城市轨道交通BIM建模及交付标准研究

刘文超 刘 刚 杨艳学

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

1 城市轨道交通BIM应用现状

轨道交通工程建设周期长、涉及专业多，在其整个生命周期中会产生大量的信息。在建筑领域，有着成熟的BIM建模应用及交付标准，在城市轨道交通领域内，尚缺乏统一的建模及交付整体解决方案[1]。

目前，上海，广州，厦门，南京等城市的相关规划、设计、施工单位，相继出台了各自的建模及交付技术要求，但没有形成规范、统一的标准，导致设计、施工、运维单位在模型应用方面各自为政，联动性、协调性差，在BIM模型的利用上形成中间“孤岛”，信息无法共享[2]。

祝嘉提出了在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想[3]；王玉泽、冀程、徐博研究了BIM技术在轨道交通工程设计中的应用[1，4-5]；辛佐先、施平望、张波等对城市轨道交通项目BIM的应用模式和实施体系进行了研究[6-8]；赖华辉、陈安惠、毕湘利等对城市轨道交通运维交付及设施设备分类编码进行了相关分析[2，9-10]。但是对于建模阶段如何进行构件拆分、线性工程的模型命名、不同专业的BIM协同配合、交付物和交付形式等缺乏系统研究，造成城市轨道交通BIM建模及交付全过程的碎片化。

2 城市轨道交通BIM建模标准

2.1 建模软件选择

主要应用对象包括区间线路、隧道、高架、车站、停车场等。城市轨道交通涉及不同的专业领域，既是线性工程又包括车站等单体建筑。因此，在城市轨道交通建模软件选择上，应针对不同的专业和对象，利用优势软件进行BIM建模，不同BIM建模软件特点[11]见表1。

表1 BIM建模软件对比

2.2 BIM建模标准

结合多地城市轨道交通BIM建模及应用经验，建议从专业拆分、命名规则、建模协同、模型扣减、管线综合等五个方面，对BIM建模标准进行规范化。

(1)专业拆分

根据不同建模平台的软硬件处理能力、项目复杂程度和体量，对模型进行相应拆分。模型拆分的目的是提高工作效率，达到最大的协同工作效果。

城市轨道交通项目线路长，专业复杂，对于整条线路来说，可分为地形地质、区间、市政、单体建筑(包含车站、停车场、车辆段)四部分，区间包括隧道区间、高架区间；单体建筑部分可按照子项范围、位置、专业、系统、子系统进行模型拆分[12]，专业模型拆分见表2。最后，将各拆分模型按需求合并，以此提高建模效率。

模型拆分原则如下：

①合理控制模型文件大小，符合计算机硬件性能；

②按照线路工点标段拆分；

③单体建筑模型按专业拆分；

④机电模型按系统功能拆分；

⑤市政、地形地质、周边建筑单独建模。

(2)命名规则

城市轨道交通BIM命名应包括BIM文档组织、模型文件、模型构件、模型颜色规定等。文档命名：原则上需包含BIM建模原始文件、模型过程文件、成果文件的整理存储；模型文件命名：应准确描述模型所属线路、设计阶段、归属标段、名称、所属专业、版本等信息，如M02-CS-04-YJQ-JG-20180302表示地铁2号线-初步设计阶段-04标段-易家桥站-结构专业-模型更新日期。

表2 专业模型拆分

模型构件的命名由其几何、非几何信息组成，构件命名原则为：在明确构件几何尺寸的同时添加相应模型信息，如材质、设备参数、安装方式等，既方便于施工阶段的工程量统计，也可用于运营阶段直接读取设备维修参数。

模型颜色命名确定了模型的视觉表现形式。原则上，建筑、结构专业以真实材质颜色为宜，水暖电专业的模型命名以轨道交通设计CAD图层命名为基础，各类管线颜色以二维CAD设计颜色为主，并结合管线模型需求进行细化和调整。

(3)建模协同

不同的软件平台有着不同的协同工作方式，其目的基本一致，即多个用户同时针对同一项目进行BIM建模，而不同建模软件的模型成果，可转换成兼容格式，通过链接方式整合至完整项目中，车站建模协同流程见图1。

图1 车站建模协同流程

BIM建模涉及不同的专业以及不同标段之间的协作。在BIM设计的准备阶段，应建立一致的基准坐标点，确保各专业模型位置准确，便于项目协作[12]。

以Revit为例说明建模协同过程：模型基准的设置取决于Revit中项目基准点参数的设置。项目基点用于确定模型所在局部坐标系的绝对位置，也是模型与其他建筑物相对位置的坐标参照。

