基于BIM的工程数字化技术在轨道交通行业应用现状分析

基于BIM的工程数字化技术在轨道交通行业应用现状分析

王波

中电建重庆勘测设计研究院有限公司

摘要：传统的BIM技术主要通过创建信息模型来优化施工建造方案，从而提前发现问题并规避问题。近年来，随着BIM技术与工程建设的结合度越来越高，工程信息化人员结合GIS、大数据、云计算等数字化、智慧化手段，将传统技术优化提升到管理优化的层面。通过构建工程数字化管理平台，对项目全生命周期信息的收集、分析、筛选与传递，将设计、施工过程的工程数据传递到运维阶段。通过构建数字化管理模式，取代传统的管理方式。本文以轨道交通行业为例，分析了当前工程数字化技术在轨道交通行业内的应用现状。

1.前言

轨道交通凭借其卓越的客运能力、便捷性、准时性和环保特性，已经逐渐成为城市交通的中坚力量。在国家推动交通强国的政策背景下，轨道交通建设正在迎来全新的发展趋势。然而，轨道交通行业包含众多庞大且复杂的系统工程和设施，涉及众多部门参与、协调难度高、建设周期长且技术难度大。

工程图纸作为工程建设的基石，传统的二维制图方式难以准确识别施工方案中的“错、漏、碰、缺”，导致在整个项目建设过程中，各部分需要不断协调、反复调整，从而造成时间、人力、财力和物力等资源的浪费，甚至可能引发各部门之间的相互推诿。

BIM技术的引入可以有效地解决该类技术问题，随着新技术的诞生也使得项目乃至企业管理模式的转变。在轨道交通行业中，BIM技术主要应用于两个方面：一是以BIM模型为基础的可视化应用，旨在解决工程设计（包括规划设计）和施工过程中的技术重点和难点，以减少设计误差、优化施工方案；二是以BIM模型为基础的数字化管理平台，用于对工程设计、施工、运维等阶段的各种元素进行管理，实现精细化管理，降低建造和运维成本。

2.基于BIM的可视化应用

BIM技术的可视化应用主要贯穿工程的设计、施工两个关键阶段。通过构建BIM模型，项目的设计意图得以直观呈现，使设计者能够更直接地传达设计理念、优化设计方案、减少设计误差。同时，执行者能够更清晰地理解执行要求，提升执行能力，从而提高成果质量。这种可视化应用在提升整个工程的品质方面具有积极作用。当前，在工程建设行业中，基于BIM的可视化应用已经相对成熟。无论是在轨道交通、市政交通领域，还是在其他相关的民用、公共或工业建筑领域，BIM技术的契合度都相对较高。这种技术的应用范围不断扩大，为工程建设行业的发展带来了积极的影响。

2.1.不同阶段的主要应用点

设计阶段：

BIM技术在设计阶段的应用涵盖了规划、初步设计、施工图设计及施工配合等阶段。在规划阶段，BIM技术的重点在于确定整体方案，通过采集沿线范围的数据，形成倾斜摄影和正射影像可视化资料，结合建模工具进行线路选型、场地分析、站位确定及投资估算等应用。在初步设计阶段，通过构建BIM模型，进行协同设计、模拟分析、设计深化、工程量统计及管线综合等应用。

施工阶段：

BIM技术在施工阶段的应用主要是对设计方案和施工方案进行优化，应用点涵盖场地布置、管线迁改、工序模拟、工艺模拟、设计深化、可视化交底等内容。该阶段的应用以设计阶段所形成的数字资产为基础，例如：通过倾斜摄影模型对沿线场貌进行分析，综合分析现场地貌，规划办公区、作业区等现场布置方案，开展场地布置应用；结合周边道路环境，制定项目施工占地方案，对现场交通进行导改；通过设计模型，对设计方案进行深化，形成深化模型，构建现场孔洞预留预埋图册，指导土建阶段的施工，以减少后期返工。

2.2应用工具

BIM软件是创建信息模型的核心工具，自2003年“BIM”概念被提出以来，经过近二十年的发展，行业内广泛使用的BIM软件主要分为三大类别：（1）以Revit为代表的欧特克系列软件（简称A平台）；（2）以MicroStation为代表的Bentley系列软件（简称B平台）；（3）以CATIA为代表的达索软件（简称C平台）。虽然3Dmax、SketchUp等三维建模软件在行业内也被广泛使用，但由于它们创建的模型不包含模型属性，因此并不属于严格意义上的BIM软件，不过在BIM应用过程中，这些软件仍可以通过其强大的可视化性能提供辅助。值得一提的是，C平台软件主要适用于工业制造领域，在工程行业的应用相对较少，因此本文将重点分析A平台和B平台。

