BIM技术在城市轨道交通行业的应用研究

李明军 王利伟 张鲁明

摘 要：目前，建筑信息模型（BIM）技术在国内城市轨道交通行业的应用已经逐步展开，但各地的 BIM 技术应用均以局部应用为主，缺乏系统性。文章通过分析城市轨道交通行业 BIM 技术应用存在的问题及其原因，提出 BIM 技术应用的总体目标，并指出实现该目标的具体途径，即优化组织管理，加强标准体系建设及数据库建设，落实 BIM 技术在设计、建设、运维等不同阶段的应用点，以使 BIM 技术应用贯穿建设项目的全生命周期并覆盖项目管理的各个方面，发挥其真正价值。

关键词：城市轨道交通;BIM 技术;应用

中图分类号：TU3

2016年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《 2016 — 2020年建筑业信息化发展纲要》，提出“十三五”时期应全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM、大数据、智能化、移动通信、云计算、物联网（IoT）等信息技术的集成应用能力。此后，建筑业的数字化、网络化、智能化水平得到显著提升，初步建成了一体化的行业监管和服务平台，数据资源利用水平和信息服务能力明显提高，产生了一批具有较强信息技术创新能力、信息化应用达到国际先进水平的建筑企业;拥有关键自主知识产权的建筑业信息技术企业也日渐增多。城市轨道交通行业应结合目前技术发展及行业政策的背景，积极探索“互联网+”形势下的管理和生产新模式，深入研究BIM、物联网等技术的创新应用，以实现跨越式发展。

1 存在的问题及其原因

目前，BIM技术在我国城市轨道交通行业的应用已经逐步展开，上海、广州等城市在这方面做了较多尝试。但是，由于缺乏统一的国家和行业标准，加上各单位存在认识的局限性，组织管理有欠缺，软件不完备，团队专业性不强等诸多因素，目前各地的BIM技术应用以局部应用为主，缺乏系统性。而导致这些问题的主要原因如下。

（1）应用软件不统一。BIM技术相关的应用软件多达几百种，虽然国际标准化组织（ISO）正在努力推广工业基础类（IFC）等数据交换标准的应用，但由于软件厂商利益格局难以打破，软件之间的互通性仍然非常差，这必然导致应用BIM技术的成本上升。

（2）标准不统一。城市轨道交通行业的BIM技术应用涉及规划、设计、建设、咨询、施工、材料设备供应、运营维护等多家单位，而这些单位采用的软件、标准、数据格式往往各不相同，因此各个应用环节之间无法进行信息的连接和传递，形成一个个信息孤岛，导致BIM技术的效能难以发挥。

（3）缺乏统一、规范的建筑材料与设备编码库。由于城市轨道交通行业的建筑材料与设备品种繁多、规格不一，制订统一、规范的编码标准难度较大，因此极大影响了城市轨道交通行业信息化的进程。

（4）城市轨道交通工程基本构件需进一步开发。城市轨道交通工程涉及专业众多，除建筑、结构、风、水、电之外，还涉及线路、限界、轨道、通信、信号、牵引供电、自动售检票（AFC）、综合监控、乘客信息（PIS）、屏蔽门等10多个专业的20多种设备系统。国内城市轨道交通行业对BIM技术的应用才刚刚起步，许多基础性工作尚未完成，尤其是与城市轨道交通各专业相关的大量基本标准化构件需要建模开发。

2 BIM 技术应用的总体目标

2.1 实现系统性应用

实现BIM技术的系统性应用是指使BIM技术应用贯穿建设项目的全生命周期，覆盖项目管理的各个方面，且做到信息共享、数据传承。系统性应用的特征如下：

（1）统一性，即采用统一标准、统一管理和统一模型;

（2）延续性，即模型可沿用更新，数据可流转传承;

（3）全程性，即贯穿项目的全生命周期，包括项目的设计、建设、运维等阶段;

（4）全面性，即渗透到协同、投资、进度、质量、安全、信息等各方面的管理工作中;

（5）广泛性，即涉及建设、设计、施工、监理、咨询、设备供应商等多个参建单位。

2.2 实现平台化应用

将BIM技术应用与项目管理结合起来，建立BIM技术应用管理平台，使其在投资、进度、质量、安全、信息等方面真正发挥项目管理的作用。该平台包含的模块及其功能如下：

（1）协同管理模块，负责计划、图纸及设计协同的管理;

