城市軌道交通項目建筑信息模型(BIM)應用研究

王 鑫 張寶杰

(中國海洋大學 山東 青島 266000)

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城市軌道交通項目建筑信息模型(BIM)應用研究

王 鑫 張寶杰

(中國海洋大學 山東 青島 266000)

近年我國已進入城市軌道交通的快速發展期，建筑信息模型(BIM)作為建筑業的全新技術，也逐漸被應用于軌道交通工程的設計中。本文介紹BIM在城市軌道交通項目不同階段的應用情況并突出了其在施工階段的應用優勢。BIM技術的發展不僅為城市軌道交通項目管理工作提供新型信息化手段，更重要的是為城市軌道交通項目管理創新創造了新機遇。

城市軌道交通；建筑信息模型；項目管理

引言

建筑信息模型，是以三維數字技術為基礎，集成建筑工程項目各相關信息的工程數據模型，是對工程項目相關信息詳盡的數字化表達。BIM倡導一種全新的理念，它的應用從工程規劃、設計，到施工、維護各個方面，對于實現工程全生命期管理、提高軌道交通行業科學技術水平、促進軌道交通設計全面信息化和現代化，具有重要應用價值。

一、城市軌道交通應用BIM必要性

(一)BIM技術特點。軌道交通項目與一般市政建設項目相比，具有點多、線長、面廣、規模大、投資高、建設周期長的特點，且機電系統復雜、設備繁多、社會責任大，對建設和運營提出了更高的要求[1]。

目前，軌道交通行業設計多采用傳統二維圖紙，表達方式抽象，只有經過專業訓練并有實踐經驗的人才能正確完整地理解，對后期運維提出較高要求。同時，二維圖紙難以對建筑物的所有內容及關系進行完整表達，圖紙及各專業間缺少剛性系統的傳承聯系，只能依賴設計師人工溝通協調，在設計變更、調整較頻繁的軌道交通設計中更易出現錯漏，造成建設投資損失及運維信息不準確。

BIM技術相對于傳統二維圖紙，所能表達的信息豐富、資料查閱效率高、及時準確，能滿足軌道交通出現緊急情況時的處置要求，因而能對軌道交通項目運營管理起到助力作用[2]。

(二)BIM技術的價值。BIM的可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性特點給項目的各參與方帶來了不同的價值，現階段對于BIM運用的價值可歸納為以下5點[3]：(1)基于BIM模型的可視化決策；(2)基于BIM模型與其他相關方的可視化交互；(3)通過BIM模型提高軌道交通的設計質量；(4)通過BIM模型初步實現施工過程管理；(5)通過BIM模型實現車站設備運維管理。

二、BIM在城市軌道交通項目不同階段的應用探討

(一)前期規劃階段。在城市軌道交通前期，需要經歷從機會研究到可行性研究的逐步細化的論證過程，這個過程是建立在大量翔實可靠的資料分析基礎上的，其中包含城市經濟與社會方面的資料，還有自然條件、環境資料、交通與出行需求等。

規劃階段通常是利用BIM的思想，構造一個包含基本數據和附屬數據城市交通三維模型。基本數據是對模型本身特征及屬性的描述，是模型元素本身所固有的；而附屬數據包括與模型元素直接或間接相關聯的、模型本身特性之外的各方面信息和資料。

由于模型元素都是參數化和可運算的，因此可以基于模型信息進行分析和計算，并采用層次分析和模糊決策等方法來進行線網評價和方案的優選。

(二)設計階段。設計階段是BIM技術應用最多、最成熟的階段，設計單位在完成最初設計方案后即進入工程實體設計階段，可參照房屋建筑的BIM進行設計，即將城市軌道交通的各個系統進行分解，而各個系統又是由該系統內的各部分構件組成的，如車輛工程系統中的車輛就由車體、轉向架、牽引緩沖裝置、制動裝置、受流裝置和車輛內部設備等構件組成，它們在BIM中既是信息的載體又是信息的表達，同時是設計人員進行設計的對象。

由于BIM中的所有構件都是基于一定邏輯關系而生成的，因此在某一個構件上所作的修改都將引起所有與之有邏輯關系的信息的智能協同修改，這將大大減少設計人員的重復勞動,降低成本和錯誤率。BIM還允許對項目進行深度開發，支持多人協同工作，保證信息的實時更新，這也在很大程度上提高了工作效率。

