城市轨道交通BIM咨询模式探讨

陈 烨

(上海市地下空间设计研究总院有限公司,200020，上海//高级工程师)

0 引言

BIM(建筑信息模型)是对建筑全寿命周期中信息生成和管理的过程，是利用数字化技术在计算机中建立一座虚拟的建筑工程信息模型。这个模型中可包含从建筑工程项目规划、设计、建造、使用、改造直至最终拆除的全寿命周期过程中所需的所有信息，包括建筑物(含土建、设备、装饰、管线等)的几何信息、空间关系、环境、材料、性能、进度、成本等各个方面，可以帮助业主、设计、施工、监理、运营管理等项目相关方提高工作效率和管理水平[1]。

我国从2003年开始引进BIM，起初主要是应用在学术和民用建筑领域，如上海世博场馆、上海中心、上海迪斯尼乐园等大型项目。而市政项目的BIM应用起步较晚，目前还是处于初步应用阶段。2012年，上海轨道交通引入BIM，在上海轨道交通11号线管线安装施工过程中首次运用BIM技术进行三维管综碰撞模拟，之后的12号线、13号线和9号线三期中都局部和分阶段采用BIM技术。目前政府及行业也越来越重视BIM的应用价值和意义。国家“十一五”科技支撑计划和“十二五”建筑信息化发展纲要中都将BIM技术纳入研究内容。《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》中明确指出：“十二五”期间，加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设。2017年2月，国务院发布《关于促进建筑业持续健康发展的意见》中提到“加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用，实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理，为项目方案优化和科学决策提供依据，促进建筑业提质增效[2]。”

BIM多用于地面建筑，城市轨道交通工程中BIM应用起步较晚，目前尚处于初步应用阶段。根据笔者的不完全统计，已开展或即将开展城市轨道交通BIM咨询的城市为27座。本文旨在研究以何种方式能够将BIM对城市轨道交通工程建设质量、进度、安全和投资等方面的辅助价值最大化。

1 城市轨道交通BIM技术应用的必要性

1.1 BIM技术应用的机遇

城市轨道交通具有投资大、线路长、影响范围广、工期紧的工程特点，特别是经过城市核心区域的轨道交通线路，沿线的建构筑物复杂，交通流量大，离居民区近，因此对设计、施工、环境保护都提出了较高要求。城市轨道交通建设参与方众多，包括勘察、设计、施工、供应商、监理、第三方监测检测等单位，同时工程需与交通、消防、公安、市政管线公司等多家相关单位进行沟通，工程信息总量庞大，交互需求紧迫，传统的建设管理模式难以满足城市轨道交通的越来越精细化的管理需要。对于轨道交通新建城市，例如贵阳、洛阳、乌鲁木齐，这些城市本身缺乏建设管理经验，也缺少相关经验的专业人员，因此亟待寻求适合城市轨道交通建设的信息化管理模式。

1.2 BIM技术应用的价值

BIM可以承载城市轨道交通全生命周期的所有数字化信息，同时所有参与方可以共享唯一的BIM模型进行协同工作，BIM是城市轨道交通全生命周期数字资产优秀的建设和管理工具。实现城市轨道交通建设全周期、各参与方的BIM应用，充分发挥BIM应用价值，能够有效控制和协助管理工程建设的质量、进度、安全和投资控制，提升城市轨道交通工程的精细化管理水平，提高工程管理和决策效率，减少返工浪费，保证工期，提高工程质量和投资效益。

建立一套基于BIM的协同管理机制、数据标准、BIM实施标准，形成一套城市轨道交通工程建设可复制、可推广的成套BIM应用和信息管理体系，将能为后续类似的城市轨道交通工程推进BIM技术应用提供示范基础。

2 城市轨道交通BIM技术应用研究

2.1 BIM技术认知

BIM技术对城市轨道交通工程建设的改变可以分为3个层面(见图1)：

(1)应用层面：BIM可以为传统基于二维的城市轨道交通设计和施工带来革新。通过三维的数字化，为城市轨道交通建设提供“未建先视”的设计工具和施工工具。

(2)协同层面：基于BIM，形成“三维空间索引”，不同参建单位、专业可以基于空间索引开展协同设计与施工协调，实现设计-施工各时序间的协同工作，以及各设计专业/施工专业之间的系统协同工作。

(3)决策层面：BIM作为数据载体，在应用和协同过程中将采集全过程数据，这些数据将为城市轨道交通建设者的决策提供依据。通过“虚实结合”，使得“运营”提前介入“建设”成为可能，形成以运维为导向的城市轨道交通建设思维方式。

图1 BIM从3个层面改变城市轨道交通建设

2.2 BIM技术应用方式

目前，国内城市轨道交通BIM技术应用方式可分为3类：

(1)以运维为导向，将BIM定义为数字资产管理工具。主要表现：业主因BIM而改变工作方式，城市轨道交通建设参与方的全员全程协同参与BIM应用。有专业的BIM管理方制定贯穿全生命期的各类标准，且标准以运维为导向，BIM模型最终交付运营。有基于BIM的数字资产全生命周期管理平台。

(2)以设计和建设优化为导向，将BIM定义为辅助优化工具。主要表现：业主要求应用BIM进行设计或施工优化，并制定统一的建模标准，设计或施工单位一般委托第三方公司进行BIM建模和应用，没有对BIM模型进行统一管理，应用成果无法作为数字资产在运营期进一步利用。

(3)局部设计应用。主要表现：以可视化和碰撞检测作为BIM应用的主要内容，不存在统一的标准，设计或施工单位单独委托第三方公司按图纸翻模和应用，BIM模型没有后续利用价值。

