轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想

在城市轨道交通建设项目中应用BIM技术的设想

■祝嘉

（东南大学土木工程学院，江苏南京210018）

1引言

随着城市化进程的加快以及城市交通问题的日益凸现，我国已经进入了城市轨道交通的快速发展期。目前已有北京、上海、天津、广州、长春、大连、重庆、武汉、深圳、南京等10座城市开通了轨道交通线路，全国48个百万人口以上的特大城市已有超过30个城市开展了城市轨道交通前期工作，近期规划建设线路55条，总长约1700公里，总投资超过6000亿元。

城市轨道交通工程是巨大的、综合性的复杂系统，其投资额巨大、建设周期长、参与方多、项目执行中的不确定性高，往往是一号线运营、二号线施工、三号线设计、四号线规划同时进行的这样一个大型的多阶项目群，由此带来的管理难度可想而知。在整个轨道交通的生命周期中产生的信息类型复杂，形式多样，数量庞大，信息流失、信息沟通不畅或者不及时和普遍存在的“信息孤岛”现象，在很大程度上制约了管理水平和管理效率的提高，在信息化大力推动工业发展的今天，建筑业日渐显现出其相对于制造业的低效率，如果不能采用先进的信息管理手段，将严重阻碍建设领域生产效率的提高，产生与高速发展的其他行

[摘要]从城市轨道交通的信息管理现状出发，介绍了建筑业的全新技术——

—BIM，即建筑信息模型的概念和应用，并结合城市轨道交通建设项目给出了具体的应用设想，最后对BIM在建筑领域的发展做

出了展望。

[关键词]建筑信息模型；城市轨道交通；信息管理

Abstract:With the beginning of stating present situation of the information management in urban rail transit project, this paper introduces the definition and application of a whole new technology of BIM,which is shortened from Building Information Modeling,and makes conception of putting it into practice in urban rail transit project.Finally it gives an expectation on the development of BIM in the construction field.

Key words:building information modeling;urban rail transit;information management

[中图分类号]F407.9[文献标识码]B[文章编号]1002-851X（2008）s2-10-0007-04

[作者简介]祝嘉（1983-），女，江苏苏州人，东南大学土木工程学院硕士研究生，研究方向：建筑经济与企业管理现代化。

研究探索

业不可逾越的“数字鸿沟”。

目前，各城市在轨道交通项目的建设和运营过程中都积极地运用了信息化的手段来进行管理，例如广州地铁目前上线的系统主要包括了用于工程数据、图档里的PDM系统，用于人事管理、财务管理以及合同管理等的Oracle ERP系统，设备维护管理的MAXIMO系统，以及实现无纸化办公的O A系统；南京地铁已建立起局域网并与Internet相连，软件应用方面主要有Microsoft的Word，博科财务软件，还有用于工程管理的EXP系统等；在信息化方面做得比较好的我国香港地铁已经形成了一个由人力资源管理系统、财务管理系统、预算管理系统、供应管理系统、设备维护管理系统等各个子业务系统支撑的一个信息管理的网络。

尽管如此，信息化只是起到了辅助管理的作用，并没有使整个管理水平发生根本性的转变，究其原因，主要有以下几点：

割裂的行业结构。一个轨道交通项目所涉及的专业种类多，因而参与到项目中的各个专业队伍就多，然而这种细化的分工使得专业接口多而界面管理复杂化，信息很难在整个项目中实现集成和形成闭环，从而信息的流失现象严重，造成重复和浪费。

行业标准尚不完善。要实现信息的集成化首先要建立一套行业标准，这套标准应当包含在轨道交通项目中对各种信息的处理和加工的程序、方法等，并逐渐形成一个体系，作为项目参与各方在管理信息时的依据，同时为各个软件和信息系统之间的数据共享提供条件。这是信息管理的基础工作，也是实现信息化的必由之路。然而我国整个建设工程管理领域的标准化问题十分严峻，已经成为遏制信息化的主要因素。

上层系统对信息管理的认识不够。信息化虽然不是项目管理的核心内容，但却是将项目推向高效率的手段。很多地铁公司都积极地运用各种项目管理软件以期有效地管理信息，然而在另一方面又担心收效不大而不敢过多投入，他们关心软件和系统的使用成果而忽略了各个子系统之间统一的计划、安排和管理，使其各自为政，最终没有达到应有的效果。

