武漢地鐵全生命周期BIM數字化平臺建設與應用

摘" 要：近年來，國家和地方陸續出臺城市軌道交通行業數字化轉型的政策與法規，鼓勵和支持城市軌道交通行業和相關產業升級迭代。文章以武漢地鐵BIM全生命周期數字化平臺規劃與建設為例，闡述武漢地鐵在加快推進建筑信息模型（BIM）技術在武漢市軌道交通工程規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現軌道交通工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理，為軌道交通項目方案優化和科學決策提供依據，促進軌道交通行業提質增效。

關鍵詞：城市軌道交通；數字化轉型；全生命周期；BIM平臺

中圖分類號：TP39" " 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）10-0149-07

Construction and Application of Wuhan Metro Full Life Cycle BIM Digital Platform

ZHEN Jian

（China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan" 430063， china）

Abstract： In recent years， the state and local governments have successively introduced policies and regulations for the digital transformation of the urban rail transit industry to encourage and support the upgrading and iteration of the urban rail transit industry and related industries. This paper takes the planning and construction of the Wuhan metro BIM full lifecycle digital platform as an example to explain the integrated application on whole process of Wuhan Metro's planning， survey， design， construction and operation and maintenance of rail transit projects in accelerating the promotion of Building Information Model （BIM） technology. It realizes data sharing and information management throughout the life cycle of rail transit engineering construction projects， provides reference for rail transit project scheme optimization and scientific decision-making， and promotes the quality and efficiency of the rail transit industry.

Keywords： urban rail transit; digital transformation; full life cycle; BIM platform

0" 引" 言

2017年，黨的十九大報告明確提出建設“網絡強國、數字中國、智慧社會”，數字中國首次寫入黨和國家綱領性文件。2021年，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》專篇部署“加快數字化發展建設數字中國”，國務院《“十四五”國家信息化規劃》和住建部《建筑信息化發展綱要》等相關政策都明確指出，基礎設施建設要迎接數字時代，激活數字要素的潛能，以數字化轉型驅動生產方式、引領各行業數智化轉型。

中國城市軌道交通協會印發的《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》中指出，以新興信息技術與城軌交通深度融合為主線，推進城軌信息化，發展智能系統，建設智慧城軌，實現城軌交通由高速度發展向高質量發展的跨越，助推交通強國的崛起[1]；中國勘察設計協會發布的《工程勘察設計行業“十四五”信息化工作指導意見》中指出充分發揮信息化引領作用，引導工程勘察設計行業加速邁向集成創新、全面互聯、跨界融合和共建共享的新階段，支撐“新基建”、新城建和重大工程建設，創新工程建設組織模式和服務模式，推進行業數字化轉型，促進行業高質量發展。

國內城市軌道交通關于數字化轉型的研究也在逐步推進，馮騰、譚子龍研究了城市軌道交通勘察設計階段中的數字化應用，將仿真模擬和參數化設計應用到地鐵設計方案優化中，提升了設計成果質量，降低了項目溝通成本[2，3]；夏東、陳鴻波從項目施工建設階段為切入點，詳述數字化BIM建管平臺在工程進度、安全、質量等模塊中所起到的作用，以智慧建造賦能城軌建設[4，5]；潘婷、張洪慶等從地鐵運維角度出發，梳理軌道交通現階段運維流程和特征，利用數字化和信息化手段，探索了智慧地鐵運維的可能[6，7]；劉樂樂、趙剛基于城市軌道交通資產管理的重難點，論述了數字化轉型對城軌公司資產管理所起到的革命性的作用，以數字孿生為技術突破口，借助BIM手段實現城軌資產的數字化管理[8，9]。

以上可以看出，城市軌道交相關行業面臨嚴峻的外部發展環境，行業市場出現收縮，市場需求轉向低迷，城軌建設從以往粗狂式的增長轉變為高質量發展，城軌行業數字化轉型是大勢所趨，行業企業要盡快融入當前的數字化發展浪潮中，不斷創新，適應當前形勢的不斷變化[10]。從國家、行業和地方相關政策文件來看，推動數字化轉型已經迫在眉睫，是支撐城軌行業實現業務增長的轉折點[11]。

