文/杨铭杰

随着城市经济发展以及交通运输量持续增大，带来环境污染、交通拥挤、能源危机等众多问题，而地铁作为主要的代步交通工具之一，具有速度快、无污染、高舒适度、高安全性、便利等优势，成为当前全球各大中型城市发展交通事业的首选。2016年9月，国家发改委加快对城市轨道交通网的批复进度，据不完全统计，到2020年，我国城市轨道交通投资额将超过万亿元。2017年年初，国务院印发《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，规划指出，到2020年全国城市轨道交通营运里程要达到9300km，届时北京、上海、广州、深圳等一线城市轨道交通将形成网络化系统。

资料显示，在工程建设业中，30%的工程存在返工现象，40%的工程存在资源浪费现象，超过40%的工程存在工期延误现象。而地铁项目具有投资大、建设周期长、涉及面广、施工空间小、施工工期紧、数据和信息处理的工作量大等特点，上述的返工、工期延误等现象会更加严重。无论是地铁的设计、施工还是运营管理，稍有不慎就可能出现工程拖延、运营故障等。如何在保证工期、质量、安全的前提下，以合理、全面的施工组织及高效的协同手段作为支撑，提升“效率”是建设各方都要面临的严峻问题。BIM技术的出现，将为解决上述难题提供新思路。

国内外地铁项目BIM应用现状

西方发达国家的城市地铁轻轨建设已渐入沉寂期，BIM技术的应用主要体现在改扩建、运营维护等方面。日前，欧洲最大的施工项目——Crossrail轨道工程，是综合铁路和地铁的大型轨道交通基础设施项目，涉及线路、电力、通信、信号、隧道，房建、通风、照明、给排水、机车、消防等十多个专业，专业之间既要保证高效准确的协同设计，又要保证大量复杂的数据在交流过程中不丢失，对管理平台要求非常之高。目前，该项目通过BIM技术的应用，在协同设计、施工控制、运营和管理等方面取得较好的应用成效；加拿大多伦多Spadina地铁扩建项目中，参建各方进行3D设计协同；洛杉矶Westside地铁延长线工程采用DB交付模式，业主方将BIM纳入承包方合约，要求以BIM核心规划管理整个建造过程。

国内而言，港台地区的地铁BIM应用也走在大陆的前面。早在2010年，香港的地铁车站中，已经有1/4的地铁车站完成BIM建模，部分车站利用BIM技术实现采光、能耗、烟雾、人流和可视化碰撞检测等深层次应用；台北捷运万大线工程全面导入BIM技术，尤其在设计讨论、细部设计应用、施工讨论、营建进度检视、设施资料管理与防灾动线讨论方面应用的较好。

大陆地区，许多业主、设计和施工企业也越来越重视地铁领域BIM的应用。尤其在一二线城市如上海、北京、天津、深圳、南京、无锡、宁波等城市的地铁项目中，业主在合同中明确要求设计中标单位提供三维模型，用于指导设计和施工。如上海地铁12号线采用BIM技术进行工程量计算、管线综合、三维点云扫描、预留孔洞、现场协调等应用；北京地铁10号线二期石榴庄站利用BIM技术建立模型，并进行采光和照明分析，以此为依据设置合理的人工光源的级别和位置。同时将工程做法、材料信息、设备信息整合到模型中，极大方便施工方施工，并向运营商提供详尽的后期运营管理资料。通过对天津地铁5号线已施工车站的调查显示，利用BIM技术后每个站可节约1个月以上的工期，节约因拆改产生的各类费用合计近100万元，同时也大大降低建设单位、设计单位和施工单位的管理成本，天津地铁5号线共计21个站采用BIM辅助设计技术，合计产生经济效益保守估计有几千万元。此外，上海地铁18号线、深圳地铁15号线、无锡地铁1号线等均不同程度的应用了BIM技术。

BIM技术在地铁领域的十大典型应用

1) 投资控制

地铁工程的计量工作在全过程造价控制中，不仅工作量大而且计算难度大，要在项目全生命周期不断地统计、拆分、组合和分类汇总各时间段和施工段工程量数据更是困难，落后的手工计算方式难以适应精细化造价控制的需求。基于BIM的造价管理，可精确计算工程量，快速准确提供投资数据，可减少造价管理方面的漏洞。另外通过减少返工和废弃工程，减少变更和签证，更可减少很多成本。这两方面都将大幅提升预算控制能力。