而工程项目信息化无疑是解决上述难题的有效途

径，它遵循精细化管理的有关原理，以项目的基础数据为中心，重新调整工作流程和资源配置，根据数据之间的逻辑关系和制衡条件对项目实施全过程的有效管理，可以随时向管理者提供项目的进展情况，并对项目的异常情况提出预警，从而实现项目监督、管理和控制的及时性和科学性，同时为建筑企业职能部门提供真实的项目决策信息。

基于以上问题，借鉴制造业的成功经验，将工程项目生命周期各阶段的信息以面向对象的方式集成起来，提出了“建筑信息模型”的概念和解决方案。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是近年来一项引领建筑数字技术走向更高层次的新技术，它的全面应用将大大提高建筑业的生产效率，同时它将对建筑业的科技进步产生不可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度，将设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，成本降低，给建筑业的发展带来巨大的效益。

2BIM的概念和应用

建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息详尽的数字化表达。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险（见图1）。

国际标准组织设施信息委员会（Facilities Informa-tion Council）对BIM的定义是：BIM是在开放的工业标准下对设施的物理和功能特性及其相关的项目生命期信息的可计算/可运算的形式表现，从而为决策提供支持，以更好地实现项目的价值。在其补充说明中强调，BIM将

图1BIM功能描述

所有的相关方面集成在一个连贯有序的数据组织中，相关的计算机应用软件在被许可的情况下可以获取、修改或增加数据。

建设工程信息化——

—BLM理论与实践丛书中对BIM的定义是：BIM以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，对工程项目相关信息详尽的数字化表达。其结构是一个包含有数据模型和行为模型的复合结构。它除了包含于几何图形及数据有关的数据模型外，还包括与管理有关的行为模型，两者结合通过关联为数据赋予意义，因而可以模拟真实世

界的行为。

不同的组织和研究机构对BIM有不同的理解和定义，但BIM定义中不外乎包含以下两个特点：

①对建设工程信息的界定，它包含了设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息，涉及到了建设工程全过程各个方面的项目信息，不仅仅局限于狭义上的建筑物三维模型几何信息；

②对建设工程一种可计算/可运算的形式表现，强调了对信息完全数字化的要求，这也是它从根本上不同于以往的信息技术应用，可以使信息化在建筑行业得以深入发展的一个关键。

多年以来，许多建筑师在计算机上都是应用像Au-toCAD这类绘图软件进行建筑设计，用鼠标将线条一条一条地画到设计图上去，线条之间没有什么必然的联系。设计对象所包含的丰富信息如构件名称、建筑材料、颜色等都无法反映到图上去。事实上，虽然应用了信息化工具——

—计算机，但是所进行的只是计算机辅助绘图的工作，信息的含量很低。而在BIM中，由于是基于构件的信息模型，可以将材质、费用、能耗、光照、进度等属性附加到构件上，组成一个智能的、生动的模型。换言之，将三维几何模型延伸到n维（3D+进度维、费用维、质量维、安全维等），从而可以基于三维几何构件加上某一维进行分析，进行设计、决策或评价。例如在设计阶段利用3D+成本模型可以对设计方案进行全寿命周期的成本比较分析；3D+进度模型可以提前对方案的进度安排进行控制，使项目资源得到最充分的利用；3D+光照、3D+温度等各模型可以动态模拟工程的各项参数指标，优化调整后使项目设计目标最优化；工程实施阶段，利用nD模型可以根据变更调整建筑产品多维模型，把变更对进度、成本等参数的影响形象、清晰地表达出来，提供给项目决策者；通过模拟施工过程预测在施工过程中可能出现的问题，如场地的冲突、作业时间的冲突等，有利于确定最优的施工方案；在工程使用阶段，工程维护单位通过nD模型可以实时监测工程使用信息，对可能出现的问题进行预警或对已出现的问题给出治疗方案。

3BIM在城市轨道交通项目中的应用前景探讨3.1前期规划阶段

在城市轨道交通的前期，需要经历从机会研究到可行性研究的逐步细化的论证过程，这个过程是建立在大量翔实可靠的资料分析的基础上的，其中包含了城市经济与社会方面的资料，如人口状况、用地状况、城市经济结构、经济规模和经济规划等；还有城市自然条件、环境资料、城市交通资料、土地使用规划、出行需求等。

