上海轨道交通工程中的BIM技术应用

线路全长约为35.341km，采用高架和地下结合的敷设方式，其中地下线长度约为16.157km，高架线长度约为18.479km，敞开段长度约为0.705 km。

1、建模范围

据上海轨道交通17号线建设范围，制定BIM技术应用的建模范围。

2、应用目标

上海市轨道交通17号线BIM技术深度应用于项目设计、施工、运维全过程，实现基于BIM技术的城市轨道交通全生命期信息管理，优化设计方案和设计成果，控制施工进度，减少工期，降低成本投入，提高设计质量和施工管理水平，保障工程项目的顺利完成，同时通过在运维阶段BIM应用提高运维管理水平。

以BIM 为核心，整合应用GIS、物联网等技术，形成合力，突破行业发展瓶颈，实现上海轨道交通行业向信息化和工业化

的转型升级。

在设计阶段BIM应用旨在创建精确且满足应用需求的各专业三维信息模型，通过平立剖检查、场地现状仿真、冲突检测及三维管线综合、竖向净空优化、工程量复核、装修效果仿真等多个应用点优化设计方案，提高设计质量，控制项目造价。

在施工阶段BIM应用通过施工专项方案模拟与优化、施工进度的科学管理及竣工模型构建等多项应用点的开展，减少工期，提高施工质量，促进施工安全，控制项目造价，提高施工管理水平。

在运维阶段BIM应用目标在于基于建设期形成的轨道交通项目标准化BIM 数据，整合运维过程中采集的动态数据，借助运维管理系统，实现数字化的轨道交通运维管理，提高设施设备运维管理水平和公共服务水平。

3、组织架构

本项目BIM技术应用采用业主牵头协调，委托BIM总体单位主导，BIM分项单位具体实施，各参与方配合的组织模式。各司其职，共同推进本项目 BIM 技术的深入应用。

4、BIM 应用点列表

1、初步设计阶段

通过场地周边环境数据、地形图、航拍图像等资料，对车站、停车场、区间穿越重要节点的周边场地及环境进行仿真建模，创建包括但不限于周边环境模型等各类场地要素之间的距离关系，辅助车站主体设计方案的决策。

此外，17号线东方绿舟站还尝试了利用三维激光扫描还原车站周边环境，将BIM模型与点云数据进行整合，确定出入口与主要道路、绿化的距离，以三维可视化的形式展现各个方案的优缺点，协助设计及项目公司进行方案比选、整体优化及最终方案确定。

根据管线物探资料，对车站实施范围内的现状市政管线进行仿真建模，尽量精准的表达管线截面尺寸、埋深，窖井的位置及尺寸；根据地下管线搬迁方案，建立各阶段管线搬迁方案模型，辅助设计方案的稳定及管线搬迁的优化。车站主体结构建成后复位的管线作为重要地下管线基础资料。

2、施工图设计阶段

17号线蟠龙路站作为试点，进行了钢筋建模的探索。分别使用两款软件（Tekla与Revit）进行建模，对比不同软件建模效率及工程量的准确性，为其他车站的钢筋建模提供软件选项参考。

17号线探索了BIM融入设计流程的方式。不同于传统的碰撞检查及出碰撞报告，17号线BIM工程师直接负责管线综合及碰撞调整，各专业设计负责成果审核，最终BIM工程师参与图纸会签，确保通过三维管线综合优化的成果通过施工图纸传递到施工阶段。

这也是BIM工程师直接进行三维管线综合设计的初次探索，发现并解决管线与结构之间、各专业管线之间的设计碰撞问题，优化管线设计方案，减少施工阶段因设计“错漏碰缺”而造成的损失和返工工作。

完成管综设计后，为了提高优化成果在BIM与机电各专业之间的传递效率，研究并打通了三维模型到二维出图技术路线。并二次开发了Revit导cad插件，实现导出的cad图纸满足各专业设计对图纸图层的要求，机电各专业可在BIM模型导出的图纸基础上，深化出图。

