作系统的搭建，数据库及NetOffice支撑程序的安装，公共功能Web服务、移动应用程序Web服务及网站Web服务的部署，线路数据库的创建等。

3BIM应用

3.1BIM建模

3.1.1建模范围

(1)临时设施模型

包括地面临时设施模型(加工区域、材料堆放区域、设备转运区域、办公区域、门禁、视频监控等)与车站(轨道)内临时设施模型(待安装材料堆放区域、安全防护设施、临时综合线槽、临时消防设施、临时应急疏散设施、门禁、视频监控等)。

(2)工程模型

应包含但不限于如下专业，建筑装饰与装修(设备区、公共区)、通风与空调、给排水及消防、气体灭火、建筑电气、智能建筑(BAS、FAS、ACS)、广告灯箱、导向、屏蔽门、电扶梯、防淹门、变电所、环网、接触网、疏散平台、杂散电流、综合监控、轨道、轨道附属工程、通信、信号、乘客信息显示系统(PIDS)、自动售检票系统(AFC)、钢结构及屋面工程。

(3)设备交付模型

应包含但不限于如下专业，通风与空调、给排水及消防、气体灭火、建筑电气、智能建筑(BAS、FAS、ACS)、广告灯箱、导向、屏蔽门、电扶梯、防淹门、变电所、环网、接触网、疏散平台、杂散电流、综合监控、通信、信号、乘客信息显示系统(PIDS)、自动售检票系统(AFC)。

3.1.2颗粒度

在BIM实际应用中，根据项目的不同阶段以及项目的具体目的来确定建筑信息模型的精细程度(简称LOD，亦称模型颗粒度)，按精细程度共分为五个等级。根据不同等级所概括的模型精度要求来确定建模精度。

3.1.3模型交付

模型交付内容主要包括：

(1)临时设施模型交付包含地面临时设施模型文件及车站(轨道)内临时设施模型文件；

(2)工程模型交付包含工程模型的源文件及工程模型的导出文件；

(3)设备模型交付，包含设备交付模型的源文件、设备交付模型的导出文件、设备交付模型的附属文件、设备构件模型的源文件、设备构件模型的导出文件、设备构件模型的附属文件。模型文件交付方式为分专业提交。

3.2BIM应用情况

在施工阶段 BIM 应用的核心不仅仅是动态的BIM模型，而是 BIM 模型与实际项目的实时对比。在广佛线地铁建设过程中，BIM技术应用达到了以模型为基础，参比实际项目施工进展，对整个项目实现海量工程数据的管理；实现动态模型和数据的实时共享，实现项目参与方的协同作业；实现进度计划与工程实际进展的对比纠偏，实现了模型与施工现场一一对应，以模型指导施工的精细化管理。

在广州地铁广佛线鹤洞站与石溪站的BIM应用上，我方搭建了轨道交通信息模型管理系统，将模型与派工单计划紧密结合，实现人员、设备材料、计划、安全等多方位的全程管控，将精细化管理、数字化管理落实到每一个专业、每一个班组中。广州地铁业主项目组定期组织施工单位召开BIM技术及派工单应用专题会，对在应用中发现的问题及时反馈并解决，保证了BIM技术及4D管理系统切实到位的应用。

建模完成后，以BIM模型为平台，可以对各专业管线进行软、硬碰撞检查，石溪站建模完成，第一次碰撞报告生成1 608个碰撞点。检查出碰撞点后随即进行管线优化，合理布局，直至消除每一个碰撞点。与传统的人工加综合管线图的对比，在效率和准确率上，BIM技术遥遥领先。BIM技术助力图纸会审，提前发现问题，指导现场施工，在广佛线的施工管理中，做到了工期与施工材料的双节省。

建立BIM 模型与进度计划结合，模拟施工进度计划，直观快速地将项目施工计划与实际进展进行对比，检查进度偏差，模拟施工工序，并制订合理的改进措施。通过BIM平台虚拟建造，检查各施工方案、工序安排的合理性、可实施性。技术、施工人员通过模型，可以提前预知施工难点，进而提高协同效率，加快施工进度。

在广州地铁广佛线的BIM技术应用中，实现了数字化、智能化、精细化的施工管理。细化到天的施工作业计划以及详细、准确地甲、乙供设备材料到货计划，人员管理直接与BIM管理平台对接，实现了自动化的现代化施工管理水平。

4应用效果

通过轨道交通信息模型管理系统对地面临时场地及站内临建进行优化布局；运用模型进行三维图纸会审、管线综合优化；通过派工单对工程进度实时管控；通过管理系统对工程安全、质量进行全过程管控，对两个地铁站在施工材料、人员、进度等方面进行了实时地监督与管控，实现了在建设过程中信息同步、进度提升、数据同时更新。在建设过程中，通过信息模型管理系统对工程进度的节省、成本的节约、后续运营的管理提升，真正意义上实现了广州地铁轨道交通的数字化、信息化的新型管理理念。

5总结

5.1创新点

(1)工序模拟，进度优化

建立BIM 3D模型与进度计划结合，模拟施工进度计划，直观快速地将项目施工计划与实际进展进行对比，检查进度偏差，模拟施工工序，并制订合理的改进措施。通过BIM平台虚拟建造，检查各施工方案、工序安排的合理性、可实施性。技术、施工人员通过模型，可以提前预知施工难点，进而提高协同效率，加快施工进度，工序3D模拟、进度优化的实现引领了地铁施工的新走向。

