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摘要：从BIM理念提出到目前已有50年的时间，住建部《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中明确要求建筑企业应积极探索“互联网+”形势下管理、生产的新模式，深入研究BIM、物联网等技术的创新应用，创新商业模式，增强核心竞争力，实现跨越式发展。而城市轨道交通作为重要的市政基础设施工程，其建设任务具有前期工作重、安全风险高、涉及范围广、参建单位多、建设资源紧、社会关注度高等显著特征，需要不断提升自身的建设管理水平，提升其总体主导能力、总包能力、系统总集成能力，及时而准确掌握并充分有效利用从规划设计到施工运维等多个阶段的复杂数据信息。BIM技术引入中国后，已经在其初始发展的建筑工程领域展开了广泛的应用，交通基础设施建设领域也对BIM技术由观望到重视，由尝试研究到试点应用，近年来BIM技术在城市轨道交通领域的应用越来越普遍，在北京、上海、天津、济南、青岛等地的轨道交通项目中均有应用。BIM作为一项有效数据集成工具，为实现该目标提供了技术手段和支撑，而如何在城市轨道交通建设中更好地应用BIM技术，以何种实施方法在城市轨道工程中加以应用推广，是亟待研究和讨论的问题。
关键词：BIM技术；轨道交通工程设计；应用
引言
轨道交通工程是一个复杂、庞大、阶段性很强的系统性工程，涉及设计单位、施工单位、业主方和相关部门的参与，这就需要多个专业之间和多个参与者之间的密切配合。对于轨道交通的设计单位来讲，在进行一个具体的轨道交通项目设计时，需要建筑、结构、暖通、电气、信号等多达20余种专业的设计人员协作才能完成。如何有效组织管理各类设计人员进行项目的协作设计是大部分设计单位面临的重要问题。因此，提高轨道交通设计行业协同管理水平，降低协同及资料文档流转成本是轨道交通设计信息化的重点发展方向。近年来我国轨道交通得到跨越式发展，在2017国际轨道交通产业发展峰会上，中国城市轨道交通协会专家学术委员会副主任李国勇表示“今后，轨道交通的发展方向应该是网络化、智能化、信息化。”在轨道交通项目设计的全生命周期中，整体项目的任务安排、项目进度以及项目把控需要有效的信息化管理。信息化的协同管理平台有助于解决因沟通不畅或沟通不及时导致的诸多错、漏、碰、缺等问题，也可以有效解决轨道交通项目设计过程中的任务调整与人员变更等。随着BIM技术的大力发展，国内也产生了大量的应用案例。
1轨道交通BIM应用的价值
BIM是英语Building Information Modeling的缩写，中文翻译是建筑信息模型。具体到轨道交通工程中，BIM是轨道交通项目信息的数字化表达，是建立完善建筑信息模型的行为，是一个可持续的协同工作环境。BIM技术是一种应用于工程设计、施工、运营全过程建造管理的数据化工具，运用参数模型，整合各种项目的相关信息，使其在项目策划、运行、维护的全生命周期中进行传递和共享，从而使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期各个方面发挥重要作用。BIM技术应用价值体现在各个阶段。可视化设计提升沟通效率，使设计意图能够及时展现；在复杂形体方案设计中，通过BIM技术的应用能使方案更加合理，减少工程浪费；在工程量统计中，利用BIM技术可实现快速核对工程量，避免因工程量统计错误导致的项目亏损；可视化交底、4D施工方案模拟等技术的应用，能对施工起到精确的指导作用。包括未来可实现的运维阶段的应用，可实现对工时、任务计划、事件等的提醒与报告。总的来说，BIM技术的应用在城市轨道交通方面的价值巨大，其优势也是不可逆转的，代表着未来的趋势。
2工程概况
济南轨道交通R3线在线网中是济南城区东部贯通南北向的一条市域快线，并连接济南新东站、遥墙机场等对外枢纽，远期越过黄河直至济阳副城。