1" 項目概況

1.1" 項目背景

從2000年武漢第一條軌道交通線路開建以來，目前武漢軌道交通已實現從無到有、從單條線到網絡化的歷史轉變?，F已建成運營軌道交通11條線路，總運營里程達460千米，車站總數達291座，從武漢地鐵線網遠期規劃來看，武漢軌道交通遠期線網規劃線路估計25條，總規模約1 100千米。

本項目的實施，貫徹執行了國家技術經濟政策，引導武漢軌道交通工程BIM（建筑信息模型）技術應用及數字化交付，提高了信息應用效率，提升軌道交通工程建設及運營維護管理信息化水平，實現武漢軌道交通從智慧建設、智慧運營到資產智慧管理轉型升級。平臺規劃框架如表1所示。

1.2" 建設意義

建設BIM平臺進行軌道交通工程設計、建設和運營維護與物業資源的信息化管理，是貫徹執行國家經濟政策，推進武漢軌道交通工程建設信息化實施，推廣BIM技術應用，提升武漢地鐵集團管理水平，實現智慧地鐵的重要舉措。本項目的實施將為武漢軌道交通設計、建設和運維提供全過程、全方位、全專業、多層次、精細化的管理服務，使武漢軌道交通勘察設計、建設施工、運營維護、投資管理、物業資源的管理決策更加科學與高效，建設資源利用更加優化。目前，國內其他地鐵城市都在推進基于BIM的工程建設信息集成管理平臺建設。BIM平臺雖然屬于非工程措施，但它可以產生巨大的社會和經濟效益，BIM平臺的建設將實現對武漢軌道交通全生命周期的信息化管理，對武漢市經濟和社會可持續發展具有重要而深遠的意義。

建設單位通過利用BIM+互聯網信息技術建立覆蓋武漢軌道交通建設全生命周期的綜合管理和信息利用平臺，實現武漢軌道交通在勘察設計、建設施工、運營維護、物業資源、建設投資等領域全方位的信息化管理。最終形成武漢地鐵統一的工程數據管理，并部署在武漢地鐵信息化云平臺中，保障BIM管理平臺高效運行，支持大數據的挖掘應用，為管理層提供“一站式”決策支持的管理信息中心系統，實現智慧地鐵的目標。

2" 數字化平臺業務目標需求分析

基于BIM的信息化是解決武漢地鐵生產和管理中突出問題的有效措施，是促進企業高效生產、管理創新及體制創新的重要途徑，是帶動企業各項業務工作上水平提升的重要突破口。搭建起支撐武漢地鐵建設、運營、土地儲備、物業開發和資源經營業務的BIM應用體系，構建完整的武漢地鐵業務管理信息化版圖，可以實現業務與管理的信息化完全覆蓋，滿足業務信息化需求，從而促進武漢地鐵業務水平的提升。

2.1" 設計、建設、運營管理信息化需求

根據武漢地鐵集團有限公司對武漢城市軌道交通的設計管理、工程建設、運營管理的職能要求，相關責任部門依托BIM技術、大數據技術，需要對武漢城市軌道交通建設各階段的業務相關信息進行管理，對各參建方執行情況進行分析總結，為管理提供決策依據，保證地鐵建設運營的工作有效開展。

2.2" 資源投資管理信息化需求

根據武漢地鐵集團有限公司運營公司負責武漢軌道交通沿線物業、地下空間、P+R停車場的招商經營管理及媒體廣告資源經營管理和信息通信經營管理職能，地鐵資源經營有限公司要求實現基于BIM對站內站外商鋪、停車場、廣告的資源前期、資源招商、資源運營管理及后期運營管理全過程的管控。實現基于BIM的各階段投資概算的管理，為工程概算提供依據。投資管理應用場景需要結合大數據分析得出相應結論，為投資管理者的決策提供數據支持。

2.3" 信息系統安全需求

平臺建設需對武漢軌道交通BIM平臺中的核心數據進行保護，主要包括：核心數據的類型、內容、敏感性級別等；對核心數據，依據敏感性級別，明確相應的安全保護需求，并應覆蓋核心數據從產生、傳輸、存放、使用、備份到銷毀的完整業務流程。系統存入的數據應該具備拷貝和數據自動恢復選項，可以在存儲丟失、變更的緊急條件下自動恢復。

