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BIM應用現狀分析-中國軌道交通工程中的BIM技術應用現狀
發布時間:2019-05-14 11:39:50閱讀:次收藏
摘要:BIM應用現狀分析-中國軌道交通工程中的BIM技術應用現狀</h1>前言隨著國內經濟快速發展,對于基礎設施的投入也越來越多,尤其是城市軌道交通的建設正計劃性地蓬勃發展,同一時期BIM技術也在工程界革命性地推廣。國內很多企業開始嘗試將BIM技術引入軌道交通建設中,本文通過綜述國內在城市軌道交通各階段的BIM應用,詳細討論了城市軌道交通設計、施工、運維階段的BIM應用現況,并提出國內目前軌道交通BIM發展的未來趨勢。現狀分析近年來,國內在城市軌道交通的建設中,呈現出計劃性的拓展浪潮。2017年3月印發《“十三五"現代綜合交通運輸體...

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前言


隨著國內經濟快速發展,對于基礎設施的投入也越來越多,尤其是城市軌道交通的建設正計劃性地蓬勃發展,同一時期BIM技術也在工程界革命性地推廣。國內很多企業開始嘗試將BIM技術引入軌道交通建設中,


本文通過綜述國內在城市軌道交通各階段的BIM應用,詳細討論了城市軌道交通設計、施工、運維階段的 BIM 應用現況,并提出國內目前軌道交通BIM發展的未來趨勢。


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現狀分析

近年來,國內在城市軌道交通的建設中,呈現出計劃性的拓展浪潮。2017年3月印發《“十三五"現代綜合交通運輸體系發展規劃》中指出交通運輸發展到2020年,要求基本建成安全、便捷、高效、綠色的現代綜合交通運輸體系,部分地區率先實現交通運輸現代化。政策強調未來高速鐵路覆蓋80%以上的城區常住人口,城市軌道交通運營里程比2015年增長近一倍,至2020年,城市軌道交通將擴展到79個城市,規劃總里程1.4萬公里,遠景設想總規模3萬公里左右。與此同時,國內推行的“一帶一路"戰略為軌道交通產業發展帶來了新契機。城市軌道交通作為國內重點工程、國家代表工程,更是肩負著示范作用。國內各大企業也在政策支持下,紛紛將市場擴展向邊境國家以及“一帶一路"沿路國家。整體而言,國內城市軌道交通建設呈現出規?;燜倮┱?、多制度式結構協調發展、網絡化統籌運作、集約化資源共享的發展趨勢。


BIM發展

工程建設蓬勃發展的同時,建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)也在國內工程界被積極的推動。在新一輪科技革命和產業變革背景下,BIM的出現為工程界整合新技術的實現帶來了可能。BIM是涵蓋工程信息、互聯網與可視化的整合集成,為工程規劃、設計、施工及運維等環節提供“模擬和分析"的統一科學協作平臺,通過運用三維數字模型對項目進行分析與管理達到質量與安全的保證,最終高效地完成工程要求。由于BIM所帶來的巨大好處,《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》發展目標中提出各大企業需增強BIM、大數據、智能化等信息技術集成應用能力。交通運輸部明確提出《推進智慧交通發展行動計劃(20172020年)》在基礎設施智慧化方面的要求:推進建筑信息模型(BIM)技術在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理全生命周期的應用,大幅度提升基礎設施建設和管理水平。國家政策的大力推動下,各地也相繼出臺政策予以支持、鼓勵BIM的推動,有些地區規定強制使用BIM技術,如成都市就將采用BIM技術作為施工圖審查合格與否的強制要求。BIM時代的來臨,城市軌道交通工程作為國家重點工程、代表工程,將BIM技術整合應用于城市軌道交通工程是必然趨勢。同時從國際先進發展趨勢中可知,將先進信息化、智能化技術與 BIM 相結合,應用于城市軌道交通全生命期創造更大附加價值,也是各國致力研究和攻克的方向。


交通應用  

BIM在城市軌道交通工程全生命周期應用中涉及規劃、設計、施工、運維和拆除等五個階段,目前在城市軌道交通工程對于BIM技術的應用主要在設計、施工和運維階段。


設計應用    

城市軌道交通的生命周期一般長達數十年甚至上百年,相對來說其設計階段的時間很短,但影響卻是最為深遠的。縱觀整個建設項目,設計階段的投資只占建設項目總投資的2到5個百分點,卻決定了該工程項目75%以上的內容。這是由于設計時間位于整個軌道交通生命周期的前端,是整個建設項目信息大量生成的階段,設計質量的良莠不齊不只影響到整個工程的投資造價,更影響到完工以后長時間的運維使用。