2) 碰撞检查

BIM技术强大的碰撞检查功能，将十分有利于减少进度浪费。大量的专业冲突延误了工程进度，大量废弃工程、返工的同时还造成巨大的材料、人工浪费。地铁工程设计专业多，管线复杂，而空间相对狭小，容易发生碰撞。特别是当前三边工程较多，专业冲突的现象十分普遍，返工现象常见。利用BIM系统实时跟进，可以第一时间反映和解决问题，带来的工期效益、成本效益和其他效益都是非常显著的。

3) 工程量计算

BIM 具有参数化的特点，这让模型可以直接用来计算与分析，BIM技术能够将模型所包含的工程量信息进行准确统计并进行工程量核算。利用BIM技术进行的工程量统计数据与BIM模型保持联动性，模型的更改情况能够及时的反应到对应的工程量明细表中。

利用其精确计算的工程量，可快速准确提供成本数据，可减少成本管理方面的漏洞，提升项目对车站成本的控制能力。

4) 施工模拟

BIM 模型中可以导入进度计划，动态显示模型进度，提前对施工场地布置、材料堆放、机械进出场路线、复杂节点等进行预演。在虚拟现实环境下，通过对施工整个过程的模拟，使得项目参与各方对项目开展有着更直观的了解。部分复杂部分的施工，还可以结合不同的施工方案在电脑里预演，实现施工方案的优化。在施工过程中，工程的梁、板、柱、墙、楼梯等，所有的标高、外形、材质、钢筋排布等相关数据资料都可以根据需要进行筛选、调用，快速便捷的导出表格。

5) 管线综合

在地铁车站项目的设计中,管线综合是重要而又繁琐的工作。管线综合问题处理的得当，既有利于地下空间的充分、合理、有效的适用，又有利于管线的施工安装和管理维护，同时还可以减少管线安装过程中的返工现象。否则会造成施工难度、施工周期、投资等的增加。

地铁车站综合管线十分复杂，主要包括通风空调、给排水、消防给水、动力照明、FAS、BAS、供电、通信、信号等，通过BIM技术可以更加直观、全方位的查看各种管线的位置，走向，高度，从而做出最合理的修改和排布，其中设计环节中往往会忽略施工安装、运营维护等实际问题，通过模型可以很直观的发现这些在设计环节当中不容易发现的问题。

在施工阶段BIM技术可以让设计和施工无缝沟通，帮助施工企业更直观、简单、高效的了解设计意图，而且如果设计阶段本身就采用了BIM技术，那么对于管线施工来说就有了很大的技术保障。

6) 可视化技术交底

BIM 的一大优点是可视化，可直观地看到建成后的效果。利用三维模型比二维图纸更加直观准确的优势，使用三维信息模型进行交底，使现场工作人员更准确的了解设计意图和施工难点，避免出现施工差错。地铁车站利用BIM技术对车站结构复杂梁柱节点进行精细化建模，使复杂区域施工，更直观，同时实现钢筋的精细化管理，使得钢筋下料更加准确，同时增加了钢筋的利用率，节约成本。

通过对复杂节点的施工工艺进行模拟，使工程技术人员更准确的了解施工流程，确保复杂节点的施工顺利进行。

7) 质量管理

利用 BIM技术构建建筑实体模型，提前预知建筑情况，可以有效地发现存在的问题，如通过检查碰撞与冲突，改进设计质量；三维实体模型，便于现场作业人员理解；在电脑中模拟建筑物的施工过程，优化施工方案。在施工过程中，利用 BIM 技术和视频技术进行施工质量的监控，及时发现相关质量问题，应用人员及时将问题发生的位置时间及问题的处理情况导入到BIM技术构建的施工建筑信息模型中，进行实时跟踪，实现质量动态控制和过程控制，可有效提升最终建筑质量。

8) 安全管理

地铁车站施工环境复杂，与施工现场外大量的行人、车流通常仅一墙之隔，可利用空间有限，而地铁车站施工工艺的复杂性导致施工作业空间存在多层次水平及垂直的作业面，给地铁车站施工带来较大的安全隐患。BIM 可以进行有效的冲突检测、施工模拟等，还可以在深基坑开挖时，根据基坑周边布点实时采集监测数据，在模型中反应各区域的危险程度，通过可行手段在时间和空间上定位报警，并在施工前给予直接的指导，减少由于危险区域不明确导致的坍塌事故的发生。

