基于BIM技術的城市軌道交通數字化管理平臺應用研究

■張佳麗

（太原軌道交通集團有限公司，山西 太原 030002）

城市軌道交通項目建設線路長、時間跨度大、工期緊、沿線外部接口繁多、地下及地上作業環境復雜、施工空間小，專業交叉復雜、參與方眾多，被認為是高風險的系統工程，所以對各專業間的協同作業、信息共享有著很高的要求。傳統管理模式下，各個階段相互獨立，流程割裂，各專業信息傳遞不暢，交付信息不匹配，缺乏從全生命周期角度對項目總體目標進行把控，極易造成建設目標與運營目標脫節。

作為一項強調對工程項目全生命周期相關信息進行參數化表達及集成化管理的里程碑技術，建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術已被廣泛視為解決上述問題的關鍵。基于BIM技術的城市軌道交通集成化管理模式，通過搭建平臺將信息的創建、共享和管理集成在一個系統里，使工程建設的信息在各個環節和組織之間能夠共享，各階段表達的信息能夠準確得傳遞到下游，多專業的、自動化的信息集成能夠支持對工程進行可持續化設計、分析、優化和模擬。從沒有實質聯系的數據孤島到能夠彼此相關聯的、有價值的數據,進一步理解，BIM技術提供了一種整合的信息基礎，數字化管理平臺提供集成合作的方式，各組織之間是協同合作，以提高項目管理的效率和質量，實現價值最大化[1]。

一、項目概況

本項目以太原軌道交通2 號線一期項目作為案例。2 號線一期工程線路全長23.647 km，車站23 座，全部為地下站，其中換乘站7 座，平均站間距1.028 km，已于2020 年12 月26 日正式開通運營。本項目采用PPP 模式，運營公司介入較晚，不具備EPC 總承包模式的優勢。整個項目參與的設計方超過14 家、施工方超過15 家、監理單位超過11 家，設備廠商及技術管理人員眾多，涉及眾多專業和系統。全過程采用基于BIM技術的以運營為導向的全生命周期集成化管理模式。

二、建設目標

彌補傳統城市軌道交通項目管理模式下組織結構不靈活、協調難度大等不足，改善各參與方的組織方式和工作流程，從本質上優化建設工程項目全生命周期過程中的各種冗余和非增值的活動，減少人力成本和時間成本。

完成建設項目全生命周期信息的收集、儲存、傳輸、加工、更新和維護，獲取及時、準確、完整的有效信息，實現資源整合與共享，輔助業務開展和科學管控。

借助直觀可視化效果和參數化動態模擬功能快速掌握各系統運行情況、歷史維護情況等運營期所需信息，實現空間定位、信息查詢、三維監控、巡檢維修、應急事件處置等功能，輔助運營及維護管理人員進行科學決策。

三、建設理念

信息集成管理是智慧城軌全過程集成管理的基礎，基于BIM的數字化平臺搭建是集成管理的核心，數字化管理平臺實現了線上協同辦公，改變了現有的分階段管理方式，其理念和實施模式是對現有城市軌道交通建設流程的再造。城市軌道交通參與專業多達30 個以上，專業間數據銜接工作繁重，急需統一的數據管理集成平臺進行數據交換與對接。

建設數字化集成管理平臺從協同及數據共享與交換的角度出發，重點解決建設過程中各專業各自為政的現狀。通過建設一個兼容多種數據格式的數據平臺，將各專業設計數據集成于同一數字模型，實時協同、可視化設計，實現不同專業設計的數據互聯互通、成果三維可視、信息溝通準確順暢。通過標準化及模塊化的設定，結合大數據分析、人工智能技術探索計算機輔助進行設計符合性審查[2]。

通過搭建數字化交付平臺和運營管理平臺實現信息集成管理。通過建立數字化竣工交付管理平臺，設置平臺ID 權限及管理體系，推動項目建設階段的設計成果現場實施，運營需求同步推進，在平臺中模型建設（虛擬世界）與實體工程（現實世界）信息無邊界交互，實現了隨點隨看的數字化信息查詢功能，提升了資料信息查詢的效率，發揮了信息集成成果的最大價值。

四、平臺應用案例

太原市軌道交通2 號線BIM技術應用共建設兩套BIM技術應用平臺，分別是數字化交付管理平臺和基于BIM技術的軌道交通運維管理平臺。數字化交付管理平臺為BIM技術建模成果交付的管理工具類平臺，用于竣工階段設計、施工、監理各方交付BIM模型、屬性、文檔、影像等靜態數據；BIM技術運維管理平臺是本項目應用規劃及應用點落地實現的工具與載體，整合并應用軌道交通各運營系統采集的動態數據。通過這兩套平臺的協同，實現BIM技術應用所需建設期信息的收集、匯聚與傳遞，以及運營階段BIM技術的各項應用。

