城市轨道交通 BIM 一体化管理模式及应用

张 楠，周 君，王 保

（上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235）

1 引言

在国家交通强国建设和行业全面数字化转型升级的大背景下，城市轨道交通在建设的各阶段取得了众多成果，全面数字化的关键点在于信息可以无障碍且准确地传递和表达，但“数据孤岛”“两层皮”的问题仍然很普遍。各阶段、各专业之间建筑信息模型（BIM）的信息交互存在缺陷，数据信息交互不仅不够直接，且数据不够完整。

鉴于以上问题和现状，上海市轨道交通14 号线采用基于BIM 技术的一体化管理模式，打通各阶段、各专业BIM 模型之间的通道，实现数据的共享与协同。探索基于BIM 技术的管理新模式，助力城市轨道交通建设数字化转型升级。

2 工程概况及特点

上海市轨道交通14 号线是一条横跨城市东西方向的直径线，是新一轮建设规划中重要的市区级线路[1]。线路全长38.514 km，全部为地下线，共设地下车站31座，平均站间距1.273 km。该线路具有如下特点。

（1）建设环境复杂。工程线路穿越主城区，区间段及站点与现状建筑物、轨道、桥梁、河道、管线、道路等的关系复杂，工程实施需充分考虑对现状环境及设施的影响，制定合理的保护或拆迁措施。

（2）工程进度紧张。作为上海市重点建设项目，该工程自立项论证至全线施工并投入运营，整个建设周期的工程量巨大，但时间有限，进度紧张。

（3）质量要求高。该工程的质量水平受到社会各界的广泛关注[2]，但由于城市轨道交通项目技术复杂，影响面大、周期长等特点，导致其质量管理工作难度很大。

（4）建设管理难度大。采用分阶段、分专业、平行交叉承包模式，客观上造成了工程的设计、施工、供货、安装等过程不能很好地搭接，难以形成系统接口，工程实施协调难度大。

（5）建设条件多变，工程变更频繁。由于工程涉及的不确定因素多，外部条件变化无法预测，造成了工程设计、施工、设备及材料采购的变更频繁，加大管理难度。

（6）运维管理压力大[3-4]。14 号线为市区线，巨大的客运压力对运维管理的系统性升级提出了较高的要求。

3 基于 BIM 技术的一体化管理

3.1 一体化管理技术路线

为保证工程的平稳推进，实现高质量、低成本、短周期的目标。工程自方案分析到建成交付的整个过程都采用了基于BIM 技术的一体化管理技术路线[5]。方案阶段利用BIM 技术的辅助，精确分析周边环境和限制因素；设计阶段采用协同模式的试点三维正向设计，提高设计效率和精度；施工阶段以三维模型交底的形式指导施工单位按模施工，监理单位依模监督[6]；运维阶段，通过实际竣工的数字模型为运营管理提供数字化基础。

建立线路级BIM 技术与应用管理体系，以确保一体化管理技术路线得以落实，如图1 所示，包括BIM总体管理文件（项目策划大纲、项目管理办法、项目实施方案及各单位招标技术要求）、BIM 模型指导手册、BIM 应用指导手册[7]。

图1 BIM 一体化管理技术路线

3.2 一体化管理平台

城市轨道交通工程的BIM 数据量大，参与方多且地域分散。各相关方能在一个模型上高效、便捷、权责清晰地协同工作是落实BIM 一体化管理的重点[8-10]。

为应对跨地域跨部门协同工作的挑战，工程基于Revit Server 进行平台开发，使不同地理位置的项目参与方通过广域网以共享方式在同一个Revit 模型上开展工作成为可能。

在设计阶段，通过Revit Server 实现广域网环境下跨阶段、跨单位、跨专业的设计协同一体化。在设计交付阶段，平台通过模型冻结与解冻结，实现设计阶段到施工阶段的模型传递[11]，打破常规“两层皮”管理壁垒，实现一模到底。

在施工阶段，各单位仍通过Revit Server 实现广域网环境下的施工深化。但由于施工阶段承包模式的特殊性，平台开发采用更严格的权限管理机制，使各单位仅能链接其工点相关专业模型，并且关闭其随意下载、覆盖已有模型的权限，模型的更新有连续、清晰的历史记录。

竣工交付阶段，施工单位根据现场实测实量结果复核现有模型，并经监理单位、设计单位审核后，移到运维阶段。所有提资、会签、审核、归档流程均在线上平台发起，保证了信息传递的唯一路径。各阶段模型管理流程如图2 所示。

图2 各阶段模型管理流程图

4 典型 BIM 技术应用

依托一体化管理技术路线及管理平台，上海市轨道交通14 号线的全生命周期中广泛运用了各项BIM 技术，如图3 所示。文章就本线路中较有代表性的几项应用进行介绍。

图3 BIM 技术应用流程图

4.1 市政管线综合优化

建设过程中涉及雨污水、电力、通信、上水、燃气等大量现状市政管线的改迁或保护。其管综优化方案应基于原设计资料、竣工图纸、物探情况及特殊位置的精测结果，结合本工程区间段平纵布置、站点定位及基坑支护、场地特性、环境因素、交通导改等因素综合考虑。但由于管综资料缺失、探测误差不可控、环境情况多变、信息孤岛等原因，管综方案通常难以得到足够的优化，造成其在施工过程中变更较多，对工期和造价的影响较大。

