軌道交通運營期BIM 技術應用優勢及實例

陳詩，盧哲穎，徐震,2

（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司；2.浙江省工程數字化技術研究中心，浙江 杭州 311122）

當前，國內軌道交通工程BIM 技術階段性應用主要以設計與施工階段應用為主，少數企業開展了規劃階段和運維階段的BIM 技術應用。在軌道交通工程運營管理過程中，涉及人員管理、設備設施管理、客運組織管理、行車組織管理、演練管理、培訓管理、應急事件處置等多個方面，以往采用規則列表、文字描述、數字列表等管理方式無法滿足當前日益復雜的管理需要。通過應用BIM 技術，可以直觀、清晰地對接運營管理相關業務環節，輔助開展運營管理活動，有利于提高運營管理水平和服務質量。

1 BIM 技術原理及運營期應用場景

BIM（Building Information Modeling）技術主要通過三維數字化模型，將設計、施工、運維各個階段的信息進行集成整合，以便高效傳遞和共享，為項目各參與方的決策者、管理者與執行者提供全面、立體、可靠、可視的信息服務。BIM技術在軌道交通運營階段的應用場景主要包括應急管理、虛擬巡檢、資產管理、物資管理、人員管理、客運組織、培訓管理、專業設備維護、自動工單管理等。

2 軌道交通運營期BIM 技術應用優勢

2.1 協調性

為適應軌道交通蓬勃發展，軌道交通運營管理機構的組織架構日趨專業化與復雜化，各專業部門分工與職責處于相對獨立狀態，部門之間的日常溝通協作也大多通過傳統通訊工具以圖片、文字等方式進行。傳統協作方式存在不可避免的信息損失，也不利于信息存檔，常導致理解與實際情況偏差并大幅降低工作效率。而基于BIM 技術的運營管理基于統一的數字信息載體，具備信息全面、集成、共享的特點，可以降低部門之間、部門人員之間信息傳遞偏差，提高全員工作協調性，保障運營管理與業務執行的效率。

2.2 可視化

可視化是基于BIM 技術的軌道交通運營管理的基本特點，基礎三維信息模型搭配多種模型交互操作方式，如剖切、漫游等，可以為管理者提供更為全面清晰的全局視野，從而對決策提供有效支持。特別是應對險情時，雖然軌道交通行業前期均會設置應急處置方案，但是，各類常規方案的可行性無法進行直觀分析驗證。而利用BIM 技術的可視化特點，可以對設備故障點位、影響范圍、方案應用情況進行直觀展示和即時分析，從而提升運營期應急處置方案的適用性與可操作性。

2.3 模擬性

城市軌道交通行業對運營安全性具有極高的要求，以往運營安全相關的管理方法大多限制在資料學習、經驗積累、“手把手、傳幫帶”的層面。而基于BIM 技術的運營安全管理可以利用已知歷史數據或實時獲取的動靜態信息全面分析軌道交通的相關設備類型和影響范圍。對不同類別的重大故障或應急事件進行多維度場景化的模擬，能夠快速提高軌道交通運營保障人員的對險情的認知，縮短相應的應急響應的速度與處置時間。

2.4 優化性

基于BIM 技術的軌道交通運營管理，可以對現有管理流程與體系進行優化。針對突發應急事件，基于BIM 技術的軌道交通運營管理可以通過與其他系統設備設施接口，促使各相關專業協同響應，提高現場處理效率和處置水平。而在運營管理內部培訓管理過程中，通過BIM 技術，可以利用虛擬現實代替傳統文本，將距離和時間影響降至最低，省時省力。

3 軌道交通運營期BIM 技術應用案例

3.1 概況

某地軌道交通網絡運營指揮調度大樓項目位于A 地軌道交通6 號線停車場東南角地塊，南邊寬約86m，東西長約186m，短邊寬約55m，基地面積為13806m2，項目面積約為55623m2，其中地上部分總建筑面積為38695m2，地下部分為兩層11m 島式站臺，共設四個出入口及兩組風亭。該項目采用“1+6+20”定位模式，包含一個網絡運營協調與應急指揮、六個子中心及二十條軌道交通線路，具備運營協調、集中調度、整體監控、輔助決策、應急指揮等功能。由于該軌道交通網絡運營指揮調度中心不僅布設了常規給排水、暖通、消防等機電系統，還配置了火災自動報警系統、智能化集成系統、建筑設備監控系統、通信系統、綜合布線系統、廣播電視會議與信息查詢發布系統、信息資源網接入系統等若干個系統，機電專業門類多，復雜程度較高，擬通過BIM 模型承載運營階段靜態信息，并整合運營期間動態信息進行高效傳遞，解決運營期間若干難點及風險。

