BIM技术在城市轨道交通工程的总体性应用

石继斌，杨勇

（中铁一院集团山东建筑设计院有限公司，山东 青岛 266108）

0 引言

建筑信息模型（BIM）技术是在计算机辅助设计技术基础上发展起来的三维信息集成技术，是对工程物理信息和功能信息的数字化承载和可视化表达。美国国家标准（NBIMS）对BIM的定义分3个部分：BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达；BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关该设施的信息，为其从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业[1]。我国国家标准GB/T 51212—2016《建筑信息模型应用统一标准》对BIM定义为：在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运维的过程和结果的总称，简称模型。

1 总体性实施方案

基于城市轨道交通工程BIM技术应用总体性实施方案框架要求，明确设计、施工、运维各阶段BIM技术应用目标、工作内容和技术要求、实施进度计划、制度保障、流程策划等。

1.1 应用目标

在城市轨道交通工程中，BIM技术应用的总体性目标是：通过在项目全生命周期应用BIM技术，全面提升城市轨道交通项目管理水平，提高项目质量、缩短建设工期、减少资源浪费、控制工程投资；获得管理效益、技术效益、经济效益；在运维阶段，创建基础数据模型和运维管理系统，方便设施设备等资产运维管理[2]；最终，基于各阶段、各参与方的BIM模型，形成城市轨道交通RIM大数据系统，实现城市轨道交通的BLM（Building Lifecycle Management）管理。

该总体性目标分设计、施工和运维3个阶段实施，各阶段应用目标见图1。

1.2 工作内容和技术要求

在城市轨道交通工程各阶段的BIM技术应用点工作内容和技术要求见表1。

1.3 实施进度计划

确立城市轨道交通工程各阶段BIM技术应用点的工作内容及技术点要求后，进行总体性实施进度计划的编定。明确参建各单位、各阶段BIM技术应用进度时间，各单位编制节点计划（见表2）。

1.4 制度保障

在城市轨道交通工程中，需建立如下制度保障性措施策划：

图1 总体性实施方案各阶段应用目标

表1 BIM应用点工作内容和技术要求[3]

续表1

（1）建立由建设单位为主导的BIM技术应用制度性保障措施，协助建设单位明确BIM技术应用需求和目标，确保BIM技术应用顺利实施[4]；

（2）制度适用范围包括工程各参与方（建设单位、设计总体单位、设计咨询单位、工点设计单位、BIM咨询单位、施工单位、监理单位等），且制度贯穿于工程项目建设全过程；

（3）建立健全每周或每月BIM例会制度，定期定时汇报BIM技术应用工作情况和工作进展，并及时反馈BIM工作中遇到的问题及解决办法；

（4）建立各项制度保障性措施奖惩办法。

1.5 流程策划

在城市轨道交通工程中，各参建单位在参与各阶段的BIM技术应用体系见表3。

各参建单位在参与各阶段的流程策划见图2。

表2 BIM技术总体实施进度计划

2 标准化应用体系

2.1 架构概述

选择统一的应用技术标准是创建BIM模型和BIM技术应用的关键[5]。BIM模型数据通过协同平台共享、传递，要靠统一的应用标准约束。通过积累和总结BIM技术项目应用实践经验，搭建企业级标准体系框架，编写企业级BIM应用标准[6]。

BIM模型标准研究立足于实现城市轨道交通工程计算机制图规范化、标准化，提升设计水平。促进城市轨道交通BIM技术软件的研发。BIM模型标准的专业范围包括：建筑、导向标识、装饰、车站管线综合、地下结构、地上结构、防水工程筹划、桥梁、供电系统及变电所、牵引网、电力监控、杂散电流防护、电源整合、动力照明、给排水、通风空调、线路、路基、轨道、限界、轨旁、通信、乘客信息系统（PIS）、信号、自动售检票（AFC）、火灾报警系统（FAS）、环境监控系统（BAS）、综合监控（ISCS）、办公自动化（OA）、门禁（ACS）、电扶梯、站台门等32个专业及系统。

