淺析BIM技術在城市軌道交通中的應用

梁 莉 張望成

（1.重慶建筑工程職業學院，重慶 400072；2.中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

1 國內城市軌道交通發展現狀

隨著我國經濟快速發展和城市化進程加快，城市交通擁堵已成為一種普遍現象，城市軌道交通大運量、快捷、環保，已成為目前緩解擁堵解決城鎮居民出行難的主要手段之一。作為我國新型城鎮化道路的重要戰略舉措，城市軌道交通建設是我國未來城市交通發展的主要趨勢。

我國城市軌道交通建設起步較晚，受技術水平和經濟條件的限制，處于一種較為緩慢發展的狀態。1969年，北京建成第一條地鐵；1969年～2000年間，也僅有北京、廣州、上海建成有城市軌道交通。二十一世紀以來，城市軌道交通建設開始進入大發展時期，特別是在“十一五”和“十二五”期間，我國的城市軌道交通保持著加速發展的態勢，軌道交通建造技術和運營水平也同時得以大幅度提升。截至2017年12月31日，中國內地累計有34個城市建成投運城軌線路5021.7公里。“十三五”期間，我國城市軌道交通規劃線路里程超過7000km，城市軌道交通即將迎來大發展階段，這對軌道交通建造技術和運營水平提出了更高要求。

2 BIM技術簡介

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是在計算機輔助設計(CAD)等技術基礎上發展起來的多維建筑模型信息集成管理技術，是傳統的二維設計建造方式向三維數字化設計建造方式轉變的革命性技術。簡單說，建筑信息模型也就是數碼化的建筑三維幾何模型，建筑工程項目的各種相關信息都被集成在這個模型中。

早在1975年，美國人Chuck Eastman就提出BIM原始概念，但直到2002年，才由美國歐特克公司（Autodesk）開發出相關BIM實作方法，BIM的理念也進一步拓展，之后BIM理論與技術在建筑業內被廣泛討論和推崇。我國的BIM技術起步較晚，近兩年在政府及相關行業、企業的積極努力和主動參與下，BIM技術在建筑領域得到了一定的學習、推廣和應用。BIM技術可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等五大優點，大大提高了建筑工程的集成化程度。

3 BIM技術在軌道交通中的應用分析

BIM技術的學習和應用在建筑領域進行的熱火朝天，但在城市軌道交通方面的應用尚處于起步階段。從BIM技術目前在國內的發展情況來看，未來它還可以在軌道交通的規劃與設計、施工、運營維護等全生命周期的各個階段中得到大量運用。

3.1 城市軌道交通的規劃

軌道交通的規劃直接影響城市的基本布局和功能定位，對城市發展有極強的引導作用。利用BIM技術的可視化、模擬性可在其規劃階段方便地構造出三維立體模型，這個三維模型可以包含一些固有特性，比如工程地質和水文地質條件、路橋情況、水文氣象資料、管線地形、特殊建構筑物等。還可以包含一些自然科學、人文經濟等其它方面的信息或資料，比如城市分區、人口密度、人口組成、交通需求、公交網絡分布等。軌道線網的日客運量、日換乘量、平均運距的計算分析均可基于集成有多類型信息的三維模型得以實現。通過對三維模型信息不斷地分析和調整，對軌道交通線路設置和車站出入口的布置，以及地下空間的開發規模都具有重要意義。

3.2 城市軌道交通的設計

3.2.1 協同設計

一般民用建筑設計包含建筑、結構、水暖、電氣等專業種類，軌道交通設計中涉及的專業種類除了一般民用建筑設計常見的這幾種專業種類外，還涉及更為繁雜的專業種類，比如軌道、車輛、通信、機電等。因此，軌道交通設計對各專業之間的協同性要求也更高。實際設計過程中由于各專業之間溝通協調不力，各專業之間圖紙出現矛盾，導致多次返工的現象時有發生。“協同設計”是BIM技術的一個重要理念，通過公共協同平臺，建筑、結構、給排水、軌道、車輛、通信、設備等各個專業都能在這個平臺下建立自己專業的BIM模型。各專業新創建或修改的BIM模型信息都能與公共協同平臺下的建筑信息模型（BIM模型）進行同步和更新，各專業也能很方便地查詢其它專業所屬構件的基本信息，大大提高了設計效率。

3.2.2 可視化設計

軌道交通工程設計一般要經過總體設計、初步設計和施工圖設計三個階段。運用BIM技術在總體設計和初步設計階段能夠建成一個三維實體模型，這個三維實體模型可以直觀展示其設計效果，并直觀反映設計的變化程度。同時針對這個三維實體模型能夠同時開發和研究多個備選方案。這就使得業主和設計單位能夠整體把握車站及線路開發的范圍、造型等。

3.2.3 優化設計

軌道交通工程設計是一個不斷修改不斷優化的過程。傳統設計過程中一旦發現設計錯誤或有設計變更時，只有對圖中的錯誤進行手工修改，各專業信息不匹配的情況時有發生，如果該錯誤信息在施工圖階段才發現，無疑會增加設計成本、施工成本和時間成本。通過BIM設計，因為各構圖原件均是基于一定的邏輯條件生產的，因此任何專業在任何部位做的任何設計修改都會對應地關聯到模型相關的全部子項并自動更新，這樣就可以大大提高設計的工作效率。

