浅析BIM技术在城市轨道交通中的应用

梁 莉 张望成

（1.重庆建筑工程职业学院，重庆 400072；2.中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400016）

1 国内城市轨道交通发展现状

随着我国经济快速发展和城市化进程加快，城市交通拥堵已成为一种普遍现象，城市轨道交通大运量、快捷、环保，已成为目前缓解拥堵解决城镇居民出行难的主要手段之一。作为我国新型城镇化道路的重要战略举措，城市轨道交通建设是我国未来城市交通发展的主要趋势。

我国城市轨道交通建设起步较晚，受技术水平和经济条件的限制，处于一种较为缓慢发展的状态。1969年，北京建成第一条地铁；1969年～2000年间，也仅有北京、广州、上海建成有城市轨道交通。二十一世纪以来，城市轨道交通建设开始进入大发展时期，特别是在“十一五”和“十二五”期间，我国的城市轨道交通保持着加速发展的态势，轨道交通建造技术和运营水平也同时得以大幅度提升。截至2017年12月31日，中国内地累计有34个城市建成投运城轨线路5021.7公里。“十三五”期间，我国城市轨道交通规划线路里程超过7000km，城市轨道交通即将迎来大发展阶段，这对轨道交通建造技术和运营水平提出了更高要求。

2 BIM技术简介

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是在计算机辅助设计(CAD)等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术，是传统的二维设计建造方式向三维数字化设计建造方式转变的革命性技术。简单说，建筑信息模型也就是数码化的建筑三维几何模型，建筑工程项目的各种相关信息都被集成在这个模型中。

早在1975年，美国人Chuck Eastman就提出BIM原始概念，但直到2002年，才由美国欧特克公司（Autodesk）开发出相关BIM实作方法，BIM的理念也进一步拓展，之后BIM理论与技术在建筑业内被广泛讨论和推崇。我国的BIM技术起步较晚，近两年在政府及相关行业、企业的积极努力和主动参与下，BIM技术在建筑领域得到了一定的学习、推广和应用。BIM技术可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等五大优点，大大提高了建筑工程的集成化程度。

3 BIM技术在轨道交通中的应用分析

BIM技术的学习和应用在建筑领域进行的热火朝天，但在城市轨道交通方面的应用尚处于起步阶段。从BIM技术目前在国内的发展情况来看，未来它还可以在轨道交通的规划与设计、施工、运营维护等全生命周期的各个阶段中得到大量运用。

3.1 城市轨道交通的规划

轨道交通的规划直接影响城市的基本布局和功能定位，对城市发展有极强的引导作用。利用BIM技术的可视化、模拟性可在其规划阶段方便地构造出三维立体模型，这个三维模型可以包含一些固有特性，比如工程地质和水文地质条件、路桥情况、水文气象资料、管线地形、特殊建构筑物等。还可以包含一些自然科学、人文经济等其它方面的信息或资料，比如城市分区、人口密度、人口组成、交通需求、公交网络分布等。轨道线网的日客运量、日换乘量、平均运距的计算分析均可基于集成有多类型信息的三维模型得以实现。通过对三维模型信息不断地分析和调整，对轨道交通线路设置和车站出入口的布置，以及地下空间的开发规模都具有重要意义。

3.2 城市轨道交通的设计

3.2.1 协同设计

一般民用建筑设计包含建筑、结构、水暖、电气等专业种类，轨道交通设计中涉及的专业种类除了一般民用建筑设计常见的这几种专业种类外，还涉及更为繁杂的专业种类，比如轨道、车辆、通信、机电等。因此，轨道交通设计对各专业之间的协同性要求也更高。实际设计过程中由于各专业之间沟通协调不力，各专业之间图纸出现矛盾，导致多次返工的现象时有发生。“协同设计”是BIM技术的一个重要理念，通过公共协同平台，建筑、结构、给排水、轨道、车辆、通信、设备等各个专业都能在这个平台下建立自己专业的BIM模型。各专业新创建或修改的BIM模型信息都能与公共协同平台下的建筑信息模型（BIM模型）进行同步和更新，各专业也能很方便地查询其它专业所属构件的基本信息，大大提高了设计效率。

3.2.2 可视化设计

轨道交通工程设计一般要经过总体设计、初步设计和施工图设计三个阶段。运用BIM技术在总体设计和初步设计阶段能够建成一个三维实体模型，这个三维实体模型可以直观展示其设计效果，并直观反映设计的变化程度。同时针对这个三维实体模型能够同时开发和研究多个备选方案。这就使得业主和设计单位能够整体把握车站及线路开发的范围、造型等。

3.2.3 优化设计

轨道交通工程设计是一个不断修改不断优化的过程。传统设计过程中一旦发现设计错误或有设计变更时，只有对图中的错误进行手工修改，各专业信息不匹配的情况时有发生，如果该错误信息在施工图阶段才发现，无疑会增加设计成本、施工成本和时间成本。通过BIM设计，因为各构图原件均是基于一定的逻辑条件生产的，因此任何专业在任何部位做的任何设计修改都会对应地关联到模型相关的全部子项并自动更新，这样就可以大大提高设计的工作效率。