3" 平臺建設與應用關鍵技術

3.1" BIM模型輕量化技術

BIM模型的搭建和BIM技術的應用，從項目設計開始，一直延續到建設和運維的全過程當中。城市軌道交通行業，工程設計涉及的專業眾多，數據量巨大，體量模型無法順利在建模和可視化軟件中瀏覽。所以，為了滿足城市軌道交通BIM應用的要求，需對項目模型進行輕量化處理，構建適用各階段應用的BIM模型，從而保證信息的有效性，滿足設計、建設、運維階段中數據信息實時更新的要求，基于云計算的B/S架構BIM模型輕量化應用框架如圖1所示。

3.2" 多平臺信息集成技術

平臺實現與武漢地鐵既有信息系統、基坑監測系統、環境監測、視頻監控系統等多系統信息準確對接、高度集成、信息扭轉。武漢地鐵各業務模塊和信息化系統，通過系統集成接口，打通各平臺數據連接通道，業務數據可視化呈現。

3.3" 基于城市軌道交通的BIM+GIS的深度融合

建筑信息模型一般使用各自的坐標系統，例如各地坐標系統，GIS參數多方匯集，錄入方式也各不相同，項目采用的坐標系統存在差異。模型與地理信息融合應用無法對應和匹配。GIS主要的能力就是坐標體系轉換，二維的坐標系統切換技術已經十分完備，但應用效果是否能映射到三維體系數據中，對GIS平臺系統是一個難題。為了滿足城市軌道交通線性工程特點，BIM數據與GIS平臺的無縫融合、基于GIS平臺BIM數據高效檢索、多源數據融合和坐標轉換是BIM+GIS深度融合的關鍵。GIS平臺將項目二三維數據融合，利用雙平臺的技術優勢，從宏觀到微觀多方位應用。

3.4" BIM模型定位技術

BIM模型定位技術是指在BIM環模型中實現構建的位置定位，其技術要點涵蓋基站定位、通信定位等一系列的集成技術，實現人機物料在空間中的定位。主流的定位包括ZigBee、A-GPS、衛星系統、無線Wi-Fi、藍牙等。其中利用藍牙定位可實現低功耗與短距離的無線傳輸，基于信號大小開展定位?？臻g環境內基于一定規律和距離設置藍牙標記設備，可以實現人員和物料的精確定位。終端設備采用專用標記。該平臺中心計算平臺可實現記錄檢查人員和維護人員的行蹤、速度等，為實現運維最優解等提供大數據支撐。

3.5" 基于BIM管理平臺的設備設施運行管理

基于BIM技術的設備設施管理是運用BIM技術創建竣工階段模型，將設備設施的相關參數與平臺關聯進行管理，主要包含六大模塊：設施運行監控、設施維護、設施資產管理、對建筑環境分析、建筑空間管理、應急管理；傳統的巡檢方式一般用紙質文件記錄巡檢任務的執行情況，數據的真實性和實效性很難保證，同時檢修員工開展手工巡查，浪費大量的人力和時間成本。巡檢人員需對設備進行逐一檢查和數據記錄。使用二維碼標開展巡檢模擬。工作人員不必外出即可實現對設備的維護，自動錄入相關數據。

3.6" BIM+多方協同管理技術

多方協同管理技術是以計算機工作協同機制（CSCW）為理論基礎，通過云平臺、BIM+移動互聯網、挖掘大數據、和BIM多方應用等技術支撐點，建立各方協同的工作信息化協作管理系統。實現項目建設的協同管理、進度和質量的管理、圖紙檔案管理、工程成果交付和驗收管理、線上溝通管理，解決工程檔案錯亂、數據錄入不統一等問題，通過多方協同管理平臺實現管理效率的提升。

