上海轨道交通网络运营指挥调度大楼项目BIM 技术应用

陈顺

华东建筑设计研究总院

BIM作为继CAD后出现的建筑业又一项重要的计算机应用技术，在建筑全生命周期的应用大大提高了项目的建设效率和信息集成化程度，给建筑业带来了巨大的经济效益和社会效益。

2013年10月28日，申通地铁集团发布《轨道交通BIM相关工作相关事宜的指导意见》，明确规定了上海轨道交通项目应开展全生命期BIM技术应用，同时还规范了上海轨道交通BIM的工作范围、工作内容、工作成果、合同签订形式以及取费标准。

2014年10月29日，上海市出台《关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见》（以下简称《意见》），旨在推广建筑信息模型（BIM）技术在上海市建筑行业的应用。《意见》明确指出：自2015年起，选择一定规模的医院、学校、保障性住房、轨道交通、桥梁（隧道）等政府投资工程和部分社会投资项目进行BIM技术应用试点，形成一批在提升设计施工质量、协同管理、减少浪费、降低成本、缩短工期等方面成效明显的示范工程。

2015年5月21日，为加快推广上海市BIM技术应用，不断提高BIM应用水平，在总结上海市BIM技术应用的经验基础上，按照上海市人民政府办公厅转发市建设管理委《关于在本市推进建筑信息模型技术应用指导意见的通知》要求，制定《上海市建筑信息模型技术应用指南（2015版）》，本指南将有助于指导和规范上海市BIM技术应用环境，实现BIM技术的价值。

1 项目概况

上海市轨道交通网络运营指挥调度大楼项目位于上海轨道交通4号线蒲汇塘停车场的西北角地块内，场地狭长，东西长约177m，短边宽约51m，南边宽约78m，基地面积约10 662m2，项目面积约为53 716m2，其中地上部分总建筑面积约为36 637m2，地下部分总建筑面积约为17 079m2。建设周期两年半，计划2015年6月开工，2017年6月提供线路设备系统进入安装的条件，至2017年12月底建成试运行，预计工程总投资97 032.11万元（图1）。

本项目建设的指挥调度大楼将成为面向上海轨道交通全线网络运营的指挥中枢，项目采用“1+7+21”定位模式，即1个网络运营协调与应急指挥中心、7个子中心、21条轨交线路OCC，具备路网整体监控、集中调度、运营协调、应急指挥和辅助决策的功能。实现上海轨道交通核心运营力量的整合与作用发挥，及时面对面沟通与快速反应，科学与有效的决策指挥（图2）。

项目建设将顺应轨道交通技术和管理发展新形势，总结上海轨道交通多年来的网络化运营管理经验，建成一个满足上海轨道交通线网发展要求，适合上海轨道交通路网运营管理特点的功能完备、空间集约、技术智能、决策科学，体现上海轨道交通建设和运营管理水平的生产功能大楼。

2 项目难点和BIM技术的必要性

2.1 土建工程风险

本项目拟建9层的地面大楼，地下一至三层设OCC设备及维修操作区、车库等用房。基坑深度约为16.1m，采用明挖顺作法施工，地下连续墙作为围护结构。地下结构施工与地下车站结构施工除结构自身的施工风险（如开挖风险、支撑体系施工风险、降水风险等）外，还有基坑范围内管线搬迁及邻近管线开挖风险、基坑开挖邻近既有建构筑物等风险。另外本项目中，15号线吴中路车站、技术中心大楼离基坑较近，均在一倍基坑范围内，因此其自身风险和环境风险不容忽视。

