基于BIM技术的城市轨道交通数字化管理平台应用研究

■张佳丽

（太原轨道交通集团有限公司，山西 太原 030002）

城市轨道交通项目建设线路长、时间跨度大、工期紧、沿线外部接口繁多、地下及地上作业环境复杂、施工空间小，专业交叉复杂、参与方众多，被认为是高风险的系统工程，所以对各专业间的协同作业、信息共享有着很高的要求。传统管理模式下，各个阶段相互独立，流程割裂，各专业信息传递不畅，交付信息不匹配，缺乏从全生命周期角度对项目总体目标进行把控，极易造成建设目标与运营目标脱节。

作为一项强调对工程项目全生命周期相关信息进行参数化表达及集成化管理的里程碑技术，建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术已被广泛视为解决上述问题的关键。基于BIM技术的城市轨道交通集成化管理模式，通过搭建平台将信息的创建、共享和管理集成在一个系统里，使工程建设的信息在各个环节和组织之间能够共享，各阶段表达的信息能够准确得传递到下游，多专业的、自动化的信息集成能够支持对工程进行可持续化设计、分析、优化和模拟。从没有实质联系的数据孤岛到能够彼此相关联的、有价值的数据,进一步理解，BIM技术提供了一种整合的信息基础，数字化管理平台提供集成合作的方式，各组织之间是协同合作，以提高项目管理的效率和质量，实现价值最大化[1]。

一、项目概况

本项目以太原轨道交通2 号线一期项目作为案例。2 号线一期工程线路全长23.647 km，车站23 座，全部为地下站，其中换乘站7 座，平均站间距1.028 km，已于2020 年12 月26 日正式开通运营。本项目采用PPP 模式，运营公司介入较晚，不具备EPC 总承包模式的优势。整个项目参与的设计方超过14 家、施工方超过15 家、监理单位超过11 家，设备厂商及技术管理人员众多，涉及众多专业和系统。全过程采用基于BIM技术的以运营为导向的全生命周期集成化管理模式。

二、建设目标

弥补传统城市轨道交通项目管理模式下组织结构不灵活、协调难度大等不足，改善各参与方的组织方式和工作流程，从本质上优化建设工程项目全生命周期过程中的各种冗余和非增值的活动，减少人力成本和时间成本。

完成建设项目全生命周期信息的收集、储存、传输、加工、更新和维护，获取及时、准确、完整的有效信息，实现资源整合与共享，辅助业务开展和科学管控。

借助直观可视化效果和参数化动态模拟功能快速掌握各系统运行情况、历史维护情况等运营期所需信息，实现空间定位、信息查询、三维监控、巡检维修、应急事件处置等功能，辅助运营及维护管理人员进行科学决策。

三、建设理念

信息集成管理是智慧城轨全过程集成管理的基础，基于BIM的数字化平台搭建是集成管理的核心，数字化管理平台实现了线上协同办公，改变了现有的分阶段管理方式，其理念和实施模式是对现有城市轨道交通建设流程的再造。城市轨道交通参与专业多达30 个以上，专业间数据衔接工作繁重，急需统一的数据管理集成平台进行数据交换与对接。

建设数字化集成管理平台从协同及数据共享与交换的角度出发，重点解决建设过程中各专业各自为政的现状。通过建设一个兼容多种数据格式的数据平台，将各专业设计数据集成于同一数字模型，实时协同、可视化设计，实现不同专业设计的数据互联互通、成果三维可视、信息沟通准确顺畅。通过标准化及模块化的设定，结合大数据分析、人工智能技术探索计算机辅助进行设计符合性审查[2]。

通过搭建数字化交付平台和运营管理平台实现信息集成管理。通过建立数字化竣工交付管理平台，设置平台ID 权限及管理体系，推动项目建设阶段的设计成果现场实施，运营需求同步推进，在平台中模型建设（虚拟世界）与实体工程（现实世界）信息无边界交互，实现了随点随看的数字化信息查询功能，提升了资料信息查询的效率，发挥了信息集成成果的最大价值。

四、平台应用案例

太原市轨道交通2 号线BIM技术应用共建设两套BIM技术应用平台，分别是数字化交付管理平台和基于BIM技术的轨道交通运维管理平台。数字化交付管理平台为BIM技术建模成果交付的管理工具类平台，用于竣工阶段设计、施工、监理各方交付BIM模型、属性、文档、影像等静态数据；BIM技术运维管理平台是本项目应用规划及应用点落地实现的工具与载体，整合并应用轨道交通各运营系统采集的动态数据。通过这两套平台的协同，实现BIM技术应用所需建设期信息的收集、汇聚与传递，以及运营阶段BIM技术的各项应用。