项目基点设置原则：

①在项目实施过程中，项目基准点宜设置在轴网A-1轴交点处；各专业进行协同设计时，项目基点不得更改。

②项目基点坐标从规划设计总图中获取。

③专业间协同设计采用同一轴网，建筑专业与水电相关专业采用同一高程。

(4)模型扣减

建筑结构模型的扣减对象为结构梁、板、柱等构件，扣减后模型示例见图2。模型扣减规则提高了BIM模型的应用价值。结构扣减大致规则[13]如下：

①同种类构件不重叠；

②混凝土等级不同的构件不重叠，混凝土等级高的构件扣减等级低的构件；

③结构构件扣减建筑构件。

图2 某地铁车站建筑结构模型

(5)管线综合

地铁车站管线综合示例见图3，BIM管线综合的基本原则如下。

①满足管线排布相应规范要求： BIM管线综合需符合相应系统设计要求，同时满足车站空间的要求。

②建筑空间合理利用：地铁车站人流量大，管线排布应该在满足使用功能、路径合理、方便施工的原则下尽可能集中布置。

③满足施工及检修要求：管线综合应充分考虑施工操作空间及运维设备等的检修要求，合理确定管道、线路、阀门、开关等的位置和距离。

图3 某地铁车站管线综合模型

3 城市轨道交通BIM交付标准

3.1 模型构件编码标准

通过BIM模型构件与各系统信息的集成，可实现模型构件信息与城市轨道交通运维信息的整合，进而打通BIM在城市轨道交通全生命周期的应用。在BIM全生命周期的各个应用阶段，数据的分类及BIM模型编码有所不同，在企业管理、工程建设、运营维护领域也有不同的编码体系。

其中，企业管理领域的编码信息主要为概算、合同、供应商、档案分类、资产；在工程建设领域，主要为与设计施工相关的模型构件编码。运维领域涉及的BIM模型主要与设备资产相关，包含设备位置、设备型号、资产编码等(编码结构见表3)[10]。

城市轨道交通模型构件编码内容应包括：线路、公共位置、专业、系统等基本要素。

为达到城市轨道交通BIM交付中模型信息部分的共享与兼容，统一的构件编码尤为重要，其中编码内容、位数、取值范围、编码定义等应形成统一标准。

表3 编码结构

3.2 BIM模型交付数据格式

传统BIM模型交付通常采用模型的原文件格式及其轻量化的浏览文件。

表4 建模平台交付格式

由此可见，各BIM平台都有各自独立的交付及轻量化格式，由此造成各自模型及信息不能互相利用。因此，需要建立一种统一的BIM模型交付格式来整合各类BIM建模软件。

模型交付应保证几何信息、模型信息的完整性，满足BIM模型的轻量化应用。目前，尚无城市轨道交通统一的标准数据格式。国际公认的开放共享标准IFC (Industry Foundation Classes)[14]采用EXPRESS语言和定义，适用于Autodesk、Bentley、Dassault等BIM软件解决方案。建议城市轨道交通BIM数据交付采用IFC标准。

在领域层、共享层、核心层、资源层这四个层级关系中，资源层囊括了最为具体的基础数据，可提供给下层使用，下层则根据不同专业进行分类、提取、重组、使用，城市轨道交通IFC架构见图4。

图4 IFC标准架构

3.3 模型交付

模型交付应与设计阶段相匹配。各设计阶段BIM模型精度等级要求不同。在建筑领域，定义了用于BIM模型交付的LOD(Level of Development)标准，其LOD概念来源于三维动画领域的精细程度(即模型细致程度)，在BIM领域，LOD转变成模型发展等级的含义，即从设计到施工、运维的模型等级。在城市轨道交通领域，结合设计过程及习惯，制定了LOD100-400等级。

LOD100等同于方案设计。LOD200等同于初步设计，可进行各专业模型的可视化展示。LOD300等同于施工图设计，此模型可满足成本估算以及施工过程应用，包括碰撞检测、进度模拟以及可视化交底；此外，模型应包含构件的几何属性信息和非几何参数信息。LOD400为竣工模型，在此阶段，模型应满足轨道交通运维管理的最低要求[15]，BIM建模精度等级及要求见表5。应依据城市轨道交通特点，保证模型的完整性，满足相应阶段LOD的深度要求；既而保证模型的规范性。模型应包含正确的构件信息并与设计图纸吻合。在施工图深化阶段，保证模型扣减、管线综合符合相应施工规范要求。另外，在模型组装中应设定各自原点坐标，以保证车站、区间等与设计总图的坐标一致性。

BIM交付物基本以可编辑模型文件、轻量化浏览模型为主，还包括各类方案模拟视频文件，如设计方案、管线改迁、交通导改方案等，也包括重要节点的三维渲染图、工程量统计等内容。

表5 BIM建模精度等级

4 总结

通过对城市轨道交通领域BIM建模及交付标准的研究，对比主流建模软件平台的特点，选取符合轨道交通领域的BIM建模软件平台。通过对轨道交通专业建模流程、规则、方法的阐述，建立起基于统一的建模软件平台、统一的建模规则及统一编码的轨道交通规范化BIM模型，保证了模型的质量统一、表达统一、构件精度统一、模型信息统一。