2.2.1A平台系列软件

Autodesk为建筑工程领域提供了专业的BIM系统平台和具有针对性的完整解决方案。覆盖了整个土木工程领域内包括建筑、结构、水暖电等多专业的应用需求。其中，面向建筑行业的是Autodesk Revit软件产品，而面向基础设施行业的是Civil 3D软件。同时，为了进一步扩大BIM的效用，Autodesk还提供了一套包括项目虚拟可视化和模拟软件的补充解决方案，如InfraWorks、Dynamo和Navisworks等。

在城市轨道交通工程领域，Autodesk的BIM软件主要包括Revit和Civil 3D。Revit软件广泛应用于各类标准性建筑中，它具有简单易懂、上手快速、成本低、资源丰富等优点。由于该软件的开放性强，许多国内外软件商在其基础上进行二次开发，如红瓦建模大师、橄榄山快模等，这些二次开发的软件可以进一步提高操作人员的建模效率。同时，许多软件供应商围绕其提供了一系列配套的辅助软件，如模型审查工具Navisworks以及模型渲染工具Fuzor和Lumion等。

另一方面，Civil 3D软件主要适用于线性结构和工程的设计。它可以根据实际地理环境和工程需求创建精确的地形地貌、区间、道路、桥梁等模型。结合Dynamo设计工具，可以实现模型创建的自动化和参数化，从而弥补了Revit软件在线性结构工程设计方面的不足。

综上所述，Autodesk为建筑工程领域提供了全面而专业的BIM解决方案，无论是建筑行业还是基础设施行业，都能得到充分的支持和帮助。

软件的优劣势

1）数据格式不统一：A平台部分软件是由欧特克公司收购而来，因软件底层架构的不同，致使不同软件之间存在数据格式不统一的问题，模型在不同软件之间进行交互需要进行数据转换，这也就导致模型参数、属性等容易丢失，甚至模型的损坏。

2）对异形结构的支撑能力差：Revit软件由于其底层架构的交互逻辑较为简单，使得建模过程相对容易。然而，这也导致了其难以实现复杂结构的模型创建，比如在进行异形建筑、线性工程等模型时，用户不得不采用其他软件来进行创建。

3）软件使用能力：Civil3D软件在线性结构方面虽处理能力较强，但对异形建筑的支撑能力仍是较弱。同时，该款软件上手难度较大，初学者需要花费较长的时间来掌握其复杂的功能和工作原理。

2.2.2 B平台软件系列

Bentley系列软件专注于基础设施建设领域，覆盖工程建设的全生命周期。该系列软件的专业性强，针对不同专业提供了相应的设计软件，如OBD、ORD、OBM等，这些软件都内置了部分其他相关专业的功能模块，以满足不同专业的需求。同时，每款软件中都内嵌了MS基础建模软件，可以实现对不同专业、不同类型的三维模型的创建，尤其是对异形结构的支撑力度非常好，结合参数化工具，可以实现几乎全专业模型的创建。

Bentley系列软件的最大优势在于其统一的数据架构，这使得不同软件之间的数据可以完全交互。不同专业的设计软件均可实现对其他专业的模型的展示和基础性编辑，可以完全确保数据的完整性。结合ProjectWise项目协同管理软件，可实现项目全专业的协同生产。

2.3主要问题

1）学习成本高，Bentley软件相较于其他系列软件专业性较高，使用者需要使用大量的时间去学习，软件费用高，很多中小型BIM团队难以承担高额的使用费用，也导致了Bentley软件在国内的市场占有率少、学习资源少。

2）开放性弱，Bentley软件相对较封闭，使用者可以在原有数据架构的基础上进行调整、优化，但不会改变原有的功能架构，难以提高使用者的建模效率，想要在原基础上进行定制性开发难度较大。

