第 1 页 共 13 页 城市轨道交通项目的 BIM 建模
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目录 ................................................................................................................................................. 1 摘要 ................................................................................................................................................. 2 前言 ................................................................................................................................................. 2 1. 技术标准 .................................................................................................................................... 2 1.1. 国家标准 ...................................................................................................................................................... 2 1.2. 轨道交通工程执行标准 ......................................................................................................................... 3 2. 轨道交通 BIM 研究的目标 ...................................................................................................... 3 3. 城市轨道交通项目各阶段中的 BIM 应用 .............................................................................. 3 3.1. 规划阶段 BIM 应用 ................................................................................................................................. 4 3.2. 设计阶段 BIM 应用 ................................................................................................................................. 4 3.3. 施工阶段 BIM 应用 ................................................................................................................................. 4 3.4. 运营阶段 BIM 应用 ................................................................................................................................. 5 4. 城市轨道交通项目的 BIM 应用模式 ...................................................................................... 5 4.1. 参建方各自委托 BIM 业务的分包模式 .......................................................................................... 5 4.2. 建设单位统一委托 BIM 的分包模式 ............................................................................................... 5 4.3. 建设单位委托专业 BIM 咨询的模式 ............................................................................................... 5 5. 在城市轨道交通项目中应用 BIM ........................................................................................... 6 6. 某市轨道交通 BIM 技术平台建设 .......................................................................................... 7 6.1. 编制 BIM 技术应用研究实施文件 .................................................................................................... 7 6.2. BIM 技术平台架构 .................................................................................................................................. 7 7. 城市轨道交通建设需要哪些 BIM 软件进行支撑 .................................................................. 8 7.1. 简述 ............................................................................................................................................................... 8 7.2. MXROAD Suite .......................................................................................................................................... 8 7.3. Power Rail Overhead Line ................................................................................................................... 8 7.4. InRoads Suite ............................................................................................................................................. 8 7.5. Power Rail Track ..................................................................................................................................... 9 7.6. 小结 ............................................................................................................................................................... 9
第 2 页 共 13 页 8. 轨道交通工程 BIM 技术的应用 .............................................................................................. 9 8.1. 设计阶段的应用 ....................................................................................................................................... 9 8.2. 在施工阶段的应用 ................................................................................................................................ 11 8.3. 