(2)派工单的研发与应用

派工单是指施工单位根据审批过的周计划创建派工单，将施工任务以工单的形式创建出来，派工单中包含进入车站作业的人员、设备、材料，工序指引以及安全防范措施等。对于日常施工过程管理，系统以派工单运行为核心，为建设方、监理方和施工方提供施工过程信息跟踪控制功能。具体过程包括： ①通过派工单指定施工任务、人员、所需设备材料等并提交监理审核，审核通过后开始施工；②派工单完成后需要在系统内提交相应的交付物，并可在模型中显示施工完成情况，对未及时完成施工任务及时预警；③系统从派工单中提取实际进度数据，并与计划进度比较，分析工期延误情况，同时定量分析任务完成的质量和数量。此外，系统将根据每日派工单内容自动生成施工日志等档案资料以形成后期运维知识库。

以派工单为核心的施工管理体系是广州地铁项目的一种超越工序级别的精细化管理方式，其特点是： ①以监理方的角色来主导基于BIM的施工管理，使得整个管理过程能在作业层面真正的实现精细化管理，由于派工单的约束存在，材料必须检查合格才能使用，工人必须授权才能进入作业区；②以信息化的方式，对施工过程进行完整、真实而实时的记录。

5.2经验教训

通过轨道交通信息模型管理系统在广州地铁的正式上线应用，对工程的进度管理、安全管控及质量监管、后续运营维护等方面都起到了较大的作用。总结来说，轨道交通信息模型管理系统的应用带给地铁工程管理的主要是以下五点：

(1)主动

让施工单位能主动围绕准备派工为目的，制定详细可行的总体计划和设备、材料清单，极大地推动了派工单的有效运行。

(2)积极

全新派工单的上线，给各参建单位带来了学习的机会，在程序的研发和应用上，承包商参与其中，给其带来了积极的动力，也保障了平台的技术支撑和数据服务，保证了系统功能的正式上线。

(3)思考

思考是进步的动力，BIM信息系统本是全新的管理系统，在应用的过程中也是边适应、边摸索、边提高，借助庞大而高效的BIM管理平台实现对工程精细化的实时管控。在BIM应用中需思考如何才能让派工单的效果发挥到极致，如何才能让派工单在工程管理过程中实现最大的价值。

(4)快捷

派工单让施工单位按照计划施工，将人员、设备、材料编制详细的计划，列出相应的WBS。在日常的派工单过程中，选取相应的WBS施工项，保证各项施工进度如期进行，确保施工节点按时完成。为施工单位的精准、有效地派单提供了快捷、高效地管控。

(5)便利

将模型和管理系统相结合，在施工过程中保持模型信息的不断更新，确保现场与模型的一致性，为后续运营管理提供了较大的便利和帮助。

参考文献

[1]张建平， 曹铭，张洋.基于IFC标准和工程信息模型的建筑施工4D管理系统.工程力学， 2005(S1)： 220-227.[2]胡振中.基于BIM和4D技术的建筑施工冲突与安全分析管理[D].北京：清华大学， 2009.

[3]张洋. 基于BIM的建筑工程信息集成与管理研究[D].北京：清华大学， 2009.

[4]高继传， 江文化.三维管线综合设计在南京地铁中的应用探讨[J].铁道标准设计.2015， 59(7)： 134-137.

[5]蔡蔚. 建筑信息模型(BIM)技术在城市轨道交通项目管理中的应用与探索[J].城市轨道交通研究， 2014， 05： 1-4.

[6]于金勇， 林敏.BIM技术在地铁安装工程中的应用[J].土木建筑工程信息技术.2013， 5(2)： 86-91.

Rail Transit Information Model Management System used in Hedong Station and Shixi Station of Guangzhou-Foshan Line

Xue Zhigang1, Huang Weixiong2, Chen Guanghao1, Zhang Xiong3, Hong Yisheng4

(1.GuangzhouRailwayConstructionSupervisionCo.,Ltd.,Guangzhou510010,China;2.ElectromechanicalCenterofConstructionBusinessHeadquarters,GuangzhouMetroGroupCo.,Ltd.,Guangzhou510060,China;3.The23rdMetallurgicalConstructionGroupCo.,Ltd.,ofMinmetals,Changsha410000,China;4.GuangzhouWaterandElectricityEquipmentInstallationCo.,Ltd.,Guangzhou510000,China)

Key Words：BIM；Quality and Safety；Rail Transit；Construction Management；Mechanical and Electrical Engineering

Abstract:The article aims to analyze how BIM technology is applied in Guangzhou Rail Transit Project for quality and safety management. BIM technology has been used successfully in Hedong Station and Shixi Station of Guangzhou-Foshan Line by Guangzhou Metro Company. Now we have realized the collision detection in 3D model, the process information management of mechanical and electrical equipment based on QR code, the “Thumbtack” quality safety management based on the 3D model, and the quality and safety management system based on dispatch list. According to the system, this research helps to realize information sharing among project participants, coordination of multiple disciplines, reduction of construction period and operation and maintenance costs. It also improves both quality and safety management technology and management level during the metro construction process.

【作者简介】薛志刚(1989-)，男，工程师，学士。主要研究方向：工程管理、信息管理、BIM。

【中图分类号】TU17

【文献标识码】A

【文章编号】1674-7461(2016)02-0032-06