（2）规划设计模块，负责路网规划、线路规划、管线综合、方案比选等;

（3）信息管理模块，负责标准体系、建模标准、应用标准、数据标准、构件库的管理;

（4）投资控制模块，负责投资统计、概算、招标、竣工管理及验工计价;

（5）进度控制模块，负责控制总体进度、形象进度、实物量进度，以及进行进度模拟和偏差分析;

（6）施工管理模块，负责材料管理、交通导改、拆迁管理;

（7）质量控制模块，负责质量问题统计、追踪记录、资料管理、检验批管理;

（8）运维管理模块，负责资产管理、隧道监控，以及轨道、车辆和信号系统的检测维护等。

2.3 实现数字化、智能化建设与管理

利用大数据、云计算、物联网、地理信息系统（GIS）、虚拟现实（VR）等现代信息技术，对城市轨道交通BIM信息进行集成利用，推进城市轨道交通建设的自动化、智能化。

3 目标实现途径

3.1 优化组织管理

对BIM技术应用的组织管理进行优化应遵循以下4 个原则。

（1）统一领导原则。城市轨道交通项目参建单位众多，职能各异，对BIM技术的认识水平、掌握程度、应用理解与实践经验差异较大。為实现有效管理，保证项目科学、有序地开展，必须由建设单位作为主体责任方，负责统筹计划、组织、领导，以控制项目进程，协调各参与单位的工作。

（2）领导决策原则。BIM技术应用是“一把手”工程，各级应用部门应由建设单位主要领导直接负责，明确各方分工及职责，建立管理制度，及时沟通交流信息，汇报阶段进展，协商解决问题。

（3）分层管理原则。BIM技术应用管理实行总公司和项目公司2级管理。总公司负责基础性、整体性的BIM技术应用管理工作，包括总体协调、平台、接口、服务器、标准、培训以及常规技术支持等。项目公司负责组织BIM技术应用实践，包括各阶段建模、方案比选、设计优化、投资优化管理、管线综合排布、技术交底、方案模拟、进度管理、运维管理等。

（4）专业指导原则。鉴于BIM技术的专业性，可聘请BIM技术咨询单位协助各级应用部门的组织管理工作，并提供技术支持，其具体职责包括：编制BIM技术实施方案，为各方开展BIM技术应用制定统一标准、工作流程等，建立示范模型，提供培训支持，协助建设方进行竣工管理及模型试运营等。

3.2 建设 BIM 技术标准体系

城市轨道交通BIM模型的创建和交付需要具有可操作性、兼容性强的统一标准和统一的模型数据端口，以实现城市轨道交通参建单位在同一数据体系之下的工作与交流，以及广泛的数据交换和共享。

制定BIM技术标准须遵循以下原则：

（1）合规性原则，即符合国家或地方政策和标准的框架范围;

（2）实用性原则，即符合工程项目实施的具体情况和各个阶段需求重点;

（3）全面性原则，即满足项目全生命周期不同阶段、不同内容的系统性应用要求;

（4）可扩展性原则，即BIM技术标准能够在不改变原有框架体系的前提下不断进行补充完善;

（5）系统性原则，即对管理、数据、应用、模型创建等做出系统的规定。

3.3 完善 BIM 数据库管理

城市轨道交通项目在设计、建设、运维等阶段均会不断产生大量数据，而对数据进行有效的收集、管理和利用，是未来城市轨道交通建设的发展趋势，也是智慧地铁的核心技术。通过建立BIM数据库管理平台，可极大提高城市轨道交通企业的综合管理水平。BIM技术所收集的数据包括三维模型数据（图1），构件、构件库、材料设备数据，管理过程中产生的时间进度数据，成本造价数据，运营数据等。但这些数据多是在不规范、不系统、不科学的数据基础上形成的，因此数据管理的首要任务是对数据进行标准化。数据的标准化应考虑不同BIM软件之间格式的标准化，以及对国家标准、地方标准的兼容性。

3.4 落实各阶段 BIM 技术应用点

BIM技术在城市轨道交通的设计、建设、运维等不同阶段有不同的应用，应根据不同阶段的不同要求将其应用落到实处，具体如下：

（1）总体设计阶段，BIM模型深度需达到细节级别（LOD）100级，主要应用方向有实景建模、GIS、三维线路及站位方案比选;

（2）初步设计阶段，BIM模型深度需达到LOD 200级，主要应用方向有三维管线搬迁、交通导改、三维地质、建筑设计及分析等;