在运营维护阶段的应用 ....................................................................................................................... 12 结语 ............................................................................................................................................... 12 参考文献........................................................................................................................................ 13
摘要 近年来，大数据、互联网+、智能城市等技术和思想不断涌现，对中国城市的建设和发展产生了巨大影响。在城市铁路项目的建设过程中，信息数据等通过技术传递给许多参与者，同时在此项目过程中，乘客数据、运行数据和其他信息也成为改进服务、建设新路线的宝贵的资源。基于以上原因，BIM 被引入城市铁路项目的建设和运营中。
关键词：BIM 建模；城市轨道交通项目；规范；软件；实施步骤；实际应用 前言 现阶段，建筑信息模型的快速发展具有技术项目管理的明显优势，并且城市轨道交通行业在整个项目生命周期中都将重点放在 BIM 技术的使用上 [1] 。
随着 3D 数字技术应用于工厂的整个生命周期，BIM 技术以工厂的整个生命周期数据的形式创建和收集相关数据，用于项目中的决策制定和信息共享，以发挥协调作用。同时，BIM 模型具有可视化、协调性、仿真性和优化性等的优势，它可以提供有关工程项目的规划、设计、施工和运营的集成数据信息且为所有利益相关者都提供合作环境，这大大地提高了建设和项目管理的效率和水平。
1. 技术标准 1.1. 国家标准
第 3 页 共 13 页 住房和城乡建设部编制的 BIM 国家标准：
《建筑工程设计信息模型交付标准》； 《建筑工程设计信息模型分类和编码》； 《建筑工程信息模型应用统一标准》； 《建筑工程信息模型存储标准》。
1.2. 轨道交通工程执行标准 上海市《城市轨道交通 BIM 应用系列标准》 [2] ； 北京市《民用建筑信息模型设计标准》(DB11T 1069-2014) [3] 。
各在建城市地铁公司、轨道办出台的一些列“轨道交通工程 BIM 技术应用实施文件”及合同文件。
2. 轨道交通 BIM 研究的目标 总体目标：通过研究将 BIM 技术应用于城市轨道交通中，建立贯穿项目建设全过程，并具有可视化、数字化、信息化等特点的全生命周期的建筑信息管理平台，提升工程建设水平，做到精细化建设管理，实现后期运维与资产管理服务，将城市轨道交通工程打造成为“智慧”地铁打下坚实基础。
(1)参建单位基于 BIM 技术应用管理平台，使用软件实现三维协同设计和管理，分阶段、分角色创建、完善、提交轨道交通工程三维信息模型。
(2)设计阶段基于三维信息模型可比较直观的检查设计图纸的空间冲突、碰撞、缺漏，提高设计质量和设计效率。基于模型实现直观展示和工程数量统计。
(3)施工阶段基于三维信息模型进行数字仿真建造，实现实体地铁建设之前模拟建造，提前发现施工过程中可能存在的问题。
(4)基于BIM软件通过二次开发创建轨道交通工程BIM技术应用管理要求的族块，为后续轨道交通线路建设积累族块资源。
(5)为运营管理提供数字模型，给运营培训、维护、运营仿真研究打下基础。
3. 城市轨道交通项目各阶段中的 BIM 应用 与其他类型的工程项目一样，BIM 技术可以在铁路建设项目的整个生命周期中使用。BIM 应用程序的重点是城市轨道交通建设项目，与其他项目不同。
第 4 页 共 13 页 3.1. 规划阶段 BIM 应用 为城市铁路项目的区域、管道和建筑物开发 BIM 数据。BIM 技术用于模拟城市火车站内部和外部的位置，设计人员已开发出具有较高能见度的模型，可以更好地评估、适用和优化站点，充分利用它模拟整个空间。使用 BIM 技术，旨在进一步优化内部项目，以对城市火车站进行高级模拟和城市成像包括室内材料、颜色、纹理甚至设施和布局的选择。位置评估可评估数据的综合信息，针对反向位置、空间方向、形状、环境和反向客流优化输入和输出位置。通过BIM 的动态 3D 模拟，可以直接且清楚地说明城市火车站的通勤者流量。通过不断优化城市轨道交通客流信息，实现城市铁路客流的准确分配，降低轨道交通建设高成本，达到优化城市火车站和地下区域的出入口的目标 [4] 。
3.2. 设计阶段 BIM 应用 在设计阶段至关重要的 BIM 主要内容：项目建模、性能分析、结构分析、体积统计碰撞设计和碰撞检查、建筑设计、3D 图像设计。BIM 在设计阶段的实施旨在使用专业软件实施建筑，给排水、暖通、机电专业设计和建模，增强 BIM设计过程的协调性和效率性。主要工作内容如下：项目阶段是城市铁路建设的重要一步，在城市铁路项目总体设计中起着重要作用。在设计阶段，将改进总体项目计划，并在整个城市铁路项目中指定实施。这对诸如技术采购、设备采购、计管理、操作和维护的后期阶段有明显的影响。设计阶段的项目管理主要由项目单位，设备所有者等参与，也需要所有利益相关者的组织、沟通、协调。
