王 瀟

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070)

1 BIM的概述

1974年，“Building Description System”被Chuck Eastman提出，被認為是BIM的起源[1].在歷史上，BIM有Building Information Modeling和Building Information Model兩種解釋。2002年2月，Revit Technology Corproation（RTC）被Autodesk公司副總裁Phil Bernrstein和Jay Bhatt收購，之后創(chuàng)造了Building Information Modeling（BIM）這一術(shù)語。2002年下半年，BIM（Building Information Modeling）在國際建筑師協(xié)會（UIA）上正式被提出[2]。在《BIM白皮書》中，Autodesk對BIM（Building Information Modeling）做了完整的闡述，標志將BIM研究推入一個新的高度[3]。

根據(jù)維基百科對BIM定義，可總結(jié)BIM具有以下三大特點：1）BIM是參數(shù)化的模型，可以真實展現(xiàn)設(shè)備設(shè)施，任意讀取設(shè)備中信息；2）各個專業(yè)協(xié)同工作，在同一個平臺搭建模型，資源共享及實時碰撞檢測；3）BIM貫穿設(shè)施的全生命周期，為各個階段提供可靠的依據(jù)[4].

BIM的定義由國際標準組織設(shè)施信息委員會(Facilities Information Council)給出：BIM是在開放的工業(yè)標準下對設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項目全壽命周期信息的可計算、可運算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以更好地實現(xiàn)項目的價值[5]。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)同性、優(yōu)化性、模擬性、出圖性等基本特點[6]。在建筑行業(yè)，美國、日本、新加坡、韓國等多個國家已提出BIM應(yīng)用要求，并建立BIM應(yīng)用標準。

2 BIM在國內(nèi)鐵路行業(yè)的應(yīng)用

2.1 概述

在港鐵運營階段，香港鐵路有限公司應(yīng)用數(shù)字化三維技術(shù)實現(xiàn)了能耗、采光、煙霧、人流和可視化的碰撞檢測。BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，中鐵二院開展了“石鼓山隧道BIM三維設(shè)計應(yīng)用”及橋梁BIM三維設(shè)計應(yīng)用的研究，部分橋梁類型的三維設(shè)計得到了實現(xiàn);根據(jù)西成線BIM應(yīng)用研究，開展了基于BIM模型的鐵路路基施工工藝研究;完成了《鐵路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》初稿[7]。中鐵四院、中鐵三院、中國中鐵等鐵路行業(yè)與建筑業(yè)較接近的車站中應(yīng)用BIM較多[8]，并且取得了一些成果，只是初步的應(yīng)用，為推動BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用。中國鐵路總公司啟動“鐵路工程建設(shè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究”等研究工作。

BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用分別從勘測規(guī)劃階段、設(shè)計階段、施工階段和運維階段4個階段進行詳細的闡述[9]，具體如下:

規(guī)劃階段:對場地進行分析為現(xiàn)場調(diào)查提供充足的準備工作、建筑用房的可視化策劃、及對方案進行模擬論證;

設(shè)計階段:設(shè)備布設(shè)位置檢查、弱電系統(tǒng)的差、錯、漏、碰檢測、性能分析、管線綜合、可視化協(xié)同設(shè)計、工程信息模型生成、協(xié)同設(shè)計及工程量統(tǒng)計;

施工階段:數(shù)字化建造、可視化施工指導(dǎo)、關(guān)鍵工程空間定位、模擬施工組織、可視化隱蔽工程驗收、模擬施工進度及竣工交付等;

運維階段:設(shè)備定位及查看、空間管理、資源信息鏈管理、信號邏輯信息流仿真應(yīng)用、維修指導(dǎo)、模型維護、教育培訓(xùn)及防災(zāi)救援。