另外为确保施工现场预留孔洞的准确性，从BIM模型导出每面墙体的管线孔洞剖面图，提供二次结构图纸深度。

基于BIM模型，结合设计方案的二维运输路径平面图，动态可视化模拟大型设备的安装、检修路径，发现运输路径中存在的碰撞冲突问题，提前优化运输路径设计方案，从而为后续设备的运输、安装工作提供保障。

基于车站BIM模型，将FAS、ACS、EMCS、气灭（或高压细水雾）、信号、屏蔽门、通信、动照、给排水9个专业的各墙面箱柜（设备）进行整合。结合BIM技术对各专业墙面箱柜（设备）布置进行优化，明确安装方式及安装位置，使其满足车站功能要求、装修原则，达到墙面箱柜（设备）布置美观、整齐。

利用BIM技术实现装修设计的模拟仿真，根据二维装修设计施工图创建BIM模型并做场景模拟，对BIM模型对象赋予材质信息，颜色信息以及光源信息，模拟场景效果，生成效果图，辅助方案沟通并优化装饰方案，提高装修设计效率。

根据17号线工程建设的实际需求，借助BIM模型及相应软件，对工程建设涉及到的重要设计专项方案进行仿真模拟，可视化分析方案的可行性，辅助设计专项方案的推进、落实及优化。

车控室方案布置优化：通过BIM技术将车控室内的各设备，运营物品布置规范，设计单位、运营单位通过模型优化设备、物品的放置位置，满足设备功能要求，之后运营需求。

车站公共艺术方案配合：17号线将青浦区特色文化融入至车站的装修风格中，通过三维可视化效果，对比各设计方案，确定最终公共艺术方案。

车站内导向安装方案优化：为确保17号线车站美观性及安全性，由于高架车站层高过高，从天花顶打吊杆会使悬挂牌不稳定，易摇晃，因此采用综合支架固定安装。为考虑美观性，尽量借用原有管线综合支架为原则。通过原有全专业BIM模型中的综合支吊架，添加连杆或是新增综合支吊架方式，辅助导向安装。

待各机电设备完成招标后，17号线率先开始了设备厂商族模型的深化工作。与设备供应商相互配合，实现设备厂商族模型按照运营养护的最小单元拆分，并添加运维所需的主要技术参数及产品实际材质参数。另外，除厂商族模型外，还整理了一套完整的设备数据信息，如技术规格书、设备说明书、验收文件等资料。将这些数据存放于运维管理平台，实现模型与数据的关联，为运维阶段的基于BIM的运维管理平台奠定数据基础。

3、施工准备阶段

在施工准备阶段，根据动态工程筹划的需求对施工深化BIM模型进行关联完善，内容主要包括：将施工BIM模型与工程任务结构多级分解（WBS）信息、计划进度安排信息建立关联。在此基础上，开展施工三维动态工程筹划，对施工进度进行可视化模拟与对比分析，对具有一定难度或风险的施工工艺进行模拟。

在地铁车站管线综合BIM模型基础上，根据管道位置、尺寸和类型对综合支吊架的放置进行深化设计与优化，可有效排除综合支吊架与各专业的碰撞问题，优化支吊架设计方案，减少施工阶段因设计“错漏碰缺”问题而造成的损失和返工。

此外，在施工深化设计过程中，针对一些具有重要功能的机房，如车控室、环控机房、消防泵房等,依据二维施工图纸，创建机房的各专业BIM模型，并基于该机房BIM模型，对机房的管线、设备布置进行深化设计，进行设备定位、复核预埋件位置等方案，最终实现机房布置合理美观，确保设备安装的操作空间及后期设备的检修、更换操作空间，同时机房深化模型可以用于指导后期施工工作和机房布置方案汇报。

在上海轨道交通17号线高架车站装修设计图纸要求，对外立面设计PC构件，从外面表现效果上相对较为美观。为了辅助设计提供外立面精装效果展示，创建外立面PC构件精细化模型，建立多视点三维效果图，可为最终外立面方案比选、优化等决策提供帮助。同时，为了能够实现PC构件精准、精确安装施工的要求，通过精细化的模型指导PC构件的生产及安装，同时为安装工序及施工影响范围提供有利的参考依据。