3.3. 施工阶段 BIM 应用 将 BIM 技术与设计规划，仿真模拟和现场视频结合使用，来执行基于 BIM的虚拟任务，了解基于视觉的设计，增强对城市小路口的控制，从而减少建设和管理成本，并降低其风险。领导者在施工过程中根据 BIM 技术的自动算量、可视化、参数化、仿真性，不仅可以进行城市轨道交通运营的快速计算，而且可以从技术上利用三维技术优化方案。利用 BIM 的 3D 可视化功能和时间指标，我们优化了方案以模拟建筑物，用模拟建筑物来查找城市铁路最困难的部分。标准构建计划会影响建模以及所有既定的施工方案，影响相关工作人员了解施工计划。BIM 应用基于 BIM 技术，并且与虚拟建筑的设计规划、仿真模拟和现场视频集成在一起。3D 可视化模型可以准确而直观地呈现出在方法创建和处理
第 5 页 共 13 页 过程中出现的问题，而不会消耗资源。此外，所展示的材料与实际项目中所用的完全一致，与其他技术相比提高了建筑质量，明确了建筑位置定位，使场地充分利用，形成尽可能多的建筑计划，减少重复改动计划的问题 [5] 。
3.4. 运营阶段 BIM 应用 操作阶段的 BIM 应用程序基本信息：维护管理、能耗管理。可以使用 BIM技术提供的组合信息对维修事件进行实时审核，例如访问铁路服务记录、维护登记册的财务状况、查看乘客流量数据等。在设计的早期阶段，通过改进 BIM设计模型中的初步模型，不断完善有关城市火车站各种电气设备的详细信息。在后续维护期间，可以通过设备的名称或编号轻松识别设备，维护人员可以根据需要对设备进行定期维护和修理，这会大大地增加通讯安全性。BIM 技术与IoT 云计算机及其他相关技术的结合可以诊断和分析城市火车站的能耗以及自动调控城市运营中照明、空调和消防系统的控制系统，可以实现最智能的节能，实现减少能耗的现实目标。
4. 城市轨道交通项目的 BIM 应用模式 4.1. 参建方各自委托 BIM 业务的分包模式 施工单位在软件文档中提出了 BIM 实施的目标和要求。城市铁路项目的每个参与单位都分配了一个基础项目，以符合招标文件的要求并推进 BIM 在单位的实施，这是在中国第一个建设项目中实施 BIM 的重要举措。
4.2. 建设单位统一委托 BIM 的分包模式 此外，制造单位会分配 BIM 建模单位来组织 BIM 应用程序，以实施完整的计划，且要求与该设备有关的其他项目均符合 BIM 建模设备的标准，该方法是在铁路建设项目中实施 BIM 的最常用方法。BIM 部署标准已被相关参与者集成在一起，并且该构想被允许进一步开发 BIM 应用程序 [6] 。
4.3. 建设单位委托专业 BIM 咨询的模式 BIM 顾问接受 BIM 应用的方案、BIM 标准的开发和实施，参与 BIM 技术的管理平台的构建以及执行 BIM 的过程管理，接受生产单位的委托。参与城市铁路项目的其他法律实体也是 BIM 实施的主题，它是基于咨询单位定制的统一制定方案與 BIM 咨询公司由联合管理部门和 BIM 咨询公司创建的标准。此过程是
第 6 页 共 13 页 使用 BIM 实现的。
5. 在城市轨道交通项目中应用 BIM 2020s 国内工程建设领域大量使用 BIM 技术并且发现了它的使用价值，特别是在超高层、复杂形状建筑的钢结构、幕墙工程等方面，BIM 技术体现出了它在效果显示、模拟施工、碰撞检测以及构件预购等多个方面的优点。
在城市轨道交通工程设计的前期规划中，项目的可行性研究分析理应得到各方的重点对待，并且要根据 BIM 的思想创建城市交通的三维模型。三维模型除了地质条件、管线、建筑物等主要特征之外，还需要有人文、科学等学科的信息、资料。城市轨道交通工程设计就建立在这些基础信息上，从而实现轨道交通工程设计中各种信息的分析和核算。
设计阶段初期，主要是采用 BIM 技术构建地铁站及附近环境三维模型，增强对周边地块的产权、经济利益条件的掌握，提高地铁站方案的设计效率，特别是出入口及换乘通道的设计，可以有效避免后期拆迁难度过大，也可避免改线等状况的出现；还可通过周边道路、管线数据模拟市政管线搬迁，得到更加完美的方案。
城市轨道交通设备系统不仅涉及专业多，而且工期紧，各专业也要同时施工，二维施工图指导施工的方式对于设计人员的经验和责任心也是一个很大的考验，协调和解决这些矛盾会耗费大量的时间和精力，后期也可能出现巨多的结构凿除问题；设备、支吊架、装修等在设计中难以充分表达，具体信息都要在后期施工中一一填充，相当随意。现如今 BIM 技术在碰撞检测等方面已得到了广泛的应用，在应用过程中，三维模型的绘制过程就是数据建筑的建设过程，保证模型可以如实指导施工，施工单位应设计阶段介入，协助进行管线设计，避免设备专业与结构专业出现相互碰撞的问题。
在轨道交通的方案设计中，利用 BIM 技术创建三维建筑信息模型，可以帮助相关人员更好的掌握地形、建筑物的情况，并结合一体化开发实现各种功能的有效分析。除了这些，随着各个项目的进展，设计方案同样可以有所变化。与此同时，通过 BIM 技术在轨道交通工程设计中的应用，建筑师可以利用三维实体模型来实现全面开发。而且三维实体模型更加地直观、可靠，BIM 技术还实现了实时沟通，从而 BIM 技术的使用已趋于完美。除了这些，BIM 技术与传