3.基于BIM的数字化管理

以BIM为基础的数字化管理方案在轨道交通建设管理模式与项目业务管理流程的需求下，将BIM、GIS、云计算等高新技术相融合，实现数据、业务、管理一体化。该方案为项目各参建方提供了一个平台，使他们能够方便地进行数据填报。平台还具备强大的数据分析、筛选、提炼功能，从而能够辅助管理方的决策。此外，该方案还实现了人与机的交互，帮助管理人员更好地对项目进度、质量、安全进行管控。

通过以BIM为基础的数字化管理，各参建方可以更高效地进行协作和沟通。同时，数字化管理还可以提高数据真实性，积累数字资产，从而更好地支持项目管理决策。最终，该数字化管理方案可以解放生产力，控制生产成本，提高项目管理的效率和精度。

总之，以BIM为基础的数字化管理方案是一种创新的管理模式，能够将各种高新技术与项目管理业务相结合，实现数据、业务、管理的一体化。这种方案可以提高项目管理的效率和精度，降低生产成本，积累数字资产，从而为轨道交通建设带来更多的机遇和优势。

3.1安全管理

3.1.1主要管理模式

在轨道交通行业中，安全生产是至关重要的目标。为了实现这一目标，需要建立一个更加系统的管理体系和科学的管理方式，涉及多个主体、专业、工种和人员，并采用高技术。在数字化建设管理平台上，目前可采用以下项目安全管理方式：

（1）通过平台展示安全管理方案，并使用动画、模型、图片等立体化素材进行辅助，结合WEB端和移动端，实现全员的可视化交底，从而加强安全教育。

（2）通过平台上报现场安全隐患和安全问题，落实责任并给予反馈，形成安全管理闭环，确保安全生产和加强安全管理。

（3）为项目作业人员配备必要的安全监测设备，并将其与系统平台接入，实时监测和警报人员安全体征，实现人员生命体征的智能化监测，加强动态预警。

这些措施有助于确保项目的安全生产和文明施工，提高项目管理的效率和精度，降低生产成本，并积累数字资产。通过这些措施的实施，可以更好地保障轨道交通建设的顺利进行和安全运营。

3.2进度管理

在项目建设过程中，结合工筹组织，制定合理的项目进度计划与保障措施，并及时追踪和监管工程建设情况是至关重要的。基于BIM的数字化管理平台可以实现项目进度管理体系与BIM、信息化、数字化相结合，从而实现以下主要功能的进度管理模式：

（1）制定项目进度计划，并将进度计划与BIM模型相关联，通过可视化视角查看工程建设状态，形成更加直观的工程动态管理。这有助于更好地了解项目进展情况，及时发现和解决问题。

（2）基于BIM模型完成项目计划进度与实际进度的填报，并通过数据识别、筛选、汇集形成项目管理必要的数据报表。这可以提高数据的准确性，减少内业数据成本，为项目管理决策提供更加准确和支持的数据。

（3）通过计划进度与实际进度的对比，自动生成项目进度偏差值，并形成相应的报表与模型对比。项目组成员可以根据差异值制定相应的资源投入计划，从而实现智慧化的进度管理。这有助于更好地了解项目进展情况，及时发现和解决问题，并优化资源投入。

综上所述，基于BIM的数字化管理平台可以实现项目进度管理的数字化、信息化和智能化。通过制定合理的项目进度计划与保障措施，及时追踪和监管工程建设情况，结合工筹组织，可以更好地实现项目建设的顺利进行和安全运营。

3.3质量管理

在轨道交通行业中，施工周期长且面对复杂的工程环境，往往存在质量管理困难的问题。基于BIM的数字化质量管理侧重于项目质量管理体系，包括质量管理、质量验收等，可以有效地解决这些问题。具体实现方式如下：

（1）在建设过程中，对质量问题进行收集与上报，并通过BIM模型定位展示，将质量问题责任到人，及时整改并反馈，形成质量管理闭环。这样可以更好地追踪和管理质量问题，确保项目质量得到保障。

（2）满足包括检验批、分项工程、分部工程、单位工程的质量验收，每项任务完成后对比分析质量整改情况，实现线上的质量验收，并可自动生产符合工程管理需要的报表进行质量备案。这可以提高验收效率和精度，确保项目质量符合要求。

综上所述，基于BIM的数字化质量管理可以有效地解决轨道交通行业中的质量管理问题，提高项目质量管理的效率和精度，确保项目建设的顺利进行和安全运营。

3.4成本管理

基于BIM的数字化本管理是BIM模型与信息化技术的深度融合，目前尚未较成熟的应用方案，多数信息化平台主要通过量价信息的整合，实现项目施工成本的归集与结算。该管理模式将工程建设过程中的进度、质量、安全等模块相结合，使各个模块的信息可以相互关联和交互。以下是基于BIM的数字化本管理的主要功能：