3.2 應用過程

（1）結構BIM 模型創建。通過工程圖紙創建BIM 模型并進行格式轉換后導入至專業消防模擬軟件，完成軌道交通BIM 運營管理模型構建。創建詳細過程為：將軌道交通站點竣工圖紙DWG 文件導入BIM 建模軟件后，構建軸網、標高。同時，結合施工設計圖紙信息，將結構柱、剪力墻、梁板、洞口及相關構件的分層繪制，隨后進行復雜度較高的異形梁、異形柱、樓梯等結構繪制，并利用豎井命令預留關鍵孔及關鍵洞。在此基礎上，利用參數化設備設施管理器，進行排風設備、防火門等基礎設施及出入口、風亭等附屬結構繪制，獲得精確完整的軌道交通工程結構信息模型。

（2）建筑BIM 模型創建。在結構BIM 模型構建完畢后，新建一個建筑樣板并進行軸網、標高設置，將結構模型逐一關聯并在其標高、軸網上進行建筑墻、建筑板及相關構件設置，如在建筑墻柱表面進行天花板、裝飾等構件建立。同時，利用幕墻命令創建屏蔽門和各種指示標志。隨后，調用元器件庫逐一建立閘機、電梯、安檢設備、站臺公共區域滅火器、設備間消防栓等設備設施。在這個基礎上，利用剖切、漫游等模型交互工具，核查每個元器件構件的空間信息和屬性信息，確保獲得精確完整的軌道交通工程建筑信息模型。

（3）進行基于BIM 技術的運營場景模擬仿真。以BIM 的運營安全管理為例，通常包括應急事件管理、性能化分析等幾個部分。其中，在應急事件管理過程中，根據應急事件類別，設置不同的數值。以火災應急場景為例，基于建筑布局及通風模式、防排煙模式、屏蔽門開啟方式對火災應急事件發生時延期擴散效果產生影響，為確定火災發生時軌道交通內部防排煙系統具有足量的排煙排熱功效，可以依據前期BIM 建模軟件構建的建筑信息模型，并通過專業仿真軟件（如消防模擬軟件Pyrosim），將數字模型轉化為軌道交通火災模擬模型，研究軌道交通火災事故發生時不同火源位置下、屏蔽門開啟方式、通風模式對煙氣控制效果，進而確定軌道交通設備損害最小、人員安全逃生概率最大、恢復運行最快及安全疏散時間最短的方案。借鑒國內外相關資料可知，軌道交通發生火災事故時多數乘客是被因中毒、煙氣熏倒、窒息而導致的受傷或死亡，因此，運營管理者可以利用BIM 技術重點對軌道交通火災煙氣蔓延規律進行模擬，即設置站臺主風機排煙、自然排風、站臺主風機及隧道輔助風機組合排煙三種模式，分析屏蔽門打開一側、全部打開、全部關閉下一氧化碳濃度、站臺溫度場、站臺速度場及其對煙氣的控制效果。在性能化分析方面，運營管理者可以設置相關數值，逐一模擬“采用工位送風及頂峰旋流風口對人員所在區域送風”“僅采用工位送風對整體調度大廳送風”等多種方案，選擇大廳熱環境調度最優方案并下達送風決策指令。

此外，還可以將BIM 技術應用至軌道交通資產管理、設備維修管理、客運組織管理等日常運營管理場景。

4 結語

綜上所述，在城市軌道交通運營過程中，由于管理者對復雜運營環境認知的不準確、對必要數據信息的掌握不全面、對復雜的管理業務沒有應用相關的技術手段，導致存在諸多運營管理上的難點和痛點。基于BIM 技術的軌道交通運營管理，充分體現BIM 技術的各項優勢，順應了當下信息數字技術發展促進管理提升的趨勢，有效帶動了傳統軌道交通運營管理業務的提質、增效、降本，將助力軌道交通行業向實現數字化、智慧化轉型邁進。