9) 设备管理

地铁工程的设备运维管理至关重要。竣工后，所有的管线、设备都在机房或者隐藏的吊顶之后，给维护管理带来极大难度。而在BIM模型中，可以将所有设备的信息都存放进去，且相互关联，成为一个巨大的设备资料库，是后期设备运营管理的重要资料来源。尤其是在设备发生故障时，可随时调取设备上游的相关电闸等信息，查找该设备的厂商信息和当时的验收报告等，及时高效解决问题。

如消防泵房的相关信息录入到BIM模型中，里面记录了材料厂商信息（厂家名称、厂家联系人、联系方式）、施工人员信息（施工单位、安装工、特种作业证）、材料检验信息（进货时间、检验状态、检验人员、试验记录）等等。这些信息都方便运营维护人员随时查看和调取。

10）协同管理平台

BIM模型中富含丰富的信息，又具备可视化的特点，可以成为项目各参与方最佳的协同沟通平台。可视化可以提高沟通效率，信息的一致性可以避免项目各参与方、不同部门之间的信息孤岛问题，及时有效的信息传递可以提升决策的效率和质量等。地铁项目的各项业务管理平台如能够与BIM平台结合，新的项目管理平台将极大提升工作效率。

BIM技术与其他技术结合，在地铁领域的创新应用

1) 与云、VR的结合

BIM、云、VR三种前沿技术进行跨界组合——“BIM云+VR技术应用”，应用BIM技术构建地铁工程管理云平台，运用数字化技术创建地铁施工全过程、各阶段三维模型，将以BIM、云平台为核心的多种前沿信息化技术有效融合、深度对接，实现远程、实时、精细化协同管理，提高项目管理效率。同时，融合BIM技术与VR技术优势，还可建基于VR的安全教育体验馆。通过虚拟体验，实现安全培训的场景化真实体验，大大提高了对作业人员的安全教育成效。

2) 与GIS技术的结合

在地铁项目中，一般是建立BIM+GIS 的地铁设施资产及运营维护管理系统。该系统利用竣工BIM 模型，将设施资产管理与设备运维管理集成到三维可视化平台，并结合物联网技术，将各设备的使用情况纳入到系统的管理范围，进行现场管理。

3) 与移动端的结合

在以网络沟通为主导的社会交往形式下，以更加便捷的网络沟通方式，为用户提供更加丰富的服务。以此为平台，既方便了BIM应用的交流沟通，也改变了以往呆板的交流方式。

4) 与大数据、云计算的结合

BIM的信息化核心特征决定了BIM的数据必将朝着数据共享、协同应用的方向发展，改变现有的工程设计、管理模式。项目管理有关的文件数据，以及通过支持协作工作流程建设现场为主的BIM协同解决方案，为云服务的基础上以数据为中心的各种BIM协调提供了可能，同时对于参与施工现场项目的团队来说，方便了他们之间的沟通合作。在任何时候，项目的参与者都可以直接地共享精确到具体部位的工程信息。

5) 与数字化捕捉技术的结合

BIM技术应用不光可以应用于新建工程，在国内还有大量既有建筑需要进行数字化、信息化处理。数字化建造通过BIM技术的适当介入，在可控制的范围内使传统施工方法通过参数化辅助建造的模式获得新生。项目部利用3D模型检测碰撞，为施工提供最优化管线综合设计；4D进度模拟，模拟施工进度，指导项目计划管理的顺利实现；BIM结合预制加工，有效地避免了场地狭窄等局限性，完成了风管传统加工模式到工厂预制化模式的华丽转型；虚拟仿真，将施工方案进行预演，方案实施过程一目了然……全数字化运维管理系统是未来智能型城市的雏形，数字化建造也将成为未来工程发展的方向。

BIM技术在地铁领域的未来

目前，BIM技术的应用还处于初级阶段，地铁领域更是如此。大量与轨道交通相关的基本标准化构建还需要建模研发，BIM标准还在编制中，不同软件建的数据打通还面临较大困难，整个BIM的实施方法论还不够成熟。

但BIM的发展前景不容置疑，BIM技术与物联网、云技术、大数据、管理信息系统等的结合将是未来的发展趋势，大有可为。