4、施工实施阶段

根据上海轨道交通17号线工程BIM应用实施进展情况，对本项目实施过程中施工单位的BIM实施工作提供技术支持，为参与项目建设的施工方技术人员开展施工阶段BIM应用价值点、BIM应用系列标准、施工阶段BIM模型创建、BIM模型应用等方面的培训，并通过BIM模型进行施工现场技术交底。

旨在让对施工单位深刻认识到BIM技术在施工阶段的应用价值，辅助施工技术人员将BIM技术更好的应用于项目的施工进度、安全与质量管理，提升施工管理水平，合理控制施工工期、安全与质量。

在施工阶段，将施工进度计划整合进施工图BIM模型，形成4D施工模型，模拟项目整体施工进度安排，对工程实际施工进度情况与虚拟进度情况进行对比分析，检查与分析施工工序衔接及进度计划合理性，并借助施工管理平台进行项目施工进度管理，切实提供施工管理质量与水平。

上海轨道交通17号线东方绿舟站、朱家角站、徐径北城站外立面采用外挂PC板进行装饰，而安装PC挂板的结构预埋件施工误差较大，PC板形状复杂，构件重量重，施工安装难度大，施工安装完成后对外挂PC板施工质量复核存在困难，亟要引进新技术解决当前存在的问题。

为此，通过3D扫描技术获取东方绿舟站、朱家角站、徐径北城站外挂PC板的点云数据，生成相应的点云模型，与设计阶段BIM模型进行比对，辅助施工单位进行车站外挂PC板施工安装。在施工完成后，复核车站外挂PC板的施工安装质量，固化安装验收完成时的原始状态，为后期车站外挂PC板可能存在的扭曲变形、沉降监测等提供初始值，便于车站外挂PC板的维修保养。

高架车站外立面点云模型与设计BIM

由于17号线采用接触轨方式供电，导致无法在轨行区进行任意走动。为确保乘客安全疏散，以及在日交接班时司机安全行走，成为了竣工交付前需要解决的重要环节。由于BIM模型整合了全专业信息，因此业主、设计人员、运营单位人员通过BIM模型，制定出每段区间、及车站与区间相连接区域的疏散路径，直接使用BIM模型进行现场施工指导。

在项目竣工交付阶段，在施工模型的基础上，对工程竣工模型的竣工信息进行补充完善，生成各专业竣工模型。同时搜集整理各类非结构化的施工过程文件，形成以竣工BIM模型为中心的工程竣工数据库，并与竣工BIM模型实现关联，归档完成后交付至业主单位。

车站机电竣工BIM

5、运维阶段

轨道交通行业基于BIM模型三维漫游，主要以车站和区间的模型漫游为主，可使运营管理人员快速熟悉运营管理对象，准确掌握车站和区间的重要设施设备分布情况以及关键出入口位置，方便管理人员对现场情况的掌握管理。

轨道交通行业基于BIM模型的结构安全管理，主要是以区间的盾构管片结构安全管理为主，基于BIM模型和盾构管片上的传感器获取的监测数据，实现对管片沉降、收敛变形、结构裂缝、结构差异变形、渗漏监测和阈值预警等，并将这些信息与相应的管片进行绑定，从而实现基于BIM的盾构管片结构安全管理，方便现场人员对具体管片病害的了解。

管片收敛变形监测界面图

轨道交通行业涉及的设施设备专业种类繁多，数据量大，包括：供电、照明、给排水、通风、通信、消防、视频监控、乘客广播系统、屏蔽门等，将这些设备的动态运行信息与BIM模型构件进行关联，实现对轨道交通行业设备的运行管理和数据统计分析，方便现场人员对设备运行状态的管理。