2.2 BIM在軌道交通弱電工程的應(yīng)用

2.2.1 軌道交通工程應(yīng)用所需的核心軟件及其特點

BIM核心建模軟件是Autodesk公司研發(fā)的Revit Structure，由于Revit軟件本身攜帶的構(gòu)件族有限，不能滿足各個專業(yè)建模的需要，尤其是在軌道交通弱電專業(yè)，比如信號專業(yè)的信號機、轉(zhuǎn)轍機、信標以及通信專業(yè)的音頻話筒盒、監(jiān)視器顯示屏、操作控制臺等，這些構(gòu)件族都必須滿足本專業(yè)的技術(shù)要求及規(guī)格尺寸。

因此，首先根據(jù)各個專業(yè)需要創(chuàng)建構(gòu)件族。族設(shè)計可以進行數(shù)學運算和函數(shù)運算，數(shù)學運算符有：加減乘除，關(guān)系運算有：大于、小于、大于等于、小于等于及不等于，函數(shù)有 ：“and”、“or”、“not”、“mod”、“int”、“if”、Size_ Lookup 等等。

學校培養(yǎng)目標的定位導(dǎo)致學校中不同程度地存在著重學業(yè)、輕素質(zhì)，重教育、輕責任文化素質(zhì)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致忽視學生全面素質(zhì)的提高，形成部分學生對于責任意識淡薄、責任認知薄弱，在校園內(nèi)時常出現(xiàn)違紀現(xiàn)象，每每遇到困難或挫折，便不知所措，甚至走向極端，缺乏承受心理壓力的能力及應(yīng)變能力。大學生大多年齡在18歲—22歲之間，他們體力和腦力活動能量日益增大，思維逐步進入理性化階段，思想日趨活躍。因此，我們可以根據(jù)學生身心發(fā)展的特點，圍繞學生身心發(fā)展過程中的疑難問題設(shè)計主題，開展責任文化素主題活動，提升學生責任擔當能力。

根據(jù)軌道交通信號專業(yè)轉(zhuǎn)轍機及信號機的技術(shù)規(guī)格書創(chuàng)建的構(gòu)件族，左邊實物照片和BIM模型對比如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)轍機、信號機實景照片及BIM模型Fig.1 Photos of physical point switch， signals and BIM model

軌道交通弱電專業(yè)的通信專業(yè)的BIM模型，如圖2所示，分別為壁掛揚聲器、音頻話筒盒、監(jiān)視器顯示屏、操作控制臺及多功能電話。

2.2.2 BIM在軌道交通弱電工程的應(yīng)用

1）傳統(tǒng)模式下弱電工程的現(xiàn)狀分析及應(yīng)用BIM的優(yōu)勢對比

圖2 通信專業(yè)的BIM模型Fig.2 BIM models of communication specialty

傳統(tǒng)的CAD二維圖紙雖然設(shè)計時間短，設(shè)計成本低，但存在很多問題：a.設(shè)計階段缺乏統(tǒng)一設(shè)計平臺，設(shè)計數(shù)據(jù)難以同步，管線綜合設(shè)計難度大，相關(guān)專業(yè)的資料解讀困難，專業(yè)間交叉干擾嚴重、協(xié)調(diào)困難。因此很難直觀的發(fā)現(xiàn)各個專業(yè)的沖突節(jié)點。b.施工過程難以追溯，施工階段資料不詳盡，交叉施工困難，施工組織難度大，現(xiàn)場才能發(fā)現(xiàn)各個專業(yè)之間的干涉碰撞，施工協(xié)調(diào)量大困難，造成窩工返工率高等。因此也增加了建設(shè)資金的投入，造成了建設(shè)資金的浪費。c.運維階段維修維護欠缺標準，查閱麻煩，資料繁多，維修后與設(shè)計資料不符，設(shè)備維修操作不規(guī)范，信息流向排查困難，隱蔽工程難以核對等等。