济南轨道交通R3线一期工程南起龙洞庄站，主要经龙鼎大道、奥体西路、工业北路、济南新东站南北向主轴，北至滩头站（预留），线路长约21.592km，共设车站12座（并预留1座车站的设站条件），其中换乘站6座，平均站间距约1.778km。线路南端设龙洞停车场，北端设济南东车辆段。在奥体西路与解放东路交叉口西北象限设线网控制中心和本线一座主变电所，在济南东车辆段内设另一座主变电所。
本项目在施工图阶段，开始介入BIM服务设计，整个项目较稳定，所涉及到专业有建筑、结构、暖通、给排水、动照、弱电、管综、等专业，如图1所示。
图1
3 BIM技术在轨道交通工程设计中的应用
3.1三维设计平台
目前市场BIM核心建模软件主要有Autodesk、Bently、斯维尔等几家公司的产品，主要功能大致相同，可以划分为建筑、结构、机电系统、体量、场地和协作等功能，这些功能针对建筑行业的设计有较强的辅助能力。但城市轨道交通工程行业由于施工工法不同、专业种类繁多，区间工程呈带状分布等特点，对空间三维建模有更高的要求，现有BIM软件平台无法满足轨道交通工程项目BIM设计的需求，迫切需要建立全新的BIM三维设计平台，见图2。
图2城市轨道交通工程三维设计平台
为了提高城市轨道交通工程信息模型的建模效率，将城市轨道交通工程的构件按建筑、结构、暖通、给排水、电气、系统分为六大类，针对不同专业的特点基于Revit进行二次开发，结合企业构件库中的自适应族，提高城市轨道交通工程中常规构件的建模效率。随着地铁车站设计标准化程度的不断提高，车站中存在大量可重复建模的区域或者部件。通过充分利用Dynamo强大地参数化设计的能力将车站的尺寸参数化，用Dynamo驱动Revit中的自适应族实现参数化快速建模。
3.2协同设计
3.2.1体系结构设计
轨道交通项目协同设计管理平台采用分层思想，其体系结构如图3所示。
图3平台体系结构
该平台共分为5个层次，自顶向下依次为表示层、控制层、业务层、数据访问层和数据管理层。该平台采用B/S风格，业务处理和数据管理均部署在服务器上，用户只需要通过浏览器就能访问平台并完成业务。多级分层可提高平台不同功能模块的内聚性，降低功能的耦合，此外也可以提高平台的扩展性以及维护的便捷性。
（1）表示层：表示层主要以Web方式提供轨道交通项目协同设计管理平台的用户访问界面。项目管理人员、各专业设计人员、审核人员以及管理人员等通过浏览器登录认证后进入不同的功能界面，按需执行相应操作。
（2）控制层：控制层在表示层与业务层之间起到桥梁作用，将平台用户在表示层做出的不同操作请求转发到系统业务层，并将业务层处理结果再转发返回给表示层，实现了界面与业务处理的逻辑分离。
（3）业务层：业务层是平台所有功能服务的集合，轨道交通项目管理、自定义流程管理、BIM设计资料管理、消息管理、多级审核、归档管理、统计分析、用户信息管理等功能均在这一层实现。
（4）数据访问层：数据访问层介于业务层与数据管理层之间，负责对数据库和文档资料的访问与传递，可以访问数据库系统、二进制文件、文本文档或是XML文档等等，实现对需要持久化数据的操作。
（5）数据管理层：数据管理层主要包括结构化数据的管理及非结构化数据的管理。对于结构化数据，采用MySQL数据库来存储系统用户信息、项目信息、自定义流程模型、任务分配等信息。非结构化数据包括BIM设计模型、项目相关文档等，采用文件系统存储。
3.2.2平台功能结构设计
3.2.2.1用户信息管理模块
用户信息管理模块对现有的RBAC（Role-BasedAccessControl）机制进行了改进、并应用到了平台的用户管理中。通过将项目-用户-角色-权限关联，实现项目与用户的多对多、用户与角色的多对多控制和管理。该模块包括平台所有用户、角色、权限相关的功能集合。通过平台管理员或者人力资源管理员将所有参与平台使用的用户信息进行统一录入及实时维护。平台管理所有的业务角色，包括：生产管理员、总体、专业负责人、各专业设计人员、审核人员、归档人员等。设定每个角色拥有的功能操作和权限，对平台中的所有用户指定各自的角色，每个用户可以拥有多个角色，相应的也拥有对应角色的所有权限。