3.2.4 自动碰撞检测

如前所述，城市轨道交通设计中涉及的专业众多，其中管线的综合布置是一项较为头疼的工作。在传统的建设过程中，管线“碰撞错误”时有发生，而这些错误在打印出来的黑白线条纸上往往是难以发现的；此外，管线与设备、结构洞口等的高程冲突在剖面上也难以全面反映。如果这些“碰撞错误”在施工阶段才发现，设计和施工返工的概率就非常大，从而造成不必要的浪费。BIM技术“自动碰撞检测”可以避免人工图纸上难以发现的碰撞点，从而实现“零碰撞”。

3.3 城市轨道交通的施工

由于城市轨道交通线路和车站大部分都位于城区，人流量车流量大，周边建筑物较多，再加上轨道交通建设项目施工工期都比较长，施工期间不可避免的在多处设置施工围挡，这就加剧了城市交通的拥堵，对城市居民日常生活影响较大；此外，轨道交通线路地下情况通常较为复杂，施工难度大，因此合理的施工组织显得尤为重要，如何在施工进度、施工质量、施工安全、施工成本等方面找到平衡点是参建各方需要共同关注的关键问题。

横道图或网络图是传统的施工进度计划表示方法，这两种方法均不能表达构件的空间信息。BIM技术利用真实尺寸的3D施工方法模拟与交互式的施工形象进度展示有机结合成4D的BIM模型。结合4D模型和进度计划对施工的全过程进行动态模拟，找出问题所在，对料场布置、设备出入路线、人材机入场时机等进行优化，该4D模型还可以对施工资源进行动态管理，自动计算各个时间节点的工程量，并将施工方案中的人、材、机等资源需用量与工程量进行关联，方便项目管理人员在施工过程中随时了解资源使用情况，进行合理的人、材、机等资源的调配。同时，该4D模型还有助于正确显示各类复杂的施工信息，以指导施工安全。

比如深圳地铁7号线是深圳主要居住区与就业区的局域线，线路贯穿罗湖等三个行政区，拟设28座车站。7号线多处下穿建筑物、河流和湖泊等高难地域，工程实施难度大、风险大。为了确保站后工程有序推进，水电八局率先将BIM技术运用到施工中，利用动画模型和立体可视化设备对施工现场进行预判并对工人进行模拟教育，最大化降低施工风险，保证工程零伤亡。

3.4 城市轨道交通的运营维护

目前，轨道交通行业设计、建设、运营的分离现状及采用传统二维设计带来的信息量限制与建设过程信息的缺失，给轨道交通项目建成后的运营维护管理带来了巨大的挑战。在轨道交通运营维护方面，结合设施设备的维护和保养需求，基于前期的BIM信息模型进行系统的二次开发，关联轨道交通模型和资产管理信息，以及与现有管理系统的数据接口，以建立BIM轨道交通设施资产管理及运营维护管理系统。在该系统中可以查询产品状态、图纸信息、维养信息等，还可以实现各类资产设备的三维可视化搜索定位、信息即时查询，实现智能化的资产管理。另外，还可以通过建立设施设备维护记录卡，输入现场照片、语音、视频等信息，输入各专业流程中设备的维护需求，及时发送维护指令，实现对运营设备维护的自动化、可视化管理。

比如无锡地铁利用BIM技术建设了无锡地铁智慧运营系统，该系统可以有效消除管理盲区。遇到地铁突发事件时，BIM智慧运营系统可有效统筹一体化实施预防、警报和处理。

4 结语

城市轨道交通项目建设规模大、周期长、投资高，涉及的机电设备种类较为繁多，运营系统相对公路交通而言更为复杂并存在较高的运营风险，作为一种快速的大运量交通方式，受公众关注度高，这些都对轨道交通项目的规划、设计、施工和运营提出了更高要求。BIM技术在城市轨道交通的应用方面尚处在起步、探索阶段，而这些探索也主要集中在站房以及地铁车站中的应用，在桥隧设计和施工方面的应用较少。部分设计院在桥隧设计和施工方面进行了一些探索，但这些探索大部分是以某个点前后延伸几百米做实验性尝试，在轨道交通一整条线上的整体应用基本没有。另外，城市轨道交通行业目前尚未形成业内统一的BIM应用标准。针对这一情况，国家住建部已经委托一些部门进行了城市轨道交通行业BIM应用标准制订的课题研究工作。因此，政府和行业应加快对BIM应用标准的制定和推广，促进BIM技术在桥隧和运营维护方面的发展，提升BIM技术在轨道交通行业的整体运用。相信随着城市轨道交通行业的快速发展，BIM技术必将运用到越来越多的城市轨道交通项目中去。

[ 1 ] 贾冉.基于建筑生命周期的BIM工程应用[J].城市轨道交通研究，2014(7)：4-7.

[ 2 ] 中国城市轨道交通协会官网. http://www.camet.org.cn/xhyw/.

[ 3 ] 冀程.BIM技术在轨道交通工程设计中的应用[J].地下空间与工程学报，2014(增1)：1663-1668.

[ 4 ] 柯尉.BIM技术在地铁车站工程中的应用初探[J].铁道勘测与设计，2014(2)：39-44.

[ 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(5)：1-4.

[ 6 ] 祝嘉.在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想[J].铁道勘测与设计，2008(增)：7-10.