3.7" 工程大數據分析技術

大數據挖掘利用是運用多種方法與工具在大量的歷史數據中進行數據分析，建立數據之間的管理和規則。建設大數據模型進行分析，運用工程成本造價管理系統統計的大量業務工程數據，按業務分類、地點、工程重要性等角度進行劃分、匯總，對人機物料等重要成本進行數據分析，計算出重要成本管理標準，進行成本驗算和控制，從而實現軌道交通成本管理。

4" 全生命周期BIM數字化平臺建設

武漢地鐵BIM平臺技術架構包含應用層、應用支撐層和共享發布層，平臺體系通過各層元數據的數據錄入、應用和整合最終形成相關業務數據。根據武漢地鐵軌道交通云平臺總體規劃，共享數據可根據城軌公司數據交換標準發布到企業數據城軌云平臺中，如圖2所示。

4.1" 地鐵線網信息管理系統

地鐵線網信息管理系統首頁如圖3所示，基于GIS線網規劃，結合規劃一張圖內容，反映地鐵線網、線站位、周邊環境、地鐵土地資源等信息，并能體現在建線路用地拆遷情況。提供數據統計查詢功能，可以通過選擇具體站點進入具體模型，獲取詳細模型數據信息。本系統將線網、紅線、保護區、物業區、土地地塊進行集成，便于地鐵部門人員在地圖上直觀地了解規劃、在建、運營各階段的地鐵線路的總體情況，查看各站點車站的情況，直觀查看車站周邊的紅線、區間紅線、保護區范圍，便于用戶查詢線路、車站、紅線、保護區的基本信息；便于土地管理部門對土地地塊進行管理，實現信息查詢、編輯、土地信息統計；便于物業管理部門對物業區實現可視化管理、信息查詢。

4.2" 設計管理系統

本系統依據武漢地鐵設計階段的生產管理模式，建立設計管理系統，實現武漢地鐵設計階段項目管理方面的規范化、信息化，設計管理系統主要包括設計總覽、地鐵線網信息管理、工程信息概況管理、設計與計劃管理、設計成果變更管理、設計成果與考核管理、設計巡檢和巡檢管理、BIM設計模型管理、日常辦公、文檔管理及系統管理等功能，設計總籌管理頁面如圖4所示?；诋斍暗慕M織方式，將對設計過程中的計劃、變更、審批等電子化、可視化，使得生產管控流程化、可視化、規范化。直觀地查看BIM模型、設計圖紙，并對變更的模型進行對比查看，直觀地表達更改的內容，提高工作的效率。

4.3" 建設管理系統

建設與施工管理系統平臺中，利用BIM、GIS等相關技術，同時借助BIM+技術開展城軌施工中施建設場地、建設進度、安全、質量、工程設計變更的可視化管理和高效率的協同工作。在建設階段聯合工程建設工藝和施工現場需求對設計成果進行信息添加、變更和輸出，最終完成竣工模型?；跇藴驶椖繉嵤┝鞒?，結合相關終端應用，通過基于BIM施工工藝模型的二次深化設建模及施工場地、材料、設備、進度、質量等管理應用，實現信息高效傳遞和共享，提高城軌施工建設過程的管理水平。主要包括基于BIM+GIS施工總籌管理子系統、施工圖管理子系統、施工進度管理子系統、機具物管理子系統、工程監控管理子系統、工程質量安全管理子系統、竣工驗收子系統、施工安全培訓教育子系統、資產移交管理子系統、調度任務管理、文檔資料管理，施工總籌管理頁面如圖5所示。

4.4" 運維管理系統

通過IoT技術、BIM+GIS技術手段、項目數據統計等多技術融合，結合對運營公司生產管理相關業務，將數字地鐵與物理地鐵無縫連接起來，利用云計算對實時感知數據進行處理并提供智能化服務，高效率地開展人機物料等資源的優化配置，有效提高了地鐵運營管理的自動化、信息化和智能化水平?；谠O施設備BIM模型及相應物理場景BIM模型，對設備資產位置、基本信息、價值信息、維修保護信息、故障信息、設備文檔、備件信息、關聯設備信息等進行全面管理。設備位置管理頁面如圖6所示，依托BIM模型可直觀、有效地掌握設備的分布情況、故障情況、維修養護情況，有利于輔助運營管理者決策。