2.2 机电专业门类多且复杂

1 鸟瞰效果图

2 网络运营的指挥中心架构图

3 设计方案对比

4 工况一舒适度模拟分析

上海市轨道交通网络运营指挥调度大楼不仅布设常规的暖通、给排水及消防等多个机电系统，还配备了智能化集成系统、火灾自动报警系统、建筑设备监控系统、安全技术防范系统、广播电视会议与信息查询及发布系统、通信系统、信息资源网接入系统、综合布线系统、供电与接地等复杂强弱电系统。另外本项目包含极其复杂的业务组成，包括1个网络化运营综合指挥平台、7个网络化业务子中心、21条线路OCC。网络化运营综合指挥平台是COCC核心运作平台，由数据采集处理系统、综合监视系统、应急指挥决策系统、信息发布系统、大屏幕显示系统、综合通信系统、日常应用管理系统、数据存储及备份系统、网络及安全系统、开发测试系统和综合电源与接地系统共11个部分组成。网络化业务子中心主要有电网调度子中心、数据子中心、媒体与信息服务子中心、设施设备运行监测与保障子中心、网络安全联合监视子中心、环境与能源监测子中心、清分子中心共7个子中心。OCC设置规模按全网集中调度指挥目标建设，即根据上海轨道交通线网规划实现21条线OCC的集中设置，同时调度大厅适当预留可再扩展7或8条线的条件，以满足未来规划线路同厅指挥的需求。

2.3 工期紧迫、施工组织难度大

控制中心的工期与5号线南延伸的工期一致，因5号线南延伸控制中心需要纳入本控制中心，若因施工、方案等因素延误了控制中心的工期，导致5号线南延伸无法按时接入控制中心大楼内，则会对5号线南延伸的运营造成一定影响。此外，电源的引入需在15号线建成后，因此若15号线的工期因规划、方案或其他因素而被延误，则会影响本控制中心的建造施工时间。

2.4 运营需求

由于项目是上海轨道交通网络运营的中枢，因此其安全、稳定的运营直接关系到上海轨道交通线网的运营，需采用数字化运营模式，并充分考虑到运营后风险，提高指挥调度大楼的运维管理水平，为全网络的安全运营和有效应急奠定基础。而数字化运营的基础则是项目竣工交付的BIM模型，通过BIM模型承载设计和施工阶段的静态信息，无损且高效地传递至运营阶段，并整合运营期间的动态信息，为运维管理水平的提升提供了有效的数据保障。

针对项目建设和运营期的若干难点和风险，引进BIM技术，全面应用于项目全生命期，切实服务工程建设和后续运营。创建三维信息模型对项目设计、施工阶段方案进行优化，提高项目各阶段、各参与方的协同作业水平；基于设计阶段BIM交付模型，并结合三维可视化施工管理平台，提高施工组织协调性、减少返工误工、加快施工进度、降低施工风险；基于BIM数据库将建设期信息有效地传递至运维阶段，开发运维管理平台，提升运维阶段的安全运行水平和设施设备管理水平。

3 BIM技术应用

3.1 精细化设计

在设计阶段创建BIM模型，并通过针对性的BIM应用价值挖掘、优化设计方案，有效减少设计图纸中的错漏碰缺，提高项目设计质量，提升设计品质。主要BIM应用如下。

（1）设计方案必选

设计初期，共讨论了多个可行方案。方案一：体块完形，轨交列车，昂扬前行；方案二：平面分形，中流砥柱，高效有序；方案三：立面分形，活力进取，城市亮点；方案四：虚实结合，动感活跃，现代标志。最终业主选择：表皮完整大气，内外空间一致，整体感觉庄重严谨的四号方案（图3）。

（2）性能化分析

对调度大厅进行舒适度模拟分析，优化调度大厅热环境，选择合理的送风方案。工况一：仅采用工位送风对整个调度大厅进行送风（图4）；工况二：采用工位送风以及顶部旋流风口对人员所在区域送风（图5）。分析结果工况二优于工况一，因此选择工况二。

（3）管线综合优化

各专业设计师通过构建BIM模型，进行相互提资，通过模型整合完成各专业间的碰撞检测、净空优化和管线综合优化，并通过模型导出设计图纸，将管线综合成果反映到设计图纸中，指导优化设计，提高设计图纸的质量，保证模型和图纸的一致性（图6）。