3.2.2.2项目管理模块
项目管理模块是包括平台项目相关的功能集合。在平台中创建新的项目，设定新轨道交通项目的名称、编号、地址等相关信息。项目负责人可以对项目信息进行更新修改，选定项目的参与人员，设定项目阶段，最后对项目进行归档，归档后所属项目资料进行整理存储。
3.2.2.3流程管理模块
流程管理模块结合工作流思想，针对某个体的轨道交通项目，由负责人设计出符合该项目整体及各专业规划，并绘制成可视化的流程图。流程管理模块对Activiti工作流引擎进行了改进，通过拓展及开发基于Web端的图形绘制界面，对各节点图标、节点信息描述以及节点属性进行轨道交通项目的专业化，使其充分符合项目设计需要。轨道交通项目总体根据具体需要，制定符合具体轨道交通项目工程特点的总流程，各专业负责人在此基础上制定各专业的子流程。轨道交通项目的实际执行均以设计好的流程进行。采用颜色标注技术将已执行和未执行的流程任务节点进行醒目标注，项目管理人员可以实时查看项目的进展情况，从而有效提升项目把控能力。
3.2.2.4其余功能模块
轨道交通项目协同设计管理平台除上述功能外还提供其他的一些基础功能，如：自定义审核管理、归档管理、搜索查询、消息通知管理、日志管理、统计分析等功能。结合消息提示功能对项目中参与人员进行实时任务通知，加强项目过程管理；自定义审核功能支持轨道交通项目的定制化审核流程，包括BIM设计模型的多级审核以及审核结果及时反馈。
3.3优化设计
工程项目的设计需要经过持续反复的优化过程，才能得到最优的设计方案。城市轨道交通建设项目的投资较大，线网规划的合理性会影响到整个城市的交通组织、经济发展、人口分布等，优化设计就显得更加重要。基于BIM技术能够更好地实现设计的优化，即根据需要创建的图纸类型，在BIM的视图中直接添加平面、立面、剖面、以及三维视图等不同的模型界面。在城市轨道交通的初步设计过程中，即可以利用BIM模型，在不同的参与方之间进行交通影响范围和疏解方案、换乘方案模拟、管线改迁模拟、设计方案必选、施工工法模拟等；而在施工图设计过程中，可以基于BIM模型进行设计的三维管线综合、限界优化设计、管线碰撞检查、日照分析、建筑能耗分析、工程量统计、大型设备运输等其它应用，以获得最优的设计方案。以管线的碰撞检查为例，城市轨道交通建设项目的设计有近30个专业，对于机电安装的综合布线而言，车站内的吊顶管线多，各个专业之间协调配合的工作量非常大，因此，设计中的管线综合排布一直是繁杂而反复的工作。而基于BIM技术的碰撞检查功能，可以在BIM三维建筑设计的基础上，对机电安装专业的管线、桥架等走向进行优化、标高进行调整，并通过碰撞检查发现各个管线之间是否存在标高等问题，实现了设计的优化，并且在很多情况下能够节省管线所需的空间。
结语
与国外BIM技术应用日渐成熟不同，国内BIM技术尚处于起步阶段，尤其是在城市轨道交通应用方面。本文以济南轨道交通R3线一期工程为例，实现了BIM技术在轨道交通方面的探索，为BIM技术取代传统的设计、施工、运营模式提供了可能，为今后全国各地轨道交通BIM应用提供了一条可靠的技术路线。
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论文作者:张翀
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第10期
论文发表时间:2019/11/4
标签：轨道交通论文; 项目论文; 技术论文; 平台论文; 工程论文; 济南论文; 数据论文; 《建筑细部》2019年第10期论文;