劉麗娜　 張　詣

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院　 河北石家莊　050061）

基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理研究

劉麗娜 張?jiān)?/p>

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊050061）

在軌道交通項(xiàng)目整個(gè)生命周期中參與方眾多，產(chǎn)生的信息類型復(fù)雜，形式多樣，數(shù)量龐大，使得在管理的過程中信息溝通不暢、信息流失嚴(yán)重，在很大程度上制約了項(xiàng)目管理水平和管理效率的提高。以軌道交通項(xiàng)目信息管理為研究對(duì)象，進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)各階段的信息分析與BIM應(yīng)用研究，提出基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理框架體系，實(shí)現(xiàn)軌道交通項(xiàng)目整個(gè)生命周期中信息的有效溝通，為全生命周期信息管理提供了理論支持。

軌道交通項(xiàng)目 信息管理 全生命周期 BIM

1　引言

我國(guó)正處于城市軌道交通建設(shè)的高速發(fā)展時(shí)期，并且已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成就。據(jù)國(guó)家發(fā)改委統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)獲批軌道交通建設(shè)規(guī)劃的城市已達(dá)36個(gè)，2014年全國(guó)城市軌道交通投資將達(dá)2200億元，比去年增加400億元。至2015年前后，將規(guī)劃建設(shè)96條軌道交通線路，總投資超過1萬億元。

我國(guó)城市軌道交通建設(shè)速度提高的同時(shí)，城市軌道交通的建設(shè)管理水平也在探索和實(shí)踐中不斷前行，盡管如此，我國(guó)在城市軌道交通建設(shè)工程方面的管理經(jīng)驗(yàn)顯然還不充足。城市軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)決策和實(shí)施過程，既是物資生產(chǎn)過程，也是信息的生成、傳遞、處理和應(yīng)用過程。城市軌道交通工程建設(shè)信息涉及多部門、多環(huán)節(jié)、多專業(yè)、多渠道，工程信息量大，來源廣泛。工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施的整個(gè)過程十分依賴信息，信息是投資決策項(xiàng)目建設(shè)生產(chǎn)的依據(jù)、是業(yè)務(wù)處理過程之間邏輯關(guān)系的紐帶、是項(xiàng)目組織要素之間聯(lián)系的主要內(nèi)容。

目前軌道交通行業(yè)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的分離現(xiàn)狀及采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)帶來的信息量限制及建設(shè)過程信息的缺失，給軌道交通項(xiàng)目建成后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。BIM（建筑信息模型）技術(shù)的應(yīng)用可以有效地解決信息記錄、傳承問題。BIM通過在設(shè)計(jì)階段建立項(xiàng)目的三維建筑模型，繼而錄入建設(shè)過程中項(xiàng)目的土建、機(jī)電設(shè)備等相關(guān)信息，打造一個(gè)融設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等項(xiàng)目全生命周期的數(shù)字化、可視化、一體化系統(tǒng)信息管理平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的信息化。

2　BIM的概念和應(yīng)用

BIM概念產(chǎn)生于十九世紀(jì) 70 年代，是由美國(guó)喬治亞技術(shù)學(xué)院 Chuck Eastman博士提出的：“建筑信息模型綜合了所有的幾何模型信息、功能要求和構(gòu)件性能，將一個(gè)建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個(gè)單獨(dú)的建筑模型中，而且還包括施工進(jìn)度、建造過程、維護(hù)管理等的過程信息”[1]。除此之外，國(guó)內(nèi)外不同的組織和科研機(jī)構(gòu)對(duì)BIM概念的解釋還有很多種，但綜合來看都強(qiáng)調(diào)了以下幾點(diǎn)：①BIM是一個(gè)數(shù)據(jù)模型；②BIM 包含的信息不僅有設(shè)施或建筑物本身的幾何特征，還包括物理特性、功能特性以及相關(guān)的全生命周期各類信息；③BIM所包含的各類信息之間相互關(guān)聯(lián)，可以進(jìn)行運(yùn)算，強(qiáng)調(diào)了對(duì)信息數(shù)字化的要求[2-4]。