（一）基于BIM技术的城市轨道交通数字化交付平台

1.平台概述

数字化交付管理平台是基于BIM技术的数字化成果交付管理工具类平台，用于指导竣工交付过程中的协同管理。通过该平台，可将业主、BIM技术咨询单位及施工单位、设计单位、设备厂商等项目参建方的管理和技术人员汇集在同一平台进行协同办公。通过“三端一云”模式和轻量化技术，收集各阶段模型、属性、文档档案及现场实景照片等资料，通过上传、下载、浏览、审核、关联和维护等操作，集成2 号线全生命周期完整的静态数据，建立了基础静态数据库，实现了以工程实体为核心的信息管理和智能链接;同时作为建设阶段和运营阶段信息传递的桥梁，将建设期的静态数据信息有效传递至运营管理平台，打通设计、施工与运维阶段之间的数据流，解决了传统竣工交付模式存在的信息损失和低效衔接的问题，为城市轨道交通运营阶段智能化管理提供数据基础[3]，交付平台搭建框架，见图1。

图1 交付平台搭建框架

2.平台功能

平台主要包括以下功能：模型管理、属性管理、文档管理、移动端采集、数字化信息查询、审查验收与交付管理等。

（1）模型管理

模型管理负责从Revit 等核心建模软件向交付平台传送模型的几何信息和属性信息，并提供基本的模型查看功能，上传后，移动端可即时收到通知。模型查看可实现自定义漫游路径、自由切换视角、各专业自动合模等功能，数字化交付平台主界面和数字化交付平台模型管理界面见图2 和图3。

图2 数字化交付平台主界面

（2）属性管理

虽然通过模型管理可以将模型文件相关的全部属性信息上传到平台数据库，但仍有大量属性信息不适合在模型中直接维护。因此，在平台端需要提供必要的属性维护或表格导入功能，在Revit 插件端也可提供属性的快速维护功能。

（3）文档管理

平台向各参建方即用户提供文档目录组织、授权，通过文档挂接上传，文档关联模型等操作，完成现场实景照片、文档、档案等文档资料的管理与共享。

（4）移动端采集

移动端采集用于收集施工过程中现场实景照片，这些实景照片包括现场完工情况、隐蔽工程及施工缺陷相关情况，依靠移动端在施工现场及时采集，数字化交付平台移动端界面，见图4。

图4 数字化交付平台移动端界面

（5）数字化信息查询

通过模型管理、属性管理、文档管理和移动端采集相关功能，即可实现通过三维阶段查看模型相关的数字化信息，做到随点随看，极大地提升资料信息查询的效率，数字化信息查询界面，见图5。

图5 数字化信息查询界面

（6）审查验收

平台需提供各个环节的审查、验收功能，包括模型提交后的审查及问题反馈，资料上传后的审查及问题反馈，使用移动端到现场做实地检查核对，直接在移动端上查看模型、查看模型相关的属性及文档信息。

（7）交付管理

将属性、文档资料及现场实景上传平台，并与模型关联后，即具备交付基础，通过API 方式实现数字化的一键交付，直接导入运维平台后台，也可以通过导出并部署到本地服务器的数字化资产可视化查询系统，完成数字化资产的软件交付。

（二）基于BIM技术的城市轨道交通运营管理平台

1.平台概述

基于BIM技术的运营管理平台是将建设期BIM实施成果应用于轨道交通运营阶段的载体，结合模型实现了对工程结构、设施、设备的可视化三维展示。其用户包括业主、线路运营单位等相关单位。通过连接和标识运维过程中设施设备的属性信息，将设备运行情况及维养信息进行记录、整合、分析，为结构、设施、设备的维修提供数据支撑。根据设施、设备养护行为的数据挖掘和智能跟踪，为运营及养护管理人员提供信息查询、三维监控、巡检维修、应急事件处置跟踪、辅助决策等应用支持，协助运营部门进行运营管控和精细化管理[4]，运营管理平台主界面，见图6。

2.平台功能

（1）模型管理

提供基本的模型查看功能，满足运营需要的模型几何信息、属性信息、视点信息、自动漫游路径信息和关联的文档资料信息。及其他如视点自由切换视角、问题标注、自定义路径漫游、剖面和测距等相关功能，见图7。