BIM的应用一般多见于建筑的设计阶段，而在规划阶段，也可以利用BIM的思想构造出一个城市交通的三维模型（见图2），这个模型由很多的模型元素构成，具有基本数据和附属数据两个部分，基本数据是对模型本身的特征及属性的描述，是模型元素本身所固有的，如地质条件、道路的几何特征、负荷容量等；而附属数据是包括了与模型元素直接或间接相关联的、除了模型元素本身特性之外的各方面的信息和资料，这些信息和资料可能是技术方面的，也可能是经济的、管理的等等，如人口密度、城市经济结构、出行分布等。

图2城市交通三维模型元素数据构成

研究探索

由于模型元素都是参数化和可运算的，因此可以基于模型信息进行分析和计算，如线网规模计算、日客运量计算、轨道线网平均运距等；然后再采用层次分析法和模糊决策等方法来进行线网评价和方案的优选。

3.2设计阶段

利用BIM进行设计，是BIM技术利用最多、最成熟的阶段，BIM最初就是从工程设计软件开发的过程中出现的概念。设计决定城市轨道交通建成后的工程实体能否发挥其设计功能。设计单位在完成最初的设计方案后就可以进入工程实体设计的阶段，可以参照房屋建筑的BIM进行设计，即将城市轨道交通的各个系统进行分解，而各个系统又是由该系统内的各部分构件组成的，如车辆工程系统中的车辆就由车体、转向架、牵引缓冲装置、制动装置、受流装置和车辆内部设备等构件组成，它们在BIM中既是信息的载体又是信息的表达，同时是设计人员进行设计的对象。

值得一提的是，由于在BIM中的所有构件都基于一定的逻辑关系而生成，因此在某一个构件上所作的修改都将引起所有与之有逻辑关系的信息的智能协同修改，这将大大减少设计人员的重复劳动和减少错误率，同时还能使成本降低。BIM还允许对项目进行深度开发，同时支持多人协同工作，保证信息的实时最新，这也将大大提高工作效率。

3.3施工阶段

在施工阶段BIM应用系统创建的虚拟建筑模型是一个包含了建筑所有信息的数据库，因此将3D建筑模型和时间、成本结合起来，就可以进行直观的5D施工管理。这个过程可以在设计或施工之前确定施工方案的可行性。3D模型可以准确地获得工程量，加上时间、成本，就可以分析施工工序的合理性。5D施工管理解决方案可以自动将施工模型和工程进度链接起来。一旦链接起来，工程进度的方案就可以得到更有效的分析和交流；还可以将预算过程中创建的信息分解到生产中，生成预定的采购计划；利用施工模型把成本、时间结合起来，生成费用列表用于财务分析。这个模型大大减少了设计文档中的错误，从而在施工费用和时间上大大节约成本。

在整个5D施工管理系统中，设计、成本、进度三个部分是相互关联的，任意一个部分的变化都会自动反映在另外两个部分。这将大大缩短评估和预算的时间，显著提高预算的准确性；更重要的是，可以大大增强项目施工的可预见性，在项目设计和施工的初期及早发现问题；通过3D模型，设计、预算、进度可以同步获得；而且，在施工的任意阶段，都可以通过与3D模型的关联，保持最新的、准确的造价计算。

3.4运营阶段

在城市轨道交通项目的运营阶段可以基于BIM及时提供有关列车运行记录、维修记录、财务状况等集成信息。通过对这些参数化信息的分析可以实时进行运营成本分析；根据实际的客流数据可以进行行车计划调整等；BIM可以以一个集成系统的形态给运营企业提供全方位的决策支持，甚至为将来新建项目提供一个知识积累和知识管理的平台。

4结论和展望

基于BIM的工程项目管理信息系统通过参数化模拟造型技术，使计算机可以表达项目所具有的所有信息，信息化的建筑设计才能得以真正实现。虽然完全的参数化的信息表现方式是一种理想化的状态——

—某些宏观的信息如管理类文件、政策性文件等还未找到与具体模型的结合方式，并且数据格式也很难标准化统一化，但随着理论探讨的不断加深，实践工作的不断进展，BIM的发展不仅仅是现有技术的进步和更新换代，也将表现在生产组织模式和管理方式的转型，并长远地影响人们对于项目的思维模式，也必将对建筑业产生深远影响。蒉

[参考文献]

[1]丁士昭.建设工程信息化导论[M].北京：中国建筑工业出

版社，2005.

[2]赵红红.信息化建筑设计——

—Autodesk Revit[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3]陈训.建设工程全寿命信息管理（BLM）思想和应用的研究

[D].上海：同济大学，2006.

[4]毛保华，等.城市轨道交通[M].北京：科学出版社，2001.

（编辑吴颖）