14 号线工程在管综优化阶段引入BIM 技术，将所有相关的数据信息集成到一个平台中。通过BIM 模型指导手册要求各方统一软件、坐标体系和模型表达，并规定了模型范围及深度，如道路翻交模型不仅要体现各阶段道路的变化，还要体现车站借地线、各阶段施工围挡线、道路绿化带等要素。通过将孤立的管线模型、道路模型、场地模型、车站模型、围护模型、区间模型等集成到一个平台中，可视化完成管综设计方案，如图4所示，为设计阶段管线方案的尽快决策提供帮助，同时也为施工人员了解全局情况提供便利，施工完成后形成的竣工模型可作为未来开发的第一手资料。

图4 市政管线综合模型

4.2 三维正向设计

城市轨道交通工程参建单位众多、数据资产庞大、运营周期较长，传统的BIM 翻模难以满足工程精细化的需求。部分车站在设计阶段应用了三维正向设计，各单位、各专业基于Revit Server 进行广域网协同设计，实时在同一模型中反馈需求及变化。BIM 模型可直接用于有限元分析，数据信息能准确、直接地传递和交互，减少设计人员大量重复性工作，提高设计效率和准确性。

同时，研发了一系列参数化智能设计族和标记族。该样板及族库在本工程BIM 正向设计进行了广泛应用，车站剖面图及部分专业系统图均采用配套出图插件从模型直接导出，提高了出图的效率和质量。

4.3 预留预埋 BIM 专册

工程建设时，机电安装作业通常在土建工程已大部分完工后才介入，如果土建的预留预埋存在错漏，就经常导致安装作业时的二次打凿、穿孔。为确保施工现场预留孔洞的准确性，通过BIM 模型深化复核预留预埋，并从模型直接导出预留预埋专册，提高其精度与深度，如图5 所示。

图5 预留预埋BIM 专册

4.4 土建结构几何尺寸智能化检验

采用三维激光扫描技术对车站建成的主体结构进行3D 扫描，将扫描得出的点云模型与土建施工图模型进行参数化校核，如图6 所示，检查主体结构几何尺寸施工质量，并创建实际几何尺寸的土建竣工模型，用以辅助后期机电BIM 模型的施工深化。

图6 三维激光扫描模型与BIM 模型对比检验图

4.5 预制装配式施工管理

以通风专业为例，传统工艺中风管的现场安装环节与工厂加工环节衔接性差，工厂加工的管件尺寸易出错，运输到现场后编码无序，造成现场施工时高频倒运，效率低下。采用BIM 技术进行风管预制装配式施工管理。施工阶段，基于设计三维模型深化设备层环控模型，由监理、设计、施工审核无误后，直接由模型导出风管下料图，如图7 所示。工厂按图生产，按图编码，按序配送，现场按图施工，按图检验，大大提高了工效，也提高了复合风管的施工质量。

图7 预制装配式施工管理

4.6 设施设备产品模型库

依托BIM 平台的信息收集与整合功能，联合设备厂商、机电施工单位，搭建了设施设备产品模型库[12]。每个设施设备产品包括几何参数、技术参数、设备编码等内容，模型精细到最小维护单元，使模型数据更加标准化。

模型库汇总了13 个专业的500 余种设备产品类型，共计3 000 余个模型单元。其中，排热风机模型如图8所示。该模型库作为数字资产的一部分，同步交付给后期运维平台。

图8 设施设备产品模型库样例图

4.7 数字化运维管理

以竣工交付模型作为数字底座，叠加工单数据、资产数据等静态信息以及设备运行状态、空间定位数据等动态信息开发了基于BIM 技术的车站智慧运维平台[13-15]。

该平台包含设施设备管理、客运管理、站务管理、乘务管理、人员管理、专项管理等功能模块，覆盖了车站各类的日常维护工作，如图9 所示为设备管理和客运管理界面。平台分桌面端、网页端和3 个移动端，桌面端服务于车控室人员，网页端服务于运营公司管理人员，移动端服务于站内多职能巡视、委外单位维护维修人员以及全自动线路中的多职能列控人员。另外，平台还接入了申通集团的各个既有系统数据，做到了车站级的运营信息一屏总览、车站运营工作多端联动。

图9 数字化运维管理

5 结语

上海市轨道交通14 号线工程依托BIM 一体化技术路线和管理平台，在工程建设的整个生命周期中扩宽了BIM 应用场景，增强了BIM 协作效果。

该技术路线解决了各参建方及相关方独立运作、信息孤岛的问题，有效提高设计方案合理性和图纸精度，助力施工协调和质量管控，并为后期运维提供详尽的信息流与数字底座，形成一套以业主为主导，多方共同参与的基于BIM“一模多用”的设计施工运维一体化管理模式，其可做为工程类项目数字化精细管理的探索方向。