第 7 页 共 13 页 统的设计模式相比，有众多不同，其中将建筑物构件三维数字化就是它的一大特色。
轨道交通业的发展是时代发展的必然趋势，对城市居民的出行有着重要的影响，能够推动我国城市化建设。城市轨道交通工程所涉及的范围较广，具有专业性强、信息处理量较大等特点，无论是工程设计还是施工，哪个环节出现了问题，都会导致工程质量受到影响，甚至有可能导致安全事故的发生。而 BIM技术能够实现信息的高度集成，其传递性较强，所以将 BIM 技术应用到工程设计中，能够提高工程的设计质量，降低设计人员的错误率。
6. 某市轨道交通 BIM 技术平台建设 6.1. 编制 BIM 技术应用研究实施文件 1)BIM 技术应用研究的总体方案。总体方案旨在发挥 BIM 核心价值，明确业主方和参与方的协作组织关系和职责分工，指导参与方在项目各个阶段的工作内容和流程，制定保障性措施。总体方案包括以下内容 [7][8] ：
1.1)BIM 技术应用点策划及技术要求制定； 1.2)2)研究组织架构及各参与方职责； 1.3)BIM 技术应用流程； 1.4)BIM 技术应用研究保障性措施； 1.5)资源配置建议； 1.6)BIM 应用实施进度规划。
2)BIM 技术应用实施标准。
2.1)BIM 模型设计要求(范围、规定及流程)； 2.2)BIM 模型命名规定； 2.3)BIM 模型输出成。
3)BIM 模型交付标准。定义设计信息与设计模型所包含的内容和成果交付格式，指导项目设计方基于此部分建立可靠高效的交付数据供施工方或其它参与方使用。另外，本部分也用于审查设计阶段建筑信息模型数据的完整度。标准分为两部分：《设计阶段 BIM 模型交付标准》；《竣工模型交付标准》。
6.2. BIM 技术平台架构
第 8 页 共 13 页 (1)项目管理组织架构； (2)技术管理组织架构； (3)BIM 技术应用平台架构。
7. 城市轨道交通建设需要哪些 BIM 软件进行支撑 7.1. 简述 日常中我们见到的市政工程都存在或多或少的问题，比方说工程建设规模大、周期长、涉及专业众多等。单以工期来讲，短则 2 年，长则 5 年以上都是比较常见的。在城市轨道交通工程中，；除了建筑、结构、风、水、电之外，还涉及线路、限界、轨道、通信、信号、牵引供电、AFC、综合监控、PIS、屏蔽门等 10 多个专业的 20 多个设备系统；在漫长的建设过程中，由于外部条件的变化，会出现很多工程变更，而大多数的简单变更，都要涉及多个专业与部门。
BIM 技术发展的这几年，之所以得到国家的大力推行，主要原因便是 BIM对于市政工程的重要作用，而市政工程又是智慧城市建设的基础工程。按照现阶段智慧城市发展的进度来看，市政工程主要分为道路工程、桥涵工程、排水工程、隧道工程等。道路工程中的城市轨道交通工程则是城市与城市之间互通往来的重要渠道，那么在建设城市轨道交通时需要使用什么 BIM 软件? 7.2. MXROAD Suite MXROAD Suite 道路设计和分析软件对三维建模、分析、路面设计和建筑驱动的工程设计，全部都可以实现。MXROAD Suite 还可以帮您更快、更智能、更高效地工作。通过结合规划图、剖面图和截面图的传统工程工作流与基于参数关系和约束条件的创新三维建模技术，帮您提升设计质量。
7.3. Power Rail Overhead Line 软件遵循行业工作流程并将自动化引进三维设计和维护接触网项目。充分利用设计软件和内置 GIS 进行布局、初期和详细设计以及架空牵引供电系统的详图绘制。可以在全球铁路基础设施建设领域的接触网电气化 (OLE) 设计和维护方面节省时间并显著提高工作效率。
7.4. InRoads Suite
第 9 页 共 13 页 InRoads Suite 道路设计和分析软件可以完成三维建模、建设驱动工程和分析。并能简化工作流并降低生产时间。通过与 PDF 和 i-model 等测绘、GIS 和业务工具集成的丰富信息建模，在项目开始时创建三维模型并实时执行初步分析和设计可视化。
7.5. Power Rail Track 软件利用强大的设计和 GIS 工具，将您的下一个地铁、轻轨、通勤铁路或高速铁路设计项目提升到新的水平。通过改善沟通、减少返工和按时完工，简化初步和详细设计所有类型轨道的工作流。利用高自动化等级建立行业工作流、执行内置的设计检查并遵循项目标准，提高生产力。
7.6. 小结 最后，随着近几年各城市之间轨道交通的发展迅速，包括高铁、地铁、城际列车等等，每年都有大量新建线路投入运营，在包括设计、施工，运维都需要投入大量的人力和物力资源。那么如何保证工期、质量、安全的前提下，以合理、全面的施工组织及高效的协调手段作为支撑，提升“效率”是建设各方都要面对的严峻问题。通过使用 BIM 技术从设计，施工、管理都得以保障。