（4）室内方案比选

利用BIM模型三维可视化，进行调度大厅室内方案进行比选，实时反映真实的室内空间效果，为业主的决策提供支持。通过四个方案的比选，业主最终选择以星空为主题的方案二（图7）。

（5）灯光方案比选

调度大厅精装方案确定后，利用BIM模型对调度大厅内部的装修材料颜色及灯光布置进行比选。方案一：采用冷色调，专注严谨，利于精神集中专注指挥，重点突出；方案二：采用暖色调，色调明亮，温馨舒适，整体性高。业主希望调度大厅灯光设计以简洁明快、大气为主，避免土豪感，因此选择了方案一（图8）。

6 管线综合优化

7 室内方案

8 灯光效果方案

9 深化设计

10 搬迁前后市政管网对比

11 施工进度模拟

12 幕墙安装模拟

13 VR 施工模拟

14 MR 样板房

15 智慧管理平台

3.2 精益化施工

施工阶段借助BIM技术，指导施工单位未建先试，优化施工方案，提高施工组织效率，降低施工成本和返工误工风险，切实提高施工质量，有效缩短工期，降低工程造价。主要BIM应用如下。

（1）BIM模型深化

利用BIM模型进行施工交底，将设计阶段的BIM模型传递给施工总包方，由施工总包方负责施工阶段BIM模型深化、变更维护、添加构件编码等信息，赋予每个构件唯一编码，使模型可以和现场构件数字化关联，为施工阶段BIM进度、安全管理提供信息基础（图9）。

（2）管线搬迁

利用BIM模型配合工程综合管理做好管线搬迁前的现场调查，对管线搬迁方案进行综合规划设计，结合工程现场实际情况对管线综合规划提出方案（图10）。

（3）4D进度模拟

通过4D技术，将以往长达几十页的进度计划文件转成动态4D演示动画，帮助整个施工团队清晰、快捷地进行进度审查、进度深化、进度跟踪、资源管理工作，优化工期排布，科学合理地规划施工进度（图11）。

（4）幕墙安装模拟

利用BIM模型进行幕墙安装模拟，对安装工况进行分解演示，不仅可以优化施工组织方案，而且可以快速、有效地与安装工人进行施工安装前的交底培训工作，指导现场施工（图12）。

（5）VR施工交底

本项目中新型方柱加固件是一项新的模板工艺，利用虚拟现实HTC头盔给技术员、施工员进行沉浸式的施工交底，让他们对该项目复杂的工艺以及流程有更直观的理解（图13）。

（6）MR样板房方案比选

将BIM模型导入到HoloLens MR头显中，快速实现现实环境与BIM模型的互动结合，通过MR技术进行样板房方案的讨论，可以让业主真切地感受空间效果，实时地根据业主要求对室内布局进行调整，对家具样式、颜色等进行选择，提高了沟通协调的效率，节约了施工成本（图14）。

（7）智慧管理平台

本项目施工阶段采用智慧建造管理平台进行施工阶段的建造管理，针对项目不同角色提供对项目各方面状况的全局展现，包括进度管理、质量管理、安全管理、技术管理、资料管理、模型管理、会议管理、通过云与移动互联进行人员定位、车辆识别等；支持手机端，项目参与人员可以随时随地掌握项目动态，实现基于BIM的精益化、集成化、智慧化管理，为确保项目高效、优质提供了科学、有效的管理手段和方法（图15）。

4 结语

随着BIM技术的持续推广和BIM应用水平的不断提升，BIM技术已经融入到建筑行业规划、设计、施工、运维等各个阶段，BIM技术在项目全过程中的应用已经不再是一家公司、单个阶段独立的应用，而是一个持续性的、不断深化的动态过程。因此，在实现建筑全生命周期BIM应用的进程中，需要打通各阶段BIM软件和数据的对接，保证各阶段模型和数据的延续性和可扩展性。另外，随着云与移动互联、物联网、大数据、VR、MR等技术的飞速发展，精细化设计、精益化施工、集成化交付、智慧化管理已经不再是纸上谈兵。