2.2 主要标准

在城市轨道交通工程标准化应用体系中，主要标准有：《城市轨道交通BIM技术应用环境标准》《城市轨道交通BIM信息模型创建及应用标准》《城市轨道交通BIM模型交付标准》《城市轨道交通BIM管线综合标准》《城市轨道交通BIM精细化管理标准》《城市轨道交通BIM构建编码标准》《城市轨道交通BIM成果审核流程》《城市轨道交通BIM技术应用指南》《城市轨道交通BIM成果审核指南》。

表3 BIM技术应用体系

图2 流程策划

3 BIM成果审核

3.1 审核流程

BIM技术应用按照设计阶段、施工阶段及BIM技术总结阶段分阶段进行管理，保证管理流程的完整性，通过《城市轨道交通BIM成果审核指南》，明确不同管理单位或部门在BIM成果审核过程中的审查周期、流程流转、审查范围、依据标准、量化考核规则及各类程序性文件模板等。各阶段审核流程见图3。

3.2 审核内容

3.2.1 设计阶段

（1）初步设计阶段。

审核范围：本阶段BIM应用成果文件。

审核条件：设计模型审核阶段，设计模型应满足设计阶段BIM应用需求，模型应具备设计图纸中的基本构件。模型细度一般为LOD200～LOD300。

图3 各阶段审核流程

审核内容：模型是否准确表现各专业构件基本形态、尺寸及基本构造及标注；基本构件的造型、尺寸；设计信息是否表达完整。

（2）施工图优化阶段。

审核范围：本阶段BIM应用成果文件。

审核条件：施工图优化模型审核阶段，审核对象是在设计模型的基础上经过完善的深化设计模型。模型细度一般为LOD300～LOD400。

审核内容：所建模型的精确造型、位置、尺寸等。如构件和构件的精确尺寸；构件外部造型、层高、降板的标高；以及涉及到跨工种协同作业的信息，如机电预埋件、预留孔洞等；部分细度达到LOD400的构件应包含构件的详细信息。

3.2.2 施工阶段

审核范围：本阶段BIM应用成果文件。

审核条件：施工模型审核阶段，审核对象是在深化设计模型的基础上进行设计变更后，修改完善的模型，模型细度一般为LOD300～LOD400，需预制的构件细度应达到LOD400。

3.2.3 运维阶段

审核范围：本阶段BIM应用成果文件。

审核条件：在运维模型审核阶段，审核对象是在施工模型的基础上，添加建设单位要求交付的具有完整的构件参数和属性的竣工模型。根据应用目标及甲方的要求，竣工模型细度一般为LOD400～LOD500。而审核内容则主要是检查此类信息的完整性与正确性。

4 平台搭建方案

基于BIM软件及协同设计平台作为设计阶段BIM技术应用管理平台，是企业云、是基于文件的协同管理平台、是项目工程信息的管理中心。将各参建单位协同到一个共同平台共享工程信息，并在整个项目生命周期中运转工作流程，可将企业或项目中分散在不同工作地点、不同部门的参与者全部联接，实现远程异地协同。

各参建单位可通过平台进行模型文件查看、下载及协同设计，平台设置了专有权限，不同参建单位可通过网络账号登录，在云架构的基础上实现协同设计。

5 总体管理

5.1 概述

在城市轨道交通工程的设计、施工、运维阶段，建立合理的人员架构体系，设计BIM技术中心；在设计阶段，进行BIM技术应用管理工作；在施工阶段，以BIM技术应用总牵头人的身份，积极协调承包商对施工阶段的BIM技术应用工作实施管理[7]。其架构体系见图4。