由此,對于BIM技術在設計階段的應用最早也最為廣泛。在規劃設計階段,北京城市軌道交通大興線工程韓園子站就采用一體化設計,通過BIM的三維模型和地面仿真技術將周邊用地規劃、公共交通銜接、商業設施開發等因素相結合,實現地上地下一體化設計;張鄰研究整合BIM與GIS,通過數據轉換將BIM模型導入GIS平臺中,利用Civil3D、Radiance和 Ecotect Analysis 等軟件進行場地自然條件的模擬來分析場地的選址情況。


在城市軌道交通設計中還需考慮線站比選、交通疏解和管道改遷。選線設計中,西南交大易思蓉教授團隊提出了一種多源空間信息集成的選線系統虛擬地理環境建模方法,通過對地質不良區域對象與三維地形表面融合建模方法的研究,將不良地質對象信息向量邊界識別、柵格圖像融合和動態屬性提示的方式進行建模,實現了軌道交通選線系統中不良地質資訊的動態交互式三維影像表達,有助于輔助選線工程師開展環境選線、地質選線;城市軌道交通多數在城市施工,施工過程中必將對城市交通產生影響,深圳地鐵施工前就通過BIM技術設計模擬施工中交通疏解方案,通過對比選擇對環境影響最小的方案;國內很多城市地鐵設計中開始普遍應用BIM技術進行管道改遷,如上海地鐵9號線、青島地鐵1號線等將規劃線路及月臺與周邊建筑、地形、市政設施進行綜合協調,統計管線搬遷工作量,預先控制了風險,提高了項目協調效率,獲得了明顯的效益。


除以上應用外,很多建設企業也開始了協同設計、碰撞檢查以及軌道交通沿線景觀的快速建模等應用。碰撞檢查是BIM帶給建設單位最直接的效益,通過BIM三維建模,可在設備安裝之前先進行各專業之間及專業內部的管線碰撞檢查,提前發現設計可能存在的碰撞問題,減少施工階段因設計疏忽造成的損失和返工工作,提高施工效率和施工質量;王永義等人研究探討了BIM協同設計在設計、施工和管理中的價值,并在客運項目中落實實施,取得了良好的效果;考慮到用BIM進行城市軌道交通三維線路設計的需求,呂??熱搜芯炕贕oogleEarth軟件批量獲取城市空間坐標數據和數字正射影像圖,構建城市三維地形。并采用skyline軟件的二次開發技術,集成城市三維地形和各種建筑物三維模型統一,實現了城市景觀的快速建模。


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施工應用  

隨著國內對城市軌道交通BIM理念的不斷深入,BIM技術在施工實踐中也逐漸開始展現優勢。軌道交通工程涉及多種專業的協同與整合,在施工過程中常面臨特殊的地質與環境狀況,加上工期緊、工區小、參與單位多,增加了施工管理的難度。當前,城市軌道交通的施工管理面臨精細化發展的變革,大量信息數據需要及時處理分析,進而為管理提供決策支持,這將推動施工管理由傳統的流程化管理模式向數字化管理模式轉移。


基于國內對于施工階段的BIM需求,其應用實踐也逐步開始展開。在上海軌道交通13號線施工中,工程師蔡蔚組織團隊對BIM軟件進行二次開發,將3D模型與時間,資源相結合形成5D管理,自動輸出每個施工節點的工程量從而有效地管控成本;清華大學張建平團隊則基于4D施工資源信息模型研究開發了4D施工資源管理系統,說明施工管理者即時掌握工程量的計劃完工和實際完工情況,做到對施工成本的動態監控。安全、質量和進度是城市軌道交通施工過程中關注的重點。


劉麗娜等人將4D-BIM技術引入石家莊地鐵1號線建設中,實現施工過程的可視化動態管理,并提出基于4D-BIM的軌道交通項目施工進度風險預警模型,說明施工方及時發現施工中可能存在的問題,以便提前制定預防措施優化施工方案,從而提高城市軌道交通項目管理水平和進度控制能力;對于安全和質量的控制,王榮權等人研究軌道交通施工過程中對基坑及對周邊環境影響的監測監控問題,通過研究控制監測范圍、對象、布點、控制值和監測精度指標等來有效降低施工風險;長沙地鐵3號線利用BIM技術“透視"施工過程,保證項目在道路下方施工的順暢,使車站與原有地下商業空間無縫對接,提高施工質量,節約成本;在軌道交通實際施工中常常需要采用一些重難點施工方案和特殊施工工藝,為保證施工效果,部分企業已經開始運用BIM三維模型進行仿真模擬,找出方案中的不足進行修改,并在施工過程中,給施工操作人員進行可視化交底,降低施工難度,做到施工前的交底有的放矢,確保施工質量與安全。