應(yīng)用BIM技術(shù)，雖然設(shè)計時間長，設(shè)計成本高，但是BIM不但是大數(shù)據(jù)的載體：包括模型構(gòu)件的尺寸、材料、重量、價格等，而且BIM可以虛擬施工，使各個專業(yè)進行碰撞檢測出碰撞報告、設(shè)備定位布設(shè)、出工程量計算書、出對比分析報告、完善施工計劃計及4D/5D項目施工管理等這樣可以使施工進度有保障，有效的控制進度成本，從而使材料浪費少，利潤提高，因此利用BIM可以減少項目的變更，縮短各個專業(yè)之間的協(xié)調(diào)時間，不但可以縮短施工的工期，也減少了很多的不必要的資金浪費。

2）BIM在弱電工程管線綜合碰撞檢測的應(yīng)用

圖3 傳統(tǒng)CAD圖紙與BIM模型管線綜合的對比Fig.3 Comparison between traditional CAD drawing and BIM model pipelines

因此應(yīng)用BIM技術(shù)在弱電專業(yè)管線綜合方面意義很突出，各個專業(yè)可視化同一個平臺協(xié)同設(shè)計，避免管線碰撞。工程信息模型生成，設(shè)計數(shù)據(jù)隨時可以同步。相關(guān)專業(yè)的資料在同一平臺可視化，解讀容易，溝通簡單，提高效率，避免了窩工返工及各個專業(yè)間干擾及協(xié)調(diào)困難的問題。BIM模型的矩形風管和電纜橋架碰撞檢測時發(fā)現(xiàn)“打架”的情況如圖4所示。

圖4 矩形風管和電纜橋架碰撞檢測時出現(xiàn)“打架”現(xiàn)象Fig.4 "Fight" phenomena in the collision detection of rectangle air ducts and cable trays

并且BIM還可對任意專業(yè)間進行碰撞檢測，其交付給軟件Navisworks完成，因此BIM絕對不是指某款軟件。

如圖5所示，碰撞檢查及對應(yīng)的碰撞點都有已審閱、已核準、已解決等記錄，記錄時間并以顏色標注詳細顯示此碰撞點解決的進程、交付解決的對象及解決方案。清晰描述每個碰撞點，使相應(yīng)專業(yè)之間直觀有效地溝通及制定解決方案、記錄解決方案及執(zhí)行細節(jié)。

每一項碰撞所出的碰撞報告如圖6所示，左邊為表格的形式，右邊是網(wǎng)頁的形式。其報告詳細記錄每一個碰撞點的信息，比如每個“項目ID”可以回模型“按ID選擇”其碰撞點進行調(diào)試，直到碰撞檢測為零。

圖5 碰撞檢查及對應(yīng)的碰撞點Fig.5 Collision detection and corresponding impact points

圖6 表格和網(wǎng)頁版的碰撞檢查報告Fig.6 Collision detection reports presented in table and web versions

這樣各個專業(yè)不用由于二維圖紙看不清而必須花費大量時間去現(xiàn)場調(diào)查、測量，也不需要在一起開協(xié)調(diào)會議，而只需要在辦公室里拿來圖紙調(diào)看每個專業(yè)之間的碰撞點，及解決方案的進展程度，可視直觀，問題一目了然，各個專業(yè)溝通簡單明確，工作分工明了，節(jié)約了的大量的時間，在施工前解決很多不可預(yù)知的信息。避免了各個專業(yè)之間意見不統(tǒng)一而打架的現(xiàn)象及不斷窩工返工的現(xiàn)象，節(jié)省成本。

3）BIM在弱電工程的設(shè)備布設(shè)位置快速定位檢查

利用BIM室內(nèi)、室外設(shè)備快速定位檢查。并與各個專業(yè)協(xié)調(diào)配合，差錯漏碰檢測，比如室內(nèi)設(shè)備通風照明方面的檢查，室外設(shè)備與各個專業(yè)相對位置的檢測。施工前在圖紙上修改，避免了施工后發(fā)現(xiàn)問題從而造成返工窩工的現(xiàn)象。如圖7所示，傳統(tǒng)CAD的方式無法定位設(shè)備的具體位置.而在BIM模型中每個設(shè)備的位置清晰直觀.因此室內(nèi)看圖紙就可以做到對每個設(shè)備進行正確定位，計算限界及和其他專業(yè)設(shè)備的距離是否符合各個專業(yè)的標準。