5.2 示范模型创建

5.2.1 设计阶段

搭建站点、区间、车辆基地、控制中心等建筑体对象的示范设计模型，实施各项BIM应用，通过模型运用及优化调整三维环境、场地分析、建筑性能模拟、仿真模拟、管线迁改等方面的可视化特点，实现方案的优化选择，提升设计效率和设计品质，节省投资、加快工程实施进度。设计阶段车站土建示范模型见图5。

5.2.2 施工阶段

图4 架构体系

图5 车站土建示范模型

基于设计阶段BIM模型创建施工示范模型，整合施工组织方案，进行施工仿真模拟，优化施工方案，以可视化的手段指导施工，积极推广三维技术交底，重点工序、工艺、工法的模拟，施工阶段通过BIM模型引入风险预警平台，进行风险源控制，指导土建规避风险，采用BIM进行三维报建，土建工程量计算与复核等。实现提升土建施工质量、节省工期、规避风险、节约造价的目标。施工阶段车站机电示范模型见图6。

5.3 成果审查

负责在规定时间内及时对工程参与方提交的BIM技术应用成果进行审核，出具咨询审核意见。

5.4 阶段技术小结及总结

在城市轨道交通BIM技术应用总体计划的不同阶段，完成相应的BIM技术应用小结和技术应用总结。技术小结及总结流程见图7。

6 软件开发

图6 车站机电示范模型

在BIM技术应用实施过程中，设计效率很大程度上取决于企业构件库水平的高低。如何合理管理已有族文件、与设计工具无缝连接、保护自主创建族文件及标准化构件库，提高构件库质量等问题都关系到提高BIM工具的使用效率。

6.1 构件库管理系统

轨道交通构件库的创建及信息封装基于构件库创建与管理标准，构件库系统通过授权、共享、加密机制，协助城市轨道交通建立安全、有效的BIM构件库，形成BIM基础数据标准，有效提升城市轨道交通的BIM核心竞争力[8]。构件库管理系统架构见图8。

6.2 全生命周期BIM数据管理平台开发方案

建立城市轨道交通工程的全生命周期BIM数据管理平台开发方案，其数据管理平台架构见图9。

7 培训支持

7.1 需求调研

由于城市轨道交通工程具有参与单位多、协调管理难度大，空间有限、专业空间交叉复杂、设计变更频繁等特点，为了更好运用BIM技术，各参见单位需进行培训。培训落实前，要对各单位进行需求调研。

7.2 培训计划及教材编制

制定培训计划并编订培训教材，教材中应包含各参建设计、施工、运维BIM工程技术人员需要最基本掌握的三维建模软件初、中级操作应用；协同管理平台进行数据文件上传、下载的操作；模型浏览软件进行模型浏览、检查、标记等相关内容。

图7 技术小结及总结流程

图8 构件库管理系统架构

图9 数据管理平台架构

7.3 培训考核及技术支持

（1）考核工作必须客观、公平、公正，考核过程和考核结果公开；

（2）考核工作要严格本办法规定进行考核，不得随意更改考核内容，考核方式等；

（3）对考核结果要有奖有惩，奖惩结合，实行有差别原则，奖惩方式明确；

（4）对各参建设计、施工、运营单位有关BIM技术运用范畴内的进行技术支持。

8 交付成果清单

在城市轨道交通工程中，阶段性BIM成果交付内容清单见表4。

表4 阶段性BIM成果交付内容清单

续表4

9 结束语

目前，城市轨道交通行业中设计、建设、运营的分离现状以及采用传统二维设计带来的信息量限制及建设过程信息缺失，给城市轨道交通工程的运营维护管理带来巨大挑战[9]。BIM技术的应用可有效解决信息记录、传承问题[10]。要规范BIM技术应用流程，建立、完善总体性应用框架并实施，提高BIM技术应用效率，打造一个融设计、建设、运营等项目全生命周期的数字化、可视化、一体化系统信息管理平台，为真正实现运营维护信息化提供有效的技术、流程、制度的保障。