2.3 BIM技术应用中存在的问题

笔者对国内已应用BIM的城市轨道交通建设项目进行了研究，发现有几个较为突出的问题，需要通过BIM应用模式的优化来解决：

(1)缺乏统一标准。城市轨道交通工程本身非常复杂，在建设中往往还被切分成不同标段，BIM应用中经常出现设计与施工无法继承，专业与专业之间无法协调，标段和标段之间无法一致的情况。

(2)缺乏评价体系。由于BIM的应用在城市轨道交通工程处于初步探索阶段，建设单位无法对各参建单位的BIM应用情况进行有据可循的评价，经常造成BIM成果质量把控的缺失。

(3)应用水平良莠不齐。城市轨道交通设计、施工企业对BIM的人才储备和资源储备仍旧不足，加之缺少业主的引导，使得城市轨道交通工程的BIM应用水平层次不齐，且普遍偏低。

(4)未将BIM应用提升到数字资产管理的高度。由于各参建单位在BIM应用上各自为战，导致BIM很难发挥数字传递的价值。加之建设阶段的BIM应用理所当然地聚焦于建设当下，缺少从运营角度建设全生命周期数据资产的考虑。

3 城市轨道交通BIM咨询模式

3.1 分包咨询模式

分包咨询模式(见图2)是城市轨道交通BIM应用初期较为普遍的模式。由于缺少整体的BIM应用技术路线，该模式往往被应用于一条城市轨道交通线路内的部分车站或区间。

图2 BIM分包咨询模式

分包咨询模式中BIM应用是离散性的，BIM咨询单位独立地受雇于设计单位或者施工单位，因此，这种模式下的BIM应用成果仅仅满足设计阶段或施工阶段的需求，其数据缺少可传递的标准。同时，BIM也失去了作为协调媒介的作用，各专业之间无法基于离散的BIM空间索引进行协同设计或施工。

因此，分包咨询模式下的BIM应用价值仅限于三维工具的作用，为设计与施工提供比二维图纸多一维度的视角。但所形成的三维模型既无法用于协同建设，更不可能形成过程资产被传递给建设业主。

3.2 总包咨询模式

总包咨询模式(见图3)是城市轨道交通建设业主直接委托一家BIM咨询单位，承担整条城市轨道交通线路的BIM应用。该总包单位负责BIM管理和BIM实施两部分工作。

总包单位根据业主需求，制定整条线路的BIM实施方案和标准，并在建设过程中负责BIM协同平台的搭建与维护工作。 BIM总包单位对BIM应用成果负全部责任，包括BIM模型、BIM应用成果和业主提出的BIM输出成果。

图3 BIM总包咨询模式

同时，BIM总包单位负责将整条城市轨道交通线路的BIM建模和实施工作拆分，并分包给多个BIM分项实施单位。各分项单位负责与相关标段的属地化设计与施工单位进行单点沟通，同时按照总包单位所制定的总体实施方案和标准开展工作。

总包咨询模式是业主管理成本最小化的BIM咨询模式。全线由一家咨询单位统筹考虑与管理BIM技术应用，有利于BIM数据与成果的协同与传递。当然也存在不足之处，譬如业主对BIM应用技术路线的把控能力不足，以运维为导向的BIM数据资产无法落实到建设阶段。从分项层面来看，BIM分项实施的成果受相关设计/施工单位的限制，容易造成BIM进度滞后于建设进度。

3.3 总体咨询模式

总体咨询模式(见图4)是城市轨道交通建设业主聘请一家BIM总体咨询单位，该单位平行于设计总体与施工总包，负责对全线BIM相关工作的总体管理，但BIM实施的工作由设计、施工和其它参建单位负责。业主作为BIM工作的源头，输入BIM技术应用的总体方向和成果要求，然后由总体咨询单位通过管理体系解析传递给相关参建单位。

该单位负责为城市轨道交通全线制定BIM实施总体方案和标准。在建设全周期中，负责制定标准化的BIM工作管理与考核体系，对参建单位的BIM工作进行质量管控，保证设计/施工单位的BIM模型与设计图纸/施工现场的一致，协调各专业基于统一空间索引的协同工作，并管控过程数据最终交付给建设业主。

总体咨询模式具有“业主主导、专业咨询、多方参与”的特点。即业主对BIM技术的应用具有主导责任，在BIM总体的支持下确保BIM技术充分服务于自身的建设管理工作与后期运维需求。BIM总体咨询单位专注于自身的专业性，统筹BIM相关的所有工作。参建各方在总体BIM体系下，在各自负责的专业工作中有机地结合BIM技术应用，不仅保证BIM成果与建设进度的一致性，而且其可以从专业需求出发充分挖掘BIM的应用价值。目前看来，总体咨询模式是最接近城市轨道交通BIM正向设计的一种模式。

但是，总体咨询模式对于业主的管理能力要求较高，而且对于城市轨道交通设计、施工等参建单位的技术能力要求也较高，相关方的技术投入成本也较高。

3.4 BIM咨询模式比较

表1为3种BIM咨询模式适用项目和应用效果比较表。

4 结语

BIM技术的兴起为城市轨道交通建设的精细化和信息化管理提供了创新性的技术手段。然而BIM技术如何在城市轨道交通工程建设过程中发挥最切实的价值，需要业主根据BIM技术投入成本与预期产出进行权衡，并选择最符合自身线路建设特点的BIM咨询模式。

表1 BIM各咨询模式适用项目和应用效果比较

本文所提及的3种咨询模式在我国城市轨道交通行业中尚处于并存状态，各种模式也随着实践的开展进行着优化迭代，为新建城市轨道交通线路提供经验借鉴。笔者相信，在经过城市轨道交通BIM应用初期的探索之后，BIM咨询模式将殊途同归于为业主创造最大化价值、为参建方提升专业效率的BIM应用模式。