车站新风系统运行状态图

轨道交通车站的运营管理主要以地铁车站的客服、乘务和质安等的工作调度管理为主，基于BIM技术，结合室内定位、移动互联技术，实现基于BIM的车站运营管理，方便车站运营管理人员准确掌握现场情况实现车站运营管理业务服务的高效管理。

站内运营管理人员定位示意图

基于二维码标签和BIM技术，将BIM模型和现实实物用二维码标签连接起来，实现基于BIM的轨道交通资产管理，方便轨道交通的运营管理人员迅速掌握资产的具体空间位置，而不仅仅只是传统资产表中某一项枯燥数据。

轨道交通行业在运营过程中，除站内的具体对乘客的运营事务管理外，还有一大部分设备的巡检、养护、维修工作，需要设备巡检人员能够主动、及时发现稳态，排除潜在的隐患，以提高整个项目的运营管理水平。

基于BIM、移动互联技术和二维码标签实现轨道交通行业的维保管理，能够使现场工作人员在设备故障时能够迅速基于移动端查询设备的相关文档信息进行现场故障排除，提高设备在故障时的应急响应能力。

轨道交通行业的预案管理主要以预案编制、预案演练和应急处置管理功能为主。基于BIM技术的预案管理，能够基于BIM模型和现场的实时情况，及时定位事故发生地点，提供可视化的事故信息与应急资源信息，规划车站人员应急疏散路线，监控相关机电系统的处置动作，掌握轨道交通项目应急时的全局状态，为现场和远程应急指挥提供决策依据，及时更新善后处理信息。

将轨道交通行业各专业的传感器、探测器以及仪表获取的能耗数据，依据BIM模型按照区域和专业进行统计分析，使得管理人员能够更直观的发现能耗数据异常的区域，并针对性的对异常区域进行检查，发现可能的事故隐患或者调节设备的运行参数，以达到排除故障、降低能耗维持轨道交通项目业务正常运行的目的。

6、协同管理平台

基于国际主流基础协同平台，开发建设期项目协同管理平台，实现模型及文档管理、权限管理、标准化BIM应用流程管理等主要功能。并配置5本BIM应用标准，整合设施设备构件库，确保项目数据的统一及集中管理，实现广域网的异地协同工作模式。

项目协同管理平台以项目数据源的唯一性管理为核心，以申通地铁集团已有企业标准中的9条BIM应用流程为主线，逐步加强项目建设过程中BIM应用的规范化、制度化建设。

BIM应用流程对轨道交通项目规划、设计、施工阶段的BIM应用内容、各参与方职责、交付成果做了明确的规定，以标准化的工作流程保证各阶段BIM技术的应用实施，旨在提高申通地铁集团BIM技术的综合应用能力。以下是标准BIM应用流程（以大型设备运输路径检查为例）

目前，平台的应用聚焦在项目设计阶段，应用的单位包括5家BIM咨询单位、3家设计单位以及项目公司等。由于平台搭建完成时间晚于项目进展，定制的9条应用流程中属于初步设计阶段前的应用流程，借助应用流程将已经开展的BIM应用点涉及的项目资料，包括BIM模型、设计图纸、设计说明、相关报告等，都进行了有序的归档。

17号线项目成员包括项目公司、BIM总体单位、总体设计单位、分项设计单位、BIM咨询单位，共计8家单位，完成归档的各种数据资料超过10.81G。

得益于上线之前详尽的调研、周全的部署、配套的培训以及使用手册的编制，平台能够比较顺畅的上线使用。总结平台应用后的几大优势：

项目协同管理平台的上线使用，实现协同作业管理、设计模型及文档管理、权限管理等功能，固化BIM应用标准体系以确保标准落地，整合设施设备构件库以确保数据统一，集中管理项目数据源以确保数据源唯一，支撑并规范建设期的提资、设计、校审、发布等业务流程，加强各参与方的协同作业，提高轨道交通建设项目管理质量和效率。