(三)施工階段。施工階段應用BIM創建包含建筑物所有信息的虛擬模型，將3D建筑模型和時間、成本結合起來，進行直觀的5D施工管理。該種管理方式可以自動將建筑模型和工程進度鏈接起來，使進度管理得到更有效地分析和交流；同時，可以將預算過程中創建的信息分解到生產中，生成預定的采購計劃和費用列表，用于相應的財務分析。

在5D施工管理系統中，設計、成本、進度三部分是相互關聯的，任一部分的變化都會自動反映到另兩部分。這將大大縮短評估和預算的時間，顯著提高預算的準確性；更重要的是，可以大大增強項目施工的可預見性，在項目設計和施工的初期及早發現問題；通過3D模型，設計、預算、進度可以同步獲得；而且，在施工的任意階段，都可以通過與3D模型的關聯，保持最新的、準確的造價計算。

(四)運營階段。在城市軌道交通項目的運營階段可以基于BIM及時提供有關列車運行記錄、維修記錄、財務狀況等集成信息。通過對這些參數化信息的分析可以實時進行運營成本分析；根據實際的客流數據可以進行行車計劃調整等；BIM可以以一個集成系統的形態給運營企業提供全方位的決策支持，甚至為將來新建項目提供一個知識積累和管理的平臺。

三、BIM在城市軌道交通施工過程中的應用優勢

(一)模擬優化。BIM的應用使得軌道交通項目的設計由二維向三維動態可視化轉變，設計人員通過定義構件、參數化調整使模型滿足預期的尺寸，同時可以生成各專業的圖紙，自動更新項目使用的數據庫，并保持圖紙的動態聯動，使所有信息協調一致。該類工程施工時往往條件復雜，預知因素和事故發生概率以及造成的人員財產損失相對普通建筑工程較大，針對這一弊端,設計人員可以利用BIM軟件進行空氣流動分析、能耗分析、人流疏散和消防預警模擬演練等，在設計時預先模擬真實施工狀況，及時發現設計缺陷和不足，并進行不斷的方案調整與優化。

(二)碰撞檢查。在建好工程模型后，利用BIM軟件可以自動檢測碰撞點的位置和數量，及時反映各專業管線、土建和機電安裝之間的空間分布狀況，獲取設計階段不易發覺的設計漏洞和缺陷，對存在碰撞的交叉點和不合理設計進行修改和調整，避免產生返工和工期延誤等問題。

(三)協調管理。在策劃和設計階段，即采用BIM作為信息共享平臺，設計人員在同一個模型里協同設計，利用BIM模型的4D關聯數據庫，快速、準確獲得過程中工程基礎數據拆分實物量，這樣做不僅可以提高溝通效率，還可以保證信息的真實和有效性，使各專業設計工具很好地對接；也可以隨時為采購計劃的制定提供及時、準確的數據支撐，為現場管理情況提供審核基礎。

(四)成本控制。利用BIM技術具有參數化的特點，通過對BIM模型中各構件信息的管理，例如尺寸、材質等，將各類相關聯的信息存儲在BIM模型中，并對構件按照招標清單進行分類，即可實現對構件的工程量計算。

四、結語

城市軌道交通項目施工環境復雜，很多施工地點在人流、車輛密集的市區，可利用空間有限，加上其工期長、施工難度大、技術要求高、受環境制約大、不可預見因素多，導致施工過程中安全問題頻發。BIM的應用，可以對施工各環節的時間、空間信息進行集成管理，最大程度避免施工中的安全隱患。對于BIM應用的探討，將促使其在城市軌道交通建設中發揮更有價值的作用，同時完善城市軌道交通施工安全管理系統。

[1]祝嘉.在城市軌道交通建設項目中應用BIM技術的設想[J].建筑經濟,2008(S2):7.

[2]陳丹.基于虛擬建設的城市軌道交通建設管理模式研究[D].武漢:華中科技大學,2011.

[3]毛保華等.城市軌道交通[M].北京:科學出版社,2001.

王鑫(1992-)，女，漢族，山東平度人，碩士研究生，中國海洋大學，城市防災；張寶杰(1993-)，男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，中國海洋大學，橋梁與隧道工程。