圖7 二維CAD圖紙和BIM 圖紙對信號設(shè)備的定位對比Fig.7 Comparison between 2D CAD drawing and BIM drawing of signal equipment

4）BIM在弱電工程中設(shè)備工程量統(tǒng)計及成本預(yù)算上的應(yīng)用

BIM可以自動生成任意一個工程量統(tǒng)計表，REVIT中統(tǒng)計的大數(shù)據(jù)明細表，可以交付給ODBC的軟件（如EXCEL、ACCESS、SQL、ORCAL…），如圖8所示，右上為管道的明細表，其表格選擇族與類型、材質(zhì)、尺寸、外徑等的數(shù)量統(tǒng)計。

對于軌道交通弱電專業(yè)的信號與通信等專業(yè)來說，設(shè)備是根據(jù)本專業(yè)技術(shù)規(guī)格書自建的常規(guī)模型，而管線綜合以電纜橋架為主要，如圖8所示左下邊為電纜橋架的明細表，右下邊為弱電專業(yè)建立的族的明細表，而且每一個量都對應(yīng)模型，直觀方面快捷，減少了繁重的計算與工作，表格可以根據(jù)需求靈活選擇所要的數(shù)據(jù)。在弱電工程成本預(yù)算上也有很大的優(yōu)勢，根據(jù)BIM出的工程量明細表寫工程量計劃書，并且出對比分析報告，4D5D項目施工管理控制達到有效的成本進度控制。

圖8 BIM生成明細表對工程量的分析Fig.8 Works list generated by BIM

5）BIM在弱電工程中運營維護改造及EPC工程總承包項目的應(yīng)用

BIM可以涉及到工程項目全生命周期管理的各個階段，不僅在弱電項目規(guī)劃、設(shè)計、施工等方面具有突出的優(yōu)勢，并且在后期的運營、維護、檢修及改造方面有很大的優(yōu)勢，比如鐵路經(jīng)常會站場改造，這樣就可以直接拿來圖紙，對改造項目進行快速定策，不用花費很多時間再去現(xiàn)場，這樣大大節(jié)省了人力、財力及時間。

由于BIM貫穿了整個工程項目的全生命周 期， 對 于 Public Private Partnership（PPP)及Engineering Procurement Construction（EPC）工程總承包項目更是能體現(xiàn)出其優(yōu)勢，EPC工程總承包項目的管理核心：設(shè)計、采購、施工一體化模式。采用 BIM一體化協(xié)同設(shè)計，避免各個專業(yè)之間的碰撞協(xié)調(diào)困難及專業(yè)之間溝通難的風險，保證EPC工程總承包項目弱電的核心設(shè)計順利高效正確無誤完成。用BIM作為承載工具，向采購、施工、運營、維護、站改全生命過程提供有效的信息并加以利用。因此在“設(shè)計、采購、施工一體化”核心理念指導(dǎo)下實現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計、施工和運維的全產(chǎn)業(yè)鏈信息共享下的協(xié)同工作，作為大數(shù)據(jù)載體的BIM是工程項目中最好工具。

3 結(jié)論

本文闡述了BIM在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀，及BIM引進鐵路行業(yè)的現(xiàn)狀和其在軌道交通弱電工程方面的應(yīng)用。體現(xiàn)出BIM作為一個技術(shù)性的革命在中國一步一步發(fā)展，并成為了當前一項熱門的新技術(shù)，是CAD技術(shù)的更新?lián)Q代。BIM技術(shù)的優(yōu)勢也為越來越多的企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益，在軌道交通弱電行業(yè)碰撞檢測、設(shè)備定位、工程量統(tǒng)計、成本預(yù)算、運營、維護、站改全生命周期等方面體現(xiàn)出BIM的優(yōu)勢。BIM與EPC工程總承包項目結(jié)合的新理念，使BIM在軌道交通弱電專業(yè)也會有更加廣闊的應(yīng)用前景。