（一）基于BIM技術的城市軌道交通數字化交付平臺

1.平臺概述

數字化交付管理平臺是基于BIM技術的數字化成果交付管理工具類平臺，用于指導竣工交付過程中的協同管理。通過該平臺，可將業主、BIM技術咨詢單位及施工單位、設計單位、設備廠商等項目參建方的管理和技術人員匯集在同一平臺進行協同辦公。通過“三端一云”模式和輕量化技術，收集各階段模型、屬性、文檔檔案及現場實景照片等資料，通過上傳、下載、瀏覽、審核、關聯和維護等操作，集成2 號線全生命周期完整的靜態數據，建立了基礎靜態數據庫，實現了以工程實體為核心的信息管理和智能鏈接;同時作為建設階段和運營階段信息傳遞的橋梁，將建設期的靜態數據信息有效傳遞至運營管理平臺，打通設計、施工與運維階段之間的數據流，解決了傳統竣工交付模式存在的信息損失和低效銜接的問題，為城市軌道交通運營階段智能化管理提供數據基礎[3]，交付平臺搭建框架，見圖1。

圖1 交付平臺搭建框架

2.平臺功能

平臺主要包括以下功能：模型管理、屬性管理、文檔管理、移動端采集、數字化信息查詢、審查驗收與交付管理等。

（1）模型管理

模型管理負責從Revit 等核心建模軟件向交付平臺傳送模型的幾何信息和屬性信息，并提供基本的模型查看功能，上傳后，移動端可即時收到通知。模型查看可實現自定義漫游路徑、自由切換視角、各專業自動合模等功能，數字化交付平臺主界面和數字化交付平臺模型管理界面見圖2 和圖3。

圖2 數字化交付平臺主界面

（2）屬性管理

雖然通過模型管理可以將模型文件相關的全部屬性信息上傳到平臺數據庫，但仍有大量屬性信息不適合在模型中直接維護。因此，在平臺端需要提供必要的屬性維護或表格導入功能，在Revit 插件端也可提供屬性的快速維護功能。

（3）文檔管理

平臺向各參建方即用戶提供文檔目錄組織、授權，通過文檔掛接上傳，文檔關聯模型等操作，完成現場實景照片、文檔、檔案等文檔資料的管理與共享。

（4）移動端采集

移動端采集用于收集施工過程中現場實景照片，這些實景照片包括現場完工情況、隱蔽工程及施工缺陷相關情況，依靠移動端在施工現場及時采集，數字化交付平臺移動端界面，見圖4。

圖4 數字化交付平臺移動端界面

（5）數字化信息查詢

通過模型管理、屬性管理、文檔管理和移動端采集相關功能，即可實現通過三維階段查看模型相關的數字化信息，做到隨點隨看，極大地提升資料信息查詢的效率，數字化信息查詢界面，見圖5。

圖5 數字化信息查詢界面

（6）審查驗收

平臺需提供各個環節的審查、驗收功能，包括模型提交后的審查及問題反饋，資料上傳后的審查及問題反饋，使用移動端到現場做實地檢查核對，直接在移動端上查看模型、查看模型相關的屬性及文檔信息。

（7）交付管理

將屬性、文檔資料及現場實景上傳平臺，并與模型關聯后，即具備交付基礎，通過API 方式實現數字化的一鍵交付，直接導入運維平臺后臺，也可以通過導出并部署到本地服務器的數字化資產可視化查詢系統，完成數字化資產的軟件交付。

（二）基于BIM技術的城市軌道交通運營管理平臺

1.平臺概述

基于BIM技術的運營管理平臺是將建設期BIM實施成果應用于軌道交通運營階段的載體，結合模型實現了對工程結構、設施、設備的可視化三維展示。其用戶包括業主、線路運營單位等相關單位。通過連接和標識運維過程中設施設備的屬性信息，將設備運行情況及維養信息進行記錄、整合、分析，為結構、設施、設備的維修提供數據支撐。根據設施、設備養護行為的數據挖掘和智能跟蹤，為運營及養護管理人員提供信息查詢、三維監控、巡檢維修、應急事件處置跟蹤、輔助決策等應用支持，協助運營部門進行運營管控和精細化管理[4]，運營管理平臺主界面，見圖6。

2.平臺功能

（1）模型管理

提供基本的模型查看功能，滿足運營需要的模型幾何信息、屬性信息、視點信息、自動漫游路徑信息和關聯的文檔資料信息。及其他如視點自由切換視角、問題標注、自定義路徑漫游、剖面和測距等相關功能，見圖7。