1、BIM投入

本项目BIM咨询的总费用为1318.9928万元，其中设计阶段费用为1055.1942万元，施工阶段费用为263.7986万元，为17号线站点、区间、车辆基地等建模及基本应用的费用。不包括预制构件全生命期信息管理系统开发费用134万元，项目协同管理平台费用91.1万元，以及车站运维管理平台费用1000万元。

2、BIM产出

17号线各车站三维管综设计共解决碰撞问题约 4000 个，节约成本约467万元。管综图纸、二次结构预留孔洞图纸共导出约1300 张图纸，提高设计质量。

机电深化设计，解决问题 2735 个，节约成本约294万元。

目前平台尚未完全投入使用，现在17号的轨道交通车站智能运维管理平台中已涵盖了沿线13个车站各专业的BIM模型和沿线的区间模型，包括：土建、结构、机电等专业模型，收集设备BIM族2559个，机电专业涵盖：环控、供电、给排水、通信、AFC、屏蔽门、电扶梯、风水电、信号、FAS、EMCS、ACS、SIOS、CIOS、主变、牵降变等。此外，结合BIM模型以及现场巡检业务实现流程300余项现场巡检流程。

在本项目中通过协同管理平台有效实现跨组织的文件和流程管理，促进项目设计管理水平，减少沟通成本。在设计阶段，通过项目协同管理平台有效提高设计沟通效率，有效控制设计进度。

3、综合效益

BIM技术在本项目设计、施工、运维全生命期中的应用，可以创建三维可视化的BIM模型，并通过协同管理平台有效实现跨组织的文件和流程管理，促进项目设计管理水平；在施工阶段，充分发挥BIM模型的三维可视化、可模拟特点，切实提高项目施工管理水平。基于BIM竣工模型，开发运维管理BIM平台，实现基于BIM的数字化和智能化地铁运维管理，有效提高运维管理水平。

在设计阶段，基于多专业整合的BIM模型，通过冲突检测及三维管线综合、设计方案比选、竖向净空优化、虚拟仿真漫游等多项应用点的开展，优化设计方案，减少错漏碰缺，避免返工误工，提高设计质量；在施工阶段，通过施工方案模拟、三维扫描等多项应用点的开展，优化施工方案，确保现场施工质量。

在设计阶段，通过设计方案优化、错漏碰缺检查、工程量复核等多项应用的开展，提高设计质量，有效控制成本，在施工阶段，通过施工方案优化、进度控制，减少施工浪费，缩减工期，在建设期产生巨大的经济效益。

同时在项目竣工交付阶段，通过BIM竣工模型创建，确保建设期信息有效传递至运维阶段，为后续地铁运营养护管理部门提供数据基础；通过运维管理平台开发和运行，在中长期的地铁运营养护中将产生巨大的经济效益。

在设计阶段，通过项目协同管理平台有效提高设计沟通效率，有效控制设计进度；在施工阶段，通过施工进度模拟和优化、虚拟进度与实际进度比对、施工管理BIM平台等多项应用的开展，将有效节省工期，促进施工进度管理水平。

在17号线的BIM应用过程中，对全线车站、区间、车辆段等构筑物的全专业建模，以及常规应用点（例如管线搬迁与道路翻交模拟、场地现状仿真、工程量复核、施工筹划模拟等）的应用，是对企业BIM标准体系的检验和提高，不仅检验了标准的合理性和可实施性，又通过应用进一步完善和修正了标准的内容。

同时，17号线的BIM应用过程中，也创新了许多新的BIM应用方向，例如多专业整合与优化、设备厂商族库、高架车站外立面PC构件安装施工模拟、PC外立面三维扫描等。这些创造性的BIM应用，已经在17号线上取得较好的应用效果，通过总结归纳，将会在后续的新建线路上继续探索，直至全面应用。

17号线BIM应用过程中，开发了协同管理平台，预制构件信息管理系统，运维管理平台等基于BIM的项目管理平台工具。这些平台工具能极大的提高项目的信息化水平，降级信息丢失和协调难度。因此，在后续新建线路上，这些平台工具将进一步的开发与应用，使地铁建设信息化真正落地。