（1）支付申请：此功能支持施工单位和劳务班组的周期性请款，并上报完成的工程量清单。项目管理人员可以根据工程量完成情况选择是否支付，满足项目情况的流程需求。

（2）清单管理：根据施工单位上报的请款项，筛选工程完成情况，并自动归类形成零号工程量清单，并与上报的工程量清单进行对比形成工程量差异情况表，辅助项目组对工作完成情况的复核。

通过这种基于BIM的数字化本管理方式，可以实现工程建设过程中信息的高度集成和共享，提高项目量价管理效率和精度，确保项目施工成本的准确性和合理性。同时，该管理模式还可以加强项目管理人员对工程进度的掌控能力以及对工程质量、安全的监督能力，有助于实现项目的整体质量和效益目标。

3.5主要问题

基于BIM的数字化管理平台在国内外的应用确实面临一些挑战和问题。以下是这些问题的具体分析：

（1）不同项目的管理模式不一样，管理的业务逻辑也不同，没有一个相对标准化的平台可以实现全业务流程的管理。这是因为每个项目都有其独特的特点和需求，很难建立一个通用的管理平台来满足所有项目的需求。因此，需要针对每个项目进行定制化的开发和管理，以实现其独特的管理模式和业务逻辑。

（2）BIM模型实现构件级的展示，与业务流程相结合需要进行构件级的业务关联、信息收集与填报，关联工作量大，需要投入大量的时间和人力成本。目前尚无较好的技术方案可以实现自动化关联。

（3）业务流程与BIM模型无法实现全面的关联关系，并非每一个管理要素都可以通过模型进行展示，导致部分业务逻辑无法通过模型在平台上进行体现。如若同一管理元素无法统一管理逻辑，势必造成管理混乱，因此如何有效的将所有管理要素与BIM结合还有待突破。

（4）基于BIM的数字化管理方案尚不够完善，无法全面替代原有的工作模式，部分工作在开展过程中反而会增加参建单位重复的工作量，因此主观上会被参建单位有所排斥。因此，基于BIM的数字化管理模式还存在一些技术和管理的难点和挑战。

综上所述，为了解决这些问题，还需要加强基于BIM的数字化管理的研发和实践，不断完善平台的功能和性能，提高其易用性和可维护性。同时，需要加强对参建单位的培训和支持，帮助他们更好地应用和管理基于BIM的数字化管理平台。

4.结语

在数字化和智能化蓬勃发展的今天，工程数字化已经成为工程建设领域的新趋势，并且已被广泛认可。不论是在技术应用还是项目管理层面，工程数字化技术已相对成熟，但想要更好的将BIM技术与工程建造相融合，仍有许多亟待突破的地方。

参考文献

1]洪敏.城市轨道交通工程施工项目安全生产精细化管理措施研究[J].工程技术研究,2020,5(20):171-172.

[2]协会快报：2020年上半年中国内地城轨交通线路概况[J].城市轨道交通,2020(07):42.

[3]毛保华,孟冉,陈海波.城市轨道交通中信息技术的应用与规范化管理[J].北京交通大学学报(社会科学版),2020,19(04):15-22.

[4]于淼,任传斌,李珂,韩德志,朱霞,冯增文. 城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用[A]. 中国城市科学研究会数字城市专业委员会轨道交通学组.智慧城市与轨道交通2020[C].:中城科数(北京)智慧城市规划设计研究中心,2020:5.

[5]冯增文,李珂,李梓豪,任传斌.低空无人机的倾斜摄影测量技术在城市轨道交通建设中的应用[J].测绘通报,2020(09):42-45.

[6]杨战勇.某轨道交通1号线盾构施工安全风险管理[J].科技经济导刊,2020,28(27):53+52.

[7] 孙超.BIM技术在城市城市轨道交通中的应用[J].交通世界,2019(25):164-167.

[8] 李想.BIM技术在施工阶段深化设计中的应用[J].城市建筑,2020,17(03):122-124.

[9] 辛业洪.BIM在建筑全生命周期中的经典应用[J].住宅与房地产,2020(02):46-57.