圖7 運營管理平臺模型管理界面

與數字化交付平臺不同，運營管理平臺模型查看的方式主要包括以下幾個方面。

按空間查看模型：即按空間網格劃分的樹狀結構逐層查看對應的模型，以方便用戶快速定位到相關空間位置。

按設施設備編碼查看模型：即按設施設備編碼代表的多層（或簡化為三層）樹狀結構逐層查看對應的模型，以方便用戶從設施設備分類的角度快速定位到具體的模型。

按專業/工作集查看模型：即按專業或工作及檢索查看對應的系統模型。

按圖紙查看模型：即按圖紙目錄逐級查看對應的模型。

（2）設施設備管理

設施設備管理用于維護設施設備臺賬，包括從數字化竣工交付平臺轉移的靜態信息、運營期各類動態的實時狀態數據及歷次的故障維修信息，見圖8。

圖8 設施設備管理界面

功能模塊包含：支持設施設備導出、支持設施設備按組過濾查看、設備設施查看關聯屬性信息、資料文檔、巡養/維修記錄及對應實時數據。

（3）備品備件管理

與設施設備管理相同，備品備件管理主要用于管理運營期儲藏在各級倉庫內的備品備件，是后續養護維修的主要資源。

功能模塊包含：備品備件進出庫管理、備品備件進出庫記錄、備品備件預警提示。

（4）站點運行狀態管理

站點運行狀態管理包含站點客流統計、站點客流預測、故障上報監測、站點視頻監控、列車到站情況、維修進度監測、氣象災害播報、應急事件預警等。

（5）地鐵總體運行狀況模擬

地鐵總體運行狀況模擬以GIS+BIM技術為底層，整合全線信號、全自動駕駛、養護維修相關的動態數據，在全線區間、車站模型上實時展示地鐵線路區間的通行及維護狀況、地鐵車輛的運行及維護狀況、地鐵車站的客流、運行及維護狀況，實現全線路、全天候狀態模擬沙盤的效果，用以實時了解全線運行和養護維修狀況。

（6）設施設備技術狀況模擬

設施設備技術狀況模擬整合PHM中設施相關的動態數據，包括設施的巡檢、定期檢測、傳感器實時監測及設施技術狀況評價結果，在全線設施模型上，分級展示設施的最新技術狀況，實現對全線設施狀況的模擬沙盤效果，用以實時了解設施技術狀況、存在的缺陷及其修復狀態。

一般情況 73例AS患者，活動組43例，平均年齡(27.3±13.8)歲；穩定組30例，平均年齡(29.9±12.9)歲。活動組及穩定組年齡差異無統計學意義(t=1.06，P>0.05)。

（7）計劃與工單管理

計劃與工單管理是運營期巡檢、養護及維修等各類工作的任務管理工作，是驅動巡檢維護工作的基礎。利用設施設備相關的廠家信息、施工時間信息、保修信息、歷次維修養護信息等，按計劃的各種來源，通過模型進行合理的待檢查、養護、維修的設施設備及其分布位置的提醒，輔助半自動生成相關的計劃，并通過人工或半自動方式分配形成相關的工單，配合移動端相關工單管理功能，實現養護人員通過移動端接收工單任務，指導現場養護工作，收集現場發現的問題，流轉工單等功能。

（8）巡養管理

巡養管理支持巡養計劃管理、巡養工單查詢、工單關聯設備查看、設備關聯信息查看、臨近保養預警。功能模塊包含：創建巡養工單計劃、查詢計劃工單及工單執行狀況、臨近巡養設備提醒，見圖9。

圖9 巡養管理界面

（9）維修管理

維修管理是針對發現的設備故障及設施缺陷的維修工作，維修管理由維修工單驅動，通過移動端實現相關的輔助維修功能，包括AR 巡檢功能，輔助在現場查看隱蔽工程、設施設備實時數據、技術狀況及上報維修相關問題等，見圖10。維修信息將通過BIM技術模型進行直觀的展示。

圖10 維修管理界面

（10）培訓交底管理

培訓交底管理基于培訓交底課件實現，在平臺中以知識庫的形式維護相關的成果，并通過實現其在Web端、移動端的在線訪問與播放，實現培訓交底業務。

（11）應急事件管理

應急事件管理包含應急事件觸發、手機端事件通知、現場實況反饋、顯示應急事件模擬課件、相關資料等功能。通過上述方式，形成運行相關的完整事件庫，為后續分類匯總分析提供數據支撐。

五、結語

BIM 技術應用是提升城市軌道交通項目建設運營管理能力，實現城市軌道交通智慧化的必然趨勢。搭建基于BIM技術的數字化管理平臺，充分發揮BIM 技術的信息管理優勢、打破了傳統軌道交通項目管理模式下參與單位協調難度大、信息碎片化和各階段割裂的局面，實現了對城市軌道交通項目全生命周期信息、組織和過程集成化管理，促進城市軌道交通項目整體價值和功能的提升。