建筑信息模型不僅在工程的設(shè)計(jì)和施工階段通用，而且可以支持建設(shè)項(xiàng)目生命期的信息管理，使得項(xiàng)目全生命期的信息能夠得到有效的組織和追蹤，保證信息從一階段傳遞到另一階段時(shí)不會(huì)發(fā)生“信息流失”，減少信息歧義和不一致。美國(guó) bSa（buildingSMART alliance）對(duì)BIM在美國(guó)建筑、設(shè)計(jì)、施工領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)查研究，并總結(jié)了目前BIM的25種不同應(yīng)用[5]。其調(diào)查結(jié)果表明，BIM的應(yīng)用貫穿建設(shè)項(xiàng)目全生命周期，BIM應(yīng)用根據(jù)功能特點(diǎn)的不同，有些會(huì)跨越多個(gè)階段，如成本預(yù)算，有些則只是針對(duì)特定的階段，如場(chǎng)地使用規(guī)劃[6]。

BIM的價(jià)值是體現(xiàn)在建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期各階段的實(shí)踐。但是目前國(guó)內(nèi)BIM的應(yīng)用集中體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段，再加上各個(gè)階段相對(duì)獨(dú)立，項(xiàng)目各參與方信息傳遞過程中的丟失，各個(gè)階段的協(xié)同應(yīng)用還未很好實(shí)現(xiàn)，所以要想實(shí)現(xiàn)BIM的價(jià)值最大化，就必須在建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期中進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)同的實(shí)踐應(yīng)用。

3　軌道交通項(xiàng)目全生命周期的信息分析與BIM應(yīng)用

軌道交通建設(shè)項(xiàng)目不同階段責(zé)任方不同，生產(chǎn)目標(biāo)也不同，因此所生產(chǎn)和需要的信息也不同，并且某一階段產(chǎn)生的信息可能被其他階段的工作所使用，因此應(yīng)從全生命周期的角度對(duì)各個(gè)階段的信息進(jìn)行分析[7-8]。

3.1規(guī)劃階段

城市軌道交通是城市交通的大動(dòng)脈，起著骨干作用，因此在城市軌道交通規(guī)劃階段要做大量的準(zhǔn)備工作，特別是應(yīng)當(dāng)結(jié)合城市的總體規(guī)劃和交通規(guī)劃，進(jìn)行充分論證，以使項(xiàng)目更具合理性，并能保證城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展。影響城市軌道交通規(guī)劃的因素很多，包括自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、工程、環(huán)境等多方面，它們相互影響、相互制約，也導(dǎo)致了城市軌道交通規(guī)劃方案的多樣性。規(guī)劃階段的信息主要有地質(zhì)數(shù)據(jù)、道路幾何特征、人口密度、出行分布等，見圖1。將BIM技術(shù)運(yùn)用于軌道交通的規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，構(gòu)建3D模型直觀展示城市軌道交通整體的規(guī)劃布局、平立面分布、選址環(huán)境等，并賦予模型豐富的數(shù)據(jù)信息。本著城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展的思想，通過對(duì)這些模型信息的計(jì)算和分析，業(yè)主方可以選擇適合的路網(wǎng)規(guī)劃方案。

圖1　規(guī)劃階段信息框架

3.2設(shè)計(jì)階段

城市軌道交通的設(shè)計(jì)是多學(xué)科、多專業(yè)、技術(shù)含量高的結(jié)合，是規(guī)劃、客流預(yù)測(cè)、線路、站場(chǎng)、軌道、限界、行車組織、列車、建筑、結(jié)構(gòu)、橋梁、防水、施工技術(shù)、供電、通信、信號(hào)、環(huán)境控制、給排水、消防、防災(zāi)報(bào)警、設(shè)備監(jiān)控、自動(dòng)售檢票、環(huán)保等系統(tǒng)的組合[9]。相比規(guī)劃階段的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)階段的建筑信息模型更加復(fù)雜具體，需要?jiǎng)?chuàng)建大量的信息，并且會(huì)有大量的不同專業(yè)的相關(guān)人員介入此過程，包括建筑設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)工程師、水暖電工程師、造價(jià)工程師等等。設(shè)計(jì)階段的信息不僅包括軌道交通建筑實(shí)體的各基本對(duì)象（隧道壁、道床軌道、墻、樓梯、鋼軌、軌枕、樓板、門等）的規(guī)模尺寸、空間拓?fù)潢P(guān)系、空間分配關(guān)系、外觀真實(shí)表現(xiàn)等，還包括相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息、水電暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息等，見圖2。采用BIM應(yīng)用軟件進(jìn)行三維可視化設(shè)計(jì)，表達(dá)更形象，便于各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，避免沖突；所有信息一致、聯(lián)動(dòng)，并能自動(dòng)生成各類圖紙和數(shù)據(jù)表格，讓設(shè)計(jì)工作和決策更加高效、便捷；進(jìn)度和成本等數(shù)據(jù)的加入，讓決策管理更加科學(xué)。

