BIM在城市轨道交通中应用的探讨

0、引言

城市轨道交通工程建设规模大，周期长（一般可达4~7年），各相关主要专业多达20余个，专业间协调工作量巨大。同时由于地铁工程受环境因素影响较大，经常出现各种各样的工程变更，涉及各专业和部门，形成各专业不断调整，协调的动态设计过程。

而由于轨道交通工程的项目特点，虽然轨道交通工程建设周期长，但建设线路长，空间小，工期紧张。地下工程沿线的各种外部接口繁杂，施工空间的局限给设备管线综合带来巨大困难，设计及现场结构协调消耗大量的人力与实践，降低工作效率，又大大增加出错机会；前期工作的效率低下又导致后期设备安装调试时间短；建成运行后，运营管理安全标准高，全年运营，只能夜间维护，一旦出现故障将引起巨大的社会影响。

随着城市建设的进行，城市轨道交通在全国各主要城市得到大规模的发展。而且由于城市发展的迫切性，轨道交通的建设工期要求较紧，通常若干条线同期规划，同时建设，但建设阶段又有先后之分，对投资方管理造成巨大难度。因此，现阶段急需寻找一种先进的管理体系，提高建设及运营阶段的工作效率。

1、BIM的概念

1.1 BIM的概念与任务

BIM是英文Building Information Modelding的缩写，中文一般称为“建筑信息模型”。根据美国国家BIM标准对BIM的定义为：“BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达；BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。”

BIM肩负的任务就是在于解决项目不同阶段、不同参与方、不同应用软件之间的信息结构化组织管理和信息官宦共享，使得合适的人在合适的时候得到合适的信息，这个信息要求准确、及时、够用。 

1.2 BIM在工程建设行业中的位置 现代化、工业化、信息化是我国建筑业发展的三个方向，建筑业信息化可以分为技术信息化和管理信息化两大部分，技术信息化的核心内容是建设项目生命周期管理（BLM-Buiding Lifecycle Management），企业管理信息化的核心内容是企业资源计划（ERP-Enterprise Resource Planning）。

如前所述，不管是技术信息化还是管理信息化，建筑业的工作主体是建设项目本身，因此，没有项目信息的有效集成，管理信息化的效益也很难实现。BIM通过其承载的工程项目信息把其他技术信息化方法（如CAD/CAE等）集成了起来，从而成为了技术信息化的核心、技术信息化横向打通的桥梁。

2、BIM的实现

BIM的实现离不开软件的支持及管理的指导，可以说，没有相应的软件及管理制度，建设项目的BIM是无法实现的。

2.1 软件

BIM系统应用的难点之一就在于软件。BIM并不是一个或者一类软件的事，要充分发挥BIM价值为项目创造效益涉及常用的BIM软件数量有十几个到几十个之多。

BIM软件分类

根据建设项目的特点，通过对BIM软件，特别是核心软件的合理选择，方可最大限度发挥BIM的作用。

2.2 管理架构

城市轨道交通建设项目具有体量巨大，功能复杂，信息量大，参建单位众多等特点，为项目管理带来难度。同时，由于公共项目高标准、高规格的建设需求，要求项目管理达到相当高的标准。
 
       这种新型的管理模式的信息传递方式如下图所示，参建各方的项目相关信息存储在公共BIM数据平台中，而参建各方间也通过对BIM技术的应用和管理，在虚拟的平台中形成一种精益化的管理模式。这个平台是在参建各方原有内部组织结构的基础上建立的一个具有共同工作平台的唤醒架构，可以真正实现信息的充分共享和无缝管理。

通过这种信息传递和管理模式，使建设项目信息在规划、设计、建造、和运营维护全过程充分共享、无损传递，可以使项目的所有参与方在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能够在模型中操作信息和在信息中操作模型，进行协同工作。

3、BIM在项目不同阶段中的应用

3.1规划阶段

城市规划信息化领域目前是以CAD+GIS作为主要支撑平台的，三维仿真系统是目前城市规划领域应用最多的城市规划管理三维平台，可以做到与传统的GIS平台连接并且共享基础地理信息数据。

如果将BIM引入到城市规划三维平台中，将可以完全实现目前三维仿真系统无法实现的BIM多维度的应用，特别是城市规划方案的性能分析，这可以解决传统城市规划编制和管理方法无法量化，诸如舒适度、空气流动性、噪声云图等指标。BIM的性能分析通过与传统规划方案的设计、评审结合起来，将会对城市规划多指标量化、编制科学化和城市规划科持续发展产生积极的影响。
 