（3）施工图设计阶段，BIM模型深度需达到LOD 300级，主要应用方向有协同设计、管线综合、装修效果可视化、大型设备检修路径复核、三维客流仿真、三维漫游等;

（4）深化设计和建设安装阶段，BIM模型深度需达到LOD 400级，主要应用方向有二维码应用与管理、可视化交底、施工场地管理、特殊工艺模拟、节点构造模拟、大型设备进场路径模拟、施工数据监测及可视化、三维激光放样、三维扫描质量复核、预制构件信息管理、计量支付控制等;

（5）验收阶段，BIM模型深度需达到LOD 500级，主要应用方向有数字化验交、点云扫描对比、设备部件信息录入;

（6）运维阶段，BIM模型深度需达到LOD 500级，主要应用方向有工单管理、备品备件管理、漫游巡检、空间精确定位、设备运行监控、故障分析、模拟实景培训、安全防控、应急处理、虚拟应急演练、能耗管理与分析等。

4 结语

BIM技术应用“三分技术，七分管理”，因此应该首先加强项目组织管理，将其作为“一把手”项目进行推动;其次，应加强技术研发及基础数据积累，打破不同专业、不同阶段的数据格式壁垒，降低BIM技术的应用难度，提升其应用效率。虽然目前BIM技术由于受制于多方面的因素尚未得到很好的应用，但其具有强大的技术优势，在其引领之下，城市轨道交通行业将结束设计、建设、运维分离的状态，进入多专业协同、基于同一模型进行全过程整体应用的新时期。

参考文献

[1]王民治. BIM技术在城市轨道交通设计中的应用研究[J]. 科学家，2017（4）：91-92.

[2]吴守荣，李琪，孙槐园，等. BIM技术在城市轨道交通工程施工管理中的应用与研究[J]. 铁道标准设计，2016，60（11）：115-119.

[3]吴巍霖. BIM技术在城市轨道交通项目工程量统计中的应用研究[J]. 建筑经济，2018（6）：83-87.

[4]刘晴，王建平. 基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究[J]. 土木建筑工程信息技术，2010（3）：40-45.

[5]胡林峰. 关于智慧地铁施工阶段中BIM技术应用的研究[J]. 智能城市，2017（12）：83.

[6]周鹏光，黄杰. BIM技术在轨道交通工程中的应用探索[J]. 武汉勘察设计，2015（6）：37-40，47.

[7]罗芹，水滨，欧阳院平. BIM技术在城市轨道交通行业的应用[J]. 现代城市轨道交通，2019（12）：76-79.

[8]刘纯净. BIM技术在城市轨道交通工程设计阶段的应用研究[J]. 建设管理，2016（8）：8-11.

[9]王尚伟. 城市轨道交通工程BIM研究及应用[J]. 建设科技，2016（24）：39-41.

[10] 石继斌. BIM技术在轨道交通工程设计中的应用[J]. 中国管理信息化，2017（20）：148-149.

[11] 王玉澤. BIM技术在轨道交通的应用探讨[J]. 铁路技术创新，2014（5）：19-22.

[12] 张志伟，李宏安. BIM技术在北京地铁19号线一期工程中的管理应用与实践[J]. 现代城市轨道交通，2019（6）：106-112.

[13] 沈亮峰. 基于BIM技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应用[J]. 工业建筑，2013（6）：163-166，159.

[14] 贲放. 轨道交通设计中BIM三维协同设计模式分析[J]. 绿色环保建材，2019（10）：53-54.

[15] 曹昕鸷. 城市轨道交通工程设计中BIM技术的应用策略分析[J]. 智能城市，2020（10）：148-149.

[16] 祝嘉. 在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想[J]. 建筑经济，2008（S2）：375-378.

[17] 张金伟，刘志广，路清泉，等. 城市轨道交通工程BIM技术应用推广实施方法研究[J]. 现代隧道技术，2019（3）：45-52，71.

[18] 翁承显. 城市轨道交通的BIM技术应用[J]. 低碳世界，2017（22）：240-241.

[19] 冀程. BIM技术在轨道交通工程设计中的应用[J]. 地下空间与工程学报，2014（S1）：1663-1668.

[20] 陈南凤. BIM在轨道交通工程中的应用研究[J]. 建筑技术，2019（5）：562-565.

收稿日期 2019-06-24

责任编辑 苏靖棋