圖2　設(shè)計(jì)階段信息框架

3.3施工階段

城市軌道交通地點(diǎn)多在建筑密集區(qū)域，交通情況復(fù)雜，各種地下管線密布；建設(shè)所需的機(jī)械設(shè)備龐大復(fù)雜、品種多、操作專業(yè)性強(qiáng)；工程多處于地表以下，地質(zhì)條件復(fù)雜、不可預(yù)見的因素多[10]。因此城市軌道交通的施工難度很大，且風(fēng)險(xiǎn)較高。在城市軌道交通的施工階段，設(shè)計(jì)階段通過BIM技術(shù)形成的建筑信息模型能給施工階段帶來很大的幫助。施工階段的基本信息可直接從設(shè)計(jì)階段的信息模型中提取，再從進(jìn)度、質(zhì)量、資源等方面進(jìn)行信息擴(kuò)展，逐步完善施工階段的信息模型。施工階段的擴(kuò)展信息是根據(jù)施工管理目標(biāo)增加的信息，主要包括進(jìn)度信息、成本信息、施工方案、質(zhì)量信息、安全信息、資源信息等。施工人員可以采用施工信息模型的可視化功能對(duì)施工中可能遇到的各專業(yè)、各系統(tǒng)之間如管線碰撞等問題進(jìn)行檢查，反饋并修改施工設(shè)計(jì)，從而減少返工現(xiàn)象并節(jié)約成本。還可以先應(yīng)用BIM技術(shù)中的模擬技術(shù)，進(jìn)行施工模擬、安裝過程模擬、結(jié)構(gòu)安全分析以及安全控制管理等，大大提高施工的安全可靠性，并避免不必要的返工，減少資源的浪費(fèi)，提高施工的質(zhì)量和進(jìn)度。

3.4運(yùn)營(yíng)階段

城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)階段是城市軌道交通建設(shè)的最后階段，也是規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段的最終體現(xiàn)。城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)管理包括城市軌道交通運(yùn)行組織管理、維護(hù)管理和經(jīng)營(yíng)管理三個(gè)方面。其中城市軌道交通運(yùn)行組織管理是指在一定的設(shè)備條件下，設(shè)計(jì)出良好的運(yùn)輸計(jì)劃，滿足乘客在出行安全、距離、速度、舒適性和準(zhǔn)點(diǎn)性等方面的要求[11]。在運(yùn)營(yíng)階段，可以向城市軌道交通的BIM模型注入關(guān)于客流數(shù)據(jù)、車輛的運(yùn)行記錄、維修記錄、財(cái)務(wù)狀況等信息。依據(jù)人流密度的變化，可以調(diào)整車輛的組織運(yùn)行方案；對(duì)財(cái)務(wù)信息的提取加工，可以進(jìn)行運(yùn)營(yíng)成本分析；通過維修記錄和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，能迅速發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)中的隱患，并能快速找到發(fā)生故障的位置進(jìn)行維護(hù)，保障運(yùn)營(yíng)的安全等等。

3.5全生命周期信息集成模型

城市軌道交通全生命周期信息集成的基礎(chǔ)和關(guān)鍵是創(chuàng)建BIM建筑信息模型。BIM中的信息是以建筑產(chǎn)品信息為核心的全生命周期信息，隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，各類信息不斷得到補(bǔ)充和完善。在設(shè)計(jì)階段所產(chǎn)生的主要是與建筑產(chǎn)品相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)，如幾何尺寸、成本數(shù)據(jù)、功能特性等，該階段的信息可集成為建筑產(chǎn)品信息模型；在施工階段，主要產(chǎn)生組織、過程、進(jìn)度等項(xiàng)目管理信息，將包含建筑產(chǎn)品信息的模型與項(xiàng)目管理信息相結(jié)合，形成施工信息模型；在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，將施工信息模型與包含有運(yùn)營(yíng)維護(hù)信息的設(shè)施管理模型相結(jié)合，形成運(yùn)營(yíng)管理信息模型，而運(yùn)營(yíng)管理信息模型就是最終所形成的城市軌道交通全生命周期信息集成模型。