4.5" 投資管理系統

建立招標BIM算量模型，根據模型生成BIM工程量清單，輔助管理者進行BIM工程量統計。遠期可以結合平臺大數據，對設備廠家及施工單位的履約情況快速查詢比對，提高招標效率，降低采購風險和施工風險；利用BIM模型，按照項目標段、車站、系統等單位，統計相關工程數量。通過系統自身對地鐵建設各階段成本進行精細分析，找出地鐵各階段資金使用不合理之處，優化地鐵資金使用，將地鐵的規劃、設計、施工、運行、維護成本降至最低；對于各類合同進行統一集中的管理，內部包括合同的登記、變更等所有文檔信息并與模型綁定在一起。合同中包括合同金額、分部分項名稱、已付款、未付款、項目編號等信息，用于與模型構件進行綁定，輔助驗工計價的進行；可查看工程量清單表，同時可查看其對應的BIM模型，直觀查看BIM算量結果，進行工程量溯源，清單項對應BIM構件查看界面如圖7所示。

5" 效益分析

本項目的建設，為武漢地鐵集團有限公司建立了軌道交通建設BIM管理平臺，通過信息化、智能化的輔助辦公，采用BIM、BIM+GIS、物聯網、大數據等信息化手段，全面提升武漢軌道交通設計、建設及運營管理的信息化水平，具有顯著的效益，具體內容如下：

1）提高了武漢市軌道交通建設管理水平。本項目為武漢軌道交通建設管理者們提供了可視化和信息化的管理平臺，管理者的日常工作和目標有了針對性和直觀性，同時為領導的分析決策提供了強有力的工具。以信息化手段開展軌道交通工程的建設管理工作，可以顯著提高工作效率，提升建設管理水平，有效避免信息不對稱造成的監管漏洞。為武漢城市軌道交通的大規模建設提質增效、保駕護航，為武漢創建世界級地鐵城市目標提供有力的技術保障。

2）促進安全文明施工，減少社會生產問題。通過本項目的建設，利用BIM技術對施工場地、施工工藝合理規劃，模擬驗證，有力地促進了文明施工，確保工地環境整潔有序。利用基于BIM技術的信息化管理手段對施工現場進行進度、質量、安全等方面的管理，可以提高對工程中可能出現的問題的預見性，減少實施過程中的問題，達到保證工程質量、保證人身安全的目的，有利于提高軌道交通的社會形象。

3）保障社會公共資產和人民生命安全。通過本項目的建設，搭建基于BIM的武漢地鐵BIM管理平臺，打破平臺涉及業務的信息孤島，提高建設過程和運營維護中的安全事件應急響應效率，確保將潛在危險隱患在萌芽階段就消滅。在風險管控時，也可以通過平臺的數據分析，為管理者及時高效調配人力和物資提供信息技術支持。有效保障了社會公共財產和人民生命安全，促進社會和諧健康發展。

4）有利于推動武漢智慧城市建設。武漢軌道交通作為政府投資的重大民生工程，其信息化建設成果具有很好的應用示范效果。項目的實施有助于推動武漢智慧城市在公共交通、市政建設的應用實踐，從而提升武漢智慧城市整體水平，帶動相關產業的發展。

6" 結" 論

本項目利用BIM、GIS、物聯網、移動互聯、大數據等技術，基于BIM搭建武漢軌道交通建設工程全生命期內信息數據集成、傳遞、共享和應用的管理平臺，服務武漢軌道交通各條線路的設計、建設和運營維護管理。通過BIM平臺，為武漢軌道交通的勘察設計、建設施工、運營維護、資源開發、建設投資等工作提供高效的信息化管理和科學決策工具。

綜上所述，建設BIM平臺是武漢地鐵集團有限公司信息化發展的必由之路，是統籌管理武漢軌道交通建設和運營的有效途徑，對于提高武漢地鐵集團有限公司的建設管理水平、開展智慧地鐵建設具有重要的現實意義，項目建成后具有良好的經濟效益和顯著的社會效益。

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作者簡介：甄建（1988.11—），男，漢族，湖北隨州人，工程師，碩士研究生，研究方向：建筑設計及理論、BIM應用、數字化平臺建設。