3.2.4 自動碰撞檢測

如前所述，城市軌道交通設計中涉及的專業眾多，其中管線的綜合布置是一項較為頭疼的工作。在傳統的建設過程中，管線“碰撞錯誤”時有發生，而這些錯誤在打印出來的黑白線條紙上往往是難以發現的；此外，管線與設備、結構洞口等的高程沖突在剖面上也難以全面反映。如果這些“碰撞錯誤”在施工階段才發現，設計和施工返工的概率就非常大，從而造成不必要的浪費。BIM技術“自動碰撞檢測”可以避免人工圖紙上難以發現的碰撞點，從而實現“零碰撞”。

3.3 城市軌道交通的施工

由于城市軌道交通線路和車站大部分都位于城區，人流量車流量大，周邊建筑物較多，再加上軌道交通建設項目施工工期都比較長，施工期間不可避免的在多處設置施工圍擋，這就加劇了城市交通的擁堵，對城市居民日常生活影響較大；此外，軌道交通線路地下情況通常較為復雜，施工難度大，因此合理的施工組織顯得尤為重要，如何在施工進度、施工質量、施工安全、施工成本等方面找到平衡點是參建各方需要共同關注的關鍵問題。

橫道圖或網絡圖是傳統的施工進度計劃表示方法，這兩種方法均不能表達構件的空間信息。BIM技術利用真實尺寸的3D施工方法模擬與交互式的施工形象進度展示有機結合成4D的BIM模型。結合4D模型和進度計劃對施工的全過程進行動態模擬，找出問題所在，對料場布置、設備出入路線、人材機入場時機等進行優化，該4D模型還可以對施工資源進行動態管理，自動計算各個時間節點的工程量，并將施工方案中的人、材、機等資源需用量與工程量進行關聯，方便項目管理人員在施工過程中隨時了解資源使用情況，進行合理的人、材、機等資源的調配。同時，該4D模型還有助于正確顯示各類復雜的施工信息，以指導施工安全。

比如深圳地鐵7號線是深圳主要居住區與就業區的局域線，線路貫穿羅湖等三個行政區，擬設28座車站。7號線多處下穿建筑物、河流和湖泊等高難地域，工程實施難度大、風險大。為了確保站后工程有序推進，水電八局率先將BIM技術運用到施工中，利用動畫模型和立體可視化設備對施工現場進行預判并對工人進行模擬教育，最大化降低施工風險，保證工程零傷亡。

3.4 城市軌道交通的運營維護

目前，軌道交通行業設計、建設、運營的分離現狀及采用傳統二維設計帶來的信息量限制與建設過程信息的缺失，給軌道交通項目建成后的運營維護管理帶來了巨大的挑戰。在軌道交通運營維護方面，結合設施設備的維護和保養需求，基于前期的BIM信息模型進行系統的二次開發，關聯軌道交通模型和資產管理信息，以及與現有管理系統的數據接口，以建立BIM軌道交通設施資產管理及運營維護管理系統。在該系統中可以查詢產品狀態、圖紙信息、維養信息等，還可以實現各類資產設備的三維可視化搜索定位、信息即時查詢，實現智能化的資產管理。另外，還可以通過建立設施設備維護記錄卡，輸入現場照片、語音、視頻等信息，輸入各專業流程中設備的維護需求，及時發送維護指令，實現對運營設備維護的自動化、可視化管理。

比如無錫地鐵利用BIM技術建設了無錫地鐵智慧運營系統，該系統可以有效消除管理盲區。遇到地鐵突發事件時，BIM智慧運營系統可有效統籌一體化實施預防、警報和處理。

4 結語

城市軌道交通項目建設規模大、周期長、投資高，涉及的機電設備種類較為繁多，運營系統相對公路交通而言更為復雜并存在較高的運營風險，作為一種快速的大運量交通方式，受公眾關注度高，這些都對軌道交通項目的規劃、設計、施工和運營提出了更高要求。BIM技術在城市軌道交通的應用方面尚處在起步、探索階段，而這些探索也主要集中在站房以及地鐵車站中的應用，在橋隧設計和施工方面的應用較少。部分設計院在橋隧設計和施工方面進行了一些探索，但這些探索大部分是以某個點前后延伸幾百米做實驗性嘗試，在軌道交通一整條線上的整體應用基本沒有。另外，城市軌道交通行業目前尚未形成業內統一的BIM應用標準。針對這一情況，國家住建部已經委托一些部門進行了城市軌道交通行業BIM應用標準制訂的課題研究工作。因此，政府和行業應加快對BIM應用標準的制定和推廣，促進BIM技術在橋隧和運營維護方面的發展，提升BIM技術在軌道交通行業的整體運用。相信隨著城市軌道交通行業的快速發展，BIM技術必將運用到越來越多的城市軌道交通項目中去。

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[ 2 ] 中國城市軌道交通協會官網. http://www.camet.org.cn/xhyw/.

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