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技术BIM技术在城市轨道交通行业的应用罗芹; 水滨; 欧阳院平
【期刊名称】《《现代城市轨道交通》》
【年(卷),期】2019(000)012
【总页数】4页(P76-79)
【关键词】城市轨道交通; BIM技术; 三维建模; 应用喉管
【作 者】罗芹; 水滨; 欧阳院平
【作者单位】中国铁路设计集团有限公司 天津 300142; 长江勘测规划设计研究院有限责任公司 湖北武汉 430072 【正文语种】中 文
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【中图分类】TU17
0 引言
BIM是一种用于指导项目建设运营全过程的信息系统，此概念的雏形为1975年美国乔治亚理工大学的查克·伊士曼提出的建筑描述系统（Building Description System，BDS）。BIM技术将信息融入实体模型之中，通过信息在模型中的集成流转，将建筑设计、施工及后期运营维护等相关环节联系起来，实现对各个阶段的精细化管理，为项目决策者提供可信赖的数据参考，还能实现项目实施各阶段的相关方在同一个平台上的协同作业。而城市轨道交通作为公共交通的重要组成部分，具有运量大、时效性强、快速便捷、绿环保、节省土地资源等一系列优势，成为缓解交通拥堵、解决城市居民交通出行问题的重要手段之一。将BIM技术整合应用于城市轨道交通行业是必然趋势。
1 BIM技术在城市轨道交通行业的应用现状
在国外，BIM技术作为欧美发达国家工程建设的重要技术手段，广泛应用于城市轨道交通的三维可视化设计、施工管控、资产管理及运营维护等各个方面。2009年，BIM技术已应用在当时欧洲最大的在建单体工程——英国Crossrail项目中，该工程连接伦敦东西部区域，包括10座车站，42 km隧道。此外，美国洛杉矶、加拿大多伦多的地铁以及法国TGV
高速列车项目均将BIM技术应用于规划、建设及运维的实施及管理中。
在国内，香港地铁早在21世纪初已将多座车站模型化，并应用BIM模型为基础底层数据库开发了一系列的管理系统（包括人力、资产、设备、供应链管理等系统），并对这些系统进行集成，实现对车站资产的动态管理。
北京、上海、广州、深圳等地的城市轨道交通项目也逐步开始应用BIM技术。但目前国内大部分城市轨道交通的BIM应用集中在可视化效果展示、管线综合设计等应用点，未形成整体化应用， 因此BIM技术在城市轨道交通行业的应用仍处于起步阶段。
2 BIM技术在设计阶段的应用
2.1 初步设计阶段
在城市轨道交通初期规划阶段，可以利用基于BIM技术的数字城市沙盘准确高效地构建出城市现状及未来规划的数字模型。数字城市沙盘作为现有城市的数字孪生模型，除包含一些固有信息，如地形地貌、地质条件、用地情况、建（构）筑物情况、管线情况之外，还包含一些自然科学、社会科学方面的信息，如城市交通小区分布、人口密度、经济状况、
交通起讫点（Origin Destination，OD）等。
基于BIM技术的数字沙盘在城市轨道交通工程的初期设计阶段可以实现以下功能。
（1）指导线路选线及站位选址。通过建立BIM模型，可将线路周边的环境情况，包括固有信息及人文社科信息等综合于同一模型中，有助于直观分析线路、站位布置的合理性，指导可行性研究。
（2）分析车站总体布局。将BIM技术与地理信息系统（GIS）或虚拟现实（VR）技术相结合，实现精确量测和可视化，使决策者可在真实直观的环境下结合施工范围及周边用地情况，包括道路红线、周边建（构）筑物布置情况等，分析车站布置的限制性因素，指导车站总体布局的方案规划。特别是对车站埋深、车站规模及出入口位置的确定具有重要意义。
（3）进行直观高效的方案比选。融合多重信息的BIM模型具有三维可视化的特性，便于业主、设计单位、施工单位等多方针对初步设计成果进行快速高效的分析交流。综合多方意见的方案比选可为之后项目的实施打下坚实基础。例如，采用BIM技术建立城市管线模型之后，可结合车站模型进行管线搬迁分析，以进一步调整设计方案，减少管线搬迁投资。
2.2 施工图设计阶段