運維應用  

在城市軌道交通生命期中,運維階段占據了絕大部分。從成本分析的角度來看,設計和建造成本只占到了整個建筑生命期費用的20%至30%左右,而運營維護費用卻占到了全生命周期費用的67%以上。此外,運營階段更是直接面對民眾,承擔民眾生命財產安全,以及評價城市軌道交通建設是否發揮預期功能的關鍵階段。雖然國內軌道交通建設如火如荼,但是大規模建設過程中對于BIM技術在后期運維管理的應用相對較少。


城市軌道交通運維管理中涉及機電、通信、車輛安防等諸多專業,各個專業都有各自的管理系統研究,如華東院王荃針對綜合安防系統的故障特點,提出了可供選擇的容災容錯管理模式,以提高軌道交通運營調度管理水平;李可可等人針對傳統軌道交通空調系統冷水機組制冷量過剩、冷凍和冷卻水流量無法自動調節等問題,設計了一種新型節能控制系統,分析車站冷負荷變化規律,對系統進行集中監控,從而降低耗電量;中鐵第四勘察設計院韓冶結合電能計量及能源管理系統的設計方案,闡述城市軌道交通中電能計量的一般設計方法和存在的問題,并在此基礎上研究能源管理系統在城市軌道交通中的應用方案,從而降低運營成本,提高能源利用效率。以上應用研究雖都取得良好效益,但均未結合BIM技術,若能結合BIM技術充分利用項目設計、施工中的大數據,集成各專業系統于一體化平臺上必將給城市軌道交通運維管理帶來巨大效益。


上海交大賴華輝等人通過調研上海軌道交通運維管理的模型交付需求,結合軌道交通BIM模型的建模經驗,研究分析BIM模型的建模對象及其屬性信息,提出軌道交通BIM模型的交付標準,以便利運維管理模型的應用;馮延力通過研究國外Archibus等FM(設施管理)管理系統,提出基于BIM的設備設施運維管理系統;在實際工程中,武漢地鐵和成都地5號線已在項目實施階段中定義地鐵運營維護管理系統需求,并設計空間管理、設備管理、安防管理和工單管理等功能???,建立基于BIM的云端地鐵運營維護管理系統,達到永續經營目的。


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周期應用

綜上,國內在城市軌道交通工程建設中已逐步引入 BIM 技術,并廣泛滲透入建設周期中的各個階段。


但是,BIM的應用應該是貫穿軌道交通全線和全生命期的,其龐大的信息數據才能得到合理地利用。而由于國內目前尚沒有針對軌道交通統一的BIM應用標準,城市軌道交通的設計、施工和運維又往往由不同單位執行參與,所以以上BIM應用均屬于各階段的分散應用,當然國內也有企業在嘗試集成各階段應用,建立城市軌道交通全生命期管理平臺,西南交通大學BIM工程研究中心聯合中鐵隆公司組建科研組,推進BIM技術在重大交通基礎設施項目規劃、設計、建設、施工、運營、檢測維護管理全生命周期的應用,提出四個"BIM+",結合地理信息技術(GIS)、增強現實(AR)、虛擬現實(VR)、物聯網科技(IoT)等最新技術,以平臺化方式達到跨領域、跨地域、跨時間的高效整合,并導入云計算、大數據等動態采集分析,以及人工智能(AI)技術在工程管理中的預測與決策問題上深度應用。并且在四個"BIM+"的概念下,以城市軌道交通全生命周期的應用為實踐方向,已經實現一體化平臺,藉以解決軌道交通工程管理實務的信息共用與管理的目的。


總結


整體來說,在政策鼓勵支持下國內的城市軌道交通與BIM技術發展迅速,國內政府與大部分企業都深知BIM 與軌道交通的結合應用是必然趨勢,必須重視 BIM技術應用點的突破、完善軌道交通BIM應用標準、加強BIM組織環境的建設、彌補系統化的缺陷,這將為國內基礎設施建設甚至于“一帶一路"的政策執行提供強有力的支持。


來源:易筑論壇


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