       3.2设计阶段

3.2.1参数化设计

参数化设计是对目前新兴的设计方法的抽象描述，它包括生成设计、算法几何、关联性模型等核心概念。由于目前轨道交通工程车站建筑功能、空间关系日益复杂，借助新的数字化平台，可以对轨道交通工程复杂的建筑几何进行理性的分析和设定，包括从几何学的角度对建筑平面及三维空间生成进行准确的定义和呈现。

关联性模型是实现参数化设计的手段，模型由不同的模块化单元组成，其结构表述为参数输入模块、调节控制模块、逻辑计算模块以及数据输出模块。关联模型建立后，可通过残念所述输入和调节，计算机将自动完成复杂的运算，并实时输出设计成果。

3.2.2基于数字化平台的建筑性能分析

对于大型公共建筑，性能正在成为决定其内在质量的关键综合指标，尤其表现在结构效率和可持续策略上。性能分析可根据已有的数字化模型（参数化模型或者BIM模型）进行，内容包括能耗模拟、消化模拟、温度模拟等方面。这些多学科交叉的性能化设计视线里设计成果的高度整合和升级，实际上以更经济、更高效的方式推动着技术进步。

BIM与建筑性能分析复合设计流程是将设计方案BIM模型化后，通过性能分析检查、建筑构件空间检查，综合各项结果反复调整模型。流程图如下：

3.3施工阶段

3.3.1施工单位的应用

城市轨道交通工程施工方案与周边环境条件，地质情况，主体结构与基坑关系等条件因素有重大关系，相当复杂。特别是在市区环境中施工前，环境风险相当大。此条件下：采用BIM技术对项目施工阶段有如下好处： 
1） 设计意图可行性的分析。 
2） 设计图纸的复核。 
3） 施工现场4D管理。通过BIM技术可轻松创建、审核和编辑4D进度模型，编制更为可靠的进度表，与三维模型直接对接，从而使规划的施工流程与项目相关方顺畅沟通。 
4） 主要演示手段。 
5） 施工现场nD管理。在软件的支持下，BIM模型还可用于更好地管理成本，物流和材料消耗。 
6） 提供给业主和物业一个可靠的、真实的竣工模型。

3.3.2工程监理的应用

如何建立高效、实用的基于BIM信息化工程监理模式，并使之形成科学的管理系统，是在BIM工程建设实践中重点考虑的问题，既要考虑信息应用的要求，又要考虑充分利用现有传统模式下的信息基础和物质基础。在实际工程中构建应用BIM技术的工程监理架构，以工程监理公司为节点，根据各自项目规模、特点以及施工情况，配备相应的网络传输、信息模型处理服务、现场信息采集装备等，利用采集设备，按照工程监理的“三控一管一协调”要求形成工程监理的管理信息，然后进行分类、筛选、存储。采用BIM技术在工程监理环节中有如下特点： 
      1） 改变目前工程监理在工地的高负荷、高强度的“巡回式”管理模式，使现场工程监理人员更多地将精力针对现场实际提前进行预控或对重要部位、关键工序进行严格把关。

2） 提高工程监理的工作效率、精度和实时性。运用数字化工程监理模式，可避免传统工程监理中管理滞后的问题，有可能在第一时间发现并制止工程质量问题。

3） 有利于提高工程监理工作的规范化、标准化。

变更管理是BIM技术应用的另一个优势所在。基于同一个BIM模型的协同，一旦模型修正方有任何一点变更，其他所有人员调用到的数据就是最新的了，避免因为通知不及时或数据调整延误造成的经济损失和工期延误。

3.4项目运营阶段

BIM系统定位是对建筑全生命周期的控制，运营阶段也是其中重要的一环。BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，包含了贯穿于设计、施工和运营管理等整个项目全生命周期的各个阶段，并且各种信息始终建立在一个三维模型数据库中。BIM可以持续即时地提供项目设计范围、进度以及成本信息，这些信息完整可靠并且完全协调，即BIM能有在综合数字环境中保持信息不断更新并可提供访问。

5、结语

城市轨道交通工程投资高，建设要求高，管理难度高的“三高”特点使引入先进的信息管理技术非常必要。BIM技术应用开发性、协同性以及全生命周期的管理理念十分适合轨道交通工程。因此，研究如何在项目中应用BIM技术是轨道交通建设者们下阶段的主要研究方向之一。应注意的是，BIM的发展不仅仅是现有技术的进步和更新换代，也将表现在生产组织模式和管理方式的转型，并长远地影响人们对项目的思维模式，对轨道交通行业有着深远的影响。