4　基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理框架的構(gòu)建

城市軌道交通全生命周期信息的信息量大，來源廣泛，涉及多個(gè)專業(yè)、多個(gè)環(huán)節(jié)、多種渠道，信息管理十分復(fù)雜。傳統(tǒng)的信息管理方式凌亂無序，信息利用率低。因此基于BIM的信息管理框架的構(gòu)建思路的核心就是要改變傳統(tǒng)的信息傳遞和共享方式，通過BIM將不同階段、不同參與方之間的信息有效地集成起來，真正實(shí)現(xiàn)軌道交通項(xiàng)目全生命周期的信息管理。

基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理框架如圖3所示，該框架由數(shù)據(jù)層、模型層和功能模塊層三個(gè)部分構(gòu)成。

圖3　基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理框架

數(shù)據(jù)層是一個(gè)BIM 數(shù)據(jù)庫，它是信息管理框架的基礎(chǔ)。BIM 數(shù)據(jù)庫相當(dāng)于一個(gè)信息存儲(chǔ)平臺(tái)，保證不同BIM應(yīng)用之間的信息共享、提取、關(guān)聯(lián)及擴(kuò)展。通過數(shù)據(jù)層，可避免建設(shè)信息的重復(fù)輸入，減少不必要的人力和財(cái)力的投入，以提高信息使用效率，節(jié)約工期和成本。

模型層是承載信息的載體，它在基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理框架中起到了核心作用，因?yàn)槠溽槍?duì)功能模塊層不同的 BIM 應(yīng)用需求，從數(shù)據(jù)層獲取信息，產(chǎn)生相應(yīng)的子信息模型。在這個(gè)過程中，充分發(fā)揮了 BIM 的關(guān)聯(lián)修改、一致性、協(xié)同工作等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了 BIM 在全生命周期各個(gè)階段的集成應(yīng)用。

功能模塊層是由 BIM 在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用構(gòu)成，這些管理功能模塊會(huì)自動(dòng)將分析結(jié)果反饋給相應(yīng)的專業(yè)人員，由專業(yè)人員將信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到BIM 數(shù)據(jù)庫中，以方便后續(xù)階段、和參與方使用，提高信息的利用率，使項(xiàng)目效益最大化。

5　結(jié)論

將BIM技術(shù)引入軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理中，通過對(duì)軌道交通項(xiàng)目全生命周期各階段的信息分析與BIM應(yīng)用研究，提出基于BIM的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理框架，可以有效避免信息管理過程中信息流失和溝通不暢等問題，為軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理提供了理論支持，有利于全生命周期信息管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

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Research on Lifecycle Information Management of Rail Transportation Projects Based on BIM

LIU Li-na ZHANG Yi
(Shijiazhuang Institute of Railway Technology ShijiazhuangHebei050061China)

There are different kinds of parties working in building sectors throughout the lifecycle in rail transportation projects, which results in a complexity of large amounts of generated information. Hence it produces an obvious obstacle in information communication and information sharing among each party. Because of lack of information, it has much impact on the efficiency of project management. According to the information management through lifecycle in rail transportation projects, this paper carries out information analysis and researches the application of BIM at each stage of project construction. The lifecycle information management framework system of rail transportation projects based on BIM is proposed which implements effective information communication in the whole lifecycle of rail transportation projects. The research provides theory support to construction projects’ lifecycle information management.

rail transportation projects information management lifecycle BIM

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-1816(2016)03-0079-05

2016-06-18

劉麗娜（1979-），女，漢，河北石家莊人，碩士，副教授，研究方向領(lǐng)域?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)，數(shù)據(jù)挖掘。

河北省人力資源和社會(huì)保障研究課題（JRS-2016-1043）；河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（15270330）；河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)基金項(xiàng)目（ZD2016057）