城市轨道交通工程涉及专业众多，除建筑、结构外，还涉及线路、轨道、暖通、给排水、通信、信号、牵引供电、自动售检票（AFC）、火灾报警（FAS）、环境与设备监控（BAS）、乘客信息服务（PIS）、屏蔽门等10多个专业的20多个设备系统。传统的二维设计方式难以实时准确地更新多专业的信息，导致图纸出现大量错误和遗漏。利用BIM的三维可视化功能与协同作业机制，可以构建完整的信息模型，作为后期施工和运维阶段的数据基础。其应用包括以下几个方面。
（1）可视化设计。城市轨道交通工程涉及专业众多，各专业对空间布置的要求各不相同，导致工程的空间关系复杂。通过BIM的三维可视化设计，可以明确各专业的需求，进行更加直观的设计，避免后期返工。此外，BIM模型可以更加真实且多样地展示设计方案及设计理念。可视化的设计环境不仅为各专业设计人员提供通畅沟通的平台，也为业主、设计单位以及施工单位的快速高效配合提供保障。
（2）协同设计。通过公共协同平台，各个专业可以迅速实现设计成果的实时共享，避免因项目各参与方以及不同部门之间的信息传递不及时、不规范、不一致造成决策失误。
（3）优化设计。不断修改设计会增加错误出现的概率，而BIM模型具有一致性的特点，可以避免图纸之间的相互矛盾。各个构件基于一定的逻辑性而存在，在对任何位置进行修改后，BIM都将自动完成相应模型的配合修改。此外，嵌套在模型内部的逻辑关系为后期的参数化设计提供了可能。因此，BIM的应用不仅可以优化设计内容和质量，还可以大大提高工作效率。
（4）自动碰撞检测。在传统建设过程中，管线碰撞的问题时有发生。管线与设备、结构洞口等的空间关系错综复杂，通过传统的二维图纸难以直观快速地发现错误。这些错误经常导致返工，严重影响工程建设进度。基于 BIM 的综合管线碰撞检测三维信息模型是一个参数化模型，在绘制综合管线布置平面图及剖面图时，可以通过三维漫游更直观地查看管线之间、管线与建筑之前是否发生碰撞。因此，基于BIM技术可实现设计的“零碰撞”，为施工的顺利进行提供保障。紫砂饮水机
3 BIM技术在施工阶段的应用
BIM技术在城市轨道交通工程施工阶段的应用包括场地规划、施工模拟、施工情况（进度、成本等）管理等方面。
（1）场地规划。由于城市轨道交通工程一般在城市交通繁忙的地段建设，施工场地有限，且受到周边建筑物、城市管线、交通疏解等多重因素的影响，因此施工场地的规划有相当的难度。通过BIM+无人机技术进行场地布置规划，可以有效解决因传统图纸测算或现场查勘导致的结果不准确、耗时长、人力物力浪费等问题。
（2）施工模拟。利用BIM技术可以对施工过程及主要技术环节进行模拟，验证施工方案的可行性，并对其进行优化。其应用包括2个方面：①对施工组织的协调，包括大型设备进场路径模拟以及施工设备调度模拟；②对施工作业步骤的模拟，包括对某一机械的安装模拟。
（3）施工进度管理。施工进度管理包括施工进度计划和施工进度控制2部分。传统的施工进度管理主要借助于横道图、网络图等，无法实时有效地发现施工进度计划存在的问题。基于BIM技术的施工进度计划跟踪分析可以实现工程数据的深度融合，以及进度计划的实时更改与协同优化。
（4）工程造价管理。基于BIM技术的工程造价相对于传统工程造价具有根本性的不同：①实现了工程量计算的自动化；②逐步实现了时间与模型数据联动的全过程造价管理。基于
BIM技术的工程造价管理更为快速、准确、可控。
4 BIM技术在运维阶段的应用
按照城市轨道交通100 年的设计使用年限，运营阶段在全生命周期中所占的比例远远超过设计阶段和施工阶段的总和。这一阶段的 BIM应用不仅服务于地铁业主，更影响着城市轨道交通的工作人员和乘客，产生的价值更加多元化。其将为城市轨道交通的安全、高效运营提供保障。这一阶段的BIM应用主要包括以下几个方面。
变量泵（1）信息快速查询。运营阶段的信息包括设施、设备及人员等方面，信息量庞大，来源广泛，涉及多个专业及环节。传统的管理模式无法实现信息间的互通交流，利用效率低。而基于BIM技术的信息系统可实现信息的高效流动。
阀门试压装置（2）资产管理。城市轨道交通作为重资产性公共基础设施，其资产管理是运营工作的重要组成部分，也是保障城市轨道交通安全高效运行的重要环节。利用 BIM可视化、参数化、可协同的特点，可以优化设施管理方式，提高效率。通过建立清晰、动态的设备数据库，能够提高设备的可利用率及可靠性，完成检修计划制定、日常检修记录、突发故障抢修、设备/备件更换购置以及设备维护人员考核等任务。
（3）运维计划制定。利用BIM技术可跟踪管理设备使用、维护的历史信息，为编制合理高效的维护计划提供数据支持；根据对运维历史数据的分析，可自动形成运维安排。