图7 运营管理平台模型管理界面

与数字化交付平台不同，运营管理平台模型查看的方式主要包括以下几个方面。

按空间查看模型：即按空间网格划分的树状结构逐层查看对应的模型，以方便用户快速定位到相关空间位置。

按设施设备编码查看模型：即按设施设备编码代表的多层（或简化为三层）树状结构逐层查看对应的模型，以方便用户从设施设备分类的角度快速定位到具体的模型。

按专业/工作集查看模型：即按专业或工作及检索查看对应的系统模型。

按图纸查看模型：即按图纸目录逐级查看对应的模型。

（2）设施设备管理

设施设备管理用于维护设施设备台账，包括从数字化竣工交付平台转移的静态信息、运营期各类动态的实时状态数据及历次的故障维修信息，见图8。

图8 设施设备管理界面

功能模块包含：支持设施设备导出、支持设施设备按组过滤查看、设备设施查看关联属性信息、资料文档、巡养/维修记录及对应实时数据。

（3）备品备件管理

与设施设备管理相同，备品备件管理主要用于管理运营期储藏在各级仓库内的备品备件，是后续养护维修的主要资源。

功能模块包含：备品备件进出库管理、备品备件进出库记录、备品备件预警提示。

（4）站点运行状态管理

站点运行状态管理包含站点客流统计、站点客流预测、故障上报监测、站点视频监控、列车到站情况、维修进度监测、气象灾害播报、应急事件预警等。

（5）地铁总体运行状况模拟

地铁总体运行状况模拟以GIS+BIM技术为底层，整合全线信号、全自动驾驶、养护维修相关的动态数据，在全线区间、车站模型上实时展示地铁线路区间的通行及维护状况、地铁车辆的运行及维护状况、地铁车站的客流、运行及维护状况，实现全线路、全天候状态模拟沙盘的效果，用以实时了解全线运行和养护维修状况。

（6）设施设备技术状况模拟

设施设备技术状况模拟整合PHM中设施相关的动态数据，包括设施的巡检、定期检测、传感器实时监测及设施技术状况评价结果，在全线设施模型上，分级展示设施的最新技术状况，实现对全线设施状况的模拟沙盘效果，用以实时了解设施技术状况、存在的缺陷及其修复状态。

一般情况 73例AS患者，活动组43例，平均年龄(27.3±13.8)岁；稳定组30例，平均年龄(29.9±12.9)岁。活动组及稳定组年龄差异无统计学意义(t=1.06，P>0.05)。

（7）计划与工单管理

计划与工单管理是运营期巡检、养护及维修等各类工作的任务管理工作，是驱动巡检维护工作的基础。利用设施设备相关的厂家信息、施工时间信息、保修信息、历次维修养护信息等，按计划的各种来源，通过模型进行合理的待检查、养护、维修的设施设备及其分布位置的提醒，辅助半自动生成相关的计划，并通过人工或半自动方式分配形成相关的工单，配合移动端相关工单管理功能，实现养护人员通过移动端接收工单任务，指导现场养护工作，收集现场发现的问题，流转工单等功能。

（8）巡养管理

巡养管理支持巡养计划管理、巡养工单查询、工单关联设备查看、设备关联信息查看、临近保养预警。功能模块包含：创建巡养工单计划、查询计划工单及工单执行状况、临近巡养设备提醒，见图9。

图9 巡养管理界面

（9）维修管理

维修管理是针对发现的设备故障及设施缺陷的维修工作，维修管理由维修工单驱动，通过移动端实现相关的辅助维修功能，包括AR 巡检功能，辅助在现场查看隐蔽工程、设施设备实时数据、技术状况及上报维修相关问题等，见图10。维修信息将通过BIM技术模型进行直观的展示。

图10 维修管理界面

（10）培训交底管理

培训交底管理基于培训交底课件实现，在平台中以知识库的形式维护相关的成果，并通过实现其在Web端、移动端的在线访问与播放，实现培训交底业务。

（11）应急事件管理

应急事件管理包含应急事件触发、手机端事件通知、现场实况反馈、显示应急事件模拟课件、相关资料等功能。通过上述方式，形成运行相关的完整事件库，为后续分类汇总分析提供数据支撑。

五、结语

BIM 技术应用是提升城市轨道交通项目建设运营管理能力，实现城市轨道交通智慧化的必然趋势。搭建基于BIM技术的数字化管理平台，充分发挥BIM 技术的信息管理优势、打破了传统轨道交通项目管理模式下参与单位协调难度大、信息碎片化和各阶段割裂的局面，实现了对城市轨道交通项目全生命周期信息、组织和过程集成化管理，促进城市轨道交通项目整体价值和功能的提升。