8. 轨道交通工程 BIM 技术的应用 8.1. 设计阶段的应用 (1)场地仿真模型。使用 3D 扫描技术，复核验证车站与周边控制线及周边环境的位置关系。
图 1 模拟车站周边环境 依据场地现状进行三维建模，搭建周边环境、施工场地模型。检查车站主体、地面建筑部分与红线、绿线、河道蓝线、高压黄线及周边建筑物的距离关系。审查轨道交通建筑与周边市政、绿化、建筑景观之间的外观效果。
(2)三维协同设计建筑机电模型。利用 BIM 技术应用管理平台，使不同工作
第 10 页 共 13 页 地点、不同专业的设计人员通过网络基于同一个 BIM 模型进行轨道交通三维协同设计。提高不同设计专业间信息的传递效率和传递质量。做到设计信息更新及时、准确。
图 2 三维协同设计 (3)模型协调检查。整合各设计专业(建筑、结构、机电、系统)的 BIM 模型，检查设计中的错漏碰缺，处理解决管线碰撞问题。优化管线排布方案，减少施工阶段因设计疏忽造成的损失和返工工作，提高施工效率和施工质量。
(4)实时场景漫游、建筑装修效果渲染。将完成的 BIM 模型导入到实时渲染引擎中进行三维沉浸式漫游体验，业主和相关参与方在三维场景中自由行走，获得身临其境的真实感受，增加设计体验感
图 3 云渲染引擎虚拟现实漫游环境 (5)基于 BIM 模型生产图纸。基于 BIM 模型，通过二次开发的出图模板自动生成图纸，如：建筑效果图、平面图、立面图、剖面图、3D 视图、大样图等，在设计变更后自动更新图纸，减少人为失误，确保图纸更新及时准确。
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图 4 BIM 模型直接生成二维图纸 (6)工程量计算。基于设计模型，利用 BIM 软件生成工程量清单(包括不同构件砼体积、钢筋、主要管线长度、主要设备数量等)，辅助工程量统计。在设计变更后，自动计算并更新工程量明细表，减少人为失误，确保统计及时准确。
8.2. 在施工阶段的应用 (1)管线搬迁方案模拟。模拟站外市政综合管线，分阶段模拟市政管线搬迁并进行碰撞检查，以动态方式表现施工方案。
图 5 模拟市政管线分阶段搬迁过程 (2)交通疏解方案模拟。模拟车站施工期间交通疏解过程，检查交通疏解方案的可行性。
图 6 交通疏解方案 (3)土建施工仿真。将土建施工计划整合到 BIM 模型中，形成 4D 模型，模拟各阶段的施工情况，检查施工方案可行性。实现未建先试，优化施工组织方案。
对机电管线和设备进行动态安装模拟，检查管线和设备密集区域的安装计划是否存在实施难点，优化施工工序，提高安装效率与安装质量。
第 12 页 共 13 页 (4)工程量辅助统计 8.3. 在运营维护阶段的应用 (1)基于 BIM 模型进行运营仿真：客运模拟、发现通道瓶颈、制定应急预案。
(2)资产管理。选取模型中的设备、材料均可在属性栏中读取加载在上面的信息，包括设备型号、设计参数、铭牌、供应商、制造日期、安装位置、保管人员等。
通过设备明细，更可直接在对应的窗口中显示相关的设备，方便盘点资产及其所在位置。可以自动生成工程实物移交明细表。工程实物移交明细表包括三部分内容——供应商管理信息、资产管理信息、资产维保计划所有设备、资产模型信息更可被第三方运营维护软件读取，在非专业界面下进行操作，开展填写工单、出具报表等运维工作。
结语 目前，BIM 技术在轨道交通领域研究与应用处于初级阶段。轨道交通项目车站多、线路长、覆盖面广、系统复杂、专业种类多，各种信息类型复杂，信息共享和沟通不便。因此，在当前信息化时代，轨道交通工程中实现基于 BIM的项目管理、设计、施工和运营维护必将有广阔的发展前景。
基于 BIM 理论与技术体系，构建 BIM 环境下的管理、技术及应用平台集成系统，积极研究及推广 BIM 应用，将在轨道交通工程建设全周期中实现对进度、成本、质量与安全的高效管理，其信息化、一体化可以带来良好的经济效益和社会效益。下一步应积极推动基于 BIM 在轨道交通工程领域的应用得到更高效的价值回报。
通过研究 BIM 技术在城市轨道交通项目中的使用，很明显 BIM 技术可以解决当前火车建设中的疑难问题。在城市铁路项目中的应用非常有价值，可以推动横向项目的开展，进行全过程控制。随着国内铁路货运建设的飞速发展，各城市货运公司对 BIM 技术的认知与日俱增。BIM 触角扩散至每个城市线。在这个阶段，基于 BIM 技术的项目管理正在轨道交通建设方面持续发展，BIM 技术的使用与更多铁路货运项目相结合，这些项目推动了 BIM 技术快速增长和创造了更高的价值。
第 13 页 共 13 页 参考文献
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《2011~2015 年建筑业信息化发展纲要》建质[2011]67 号中华人民共和国住房和城乡建设部.
[2]
《上海市城市轨道交通建筑信息模型应用技术标准》STB/TX-011001-2014 [3]
《民用建筑信息模型设计标准》(DB11T 1069-2014)北京市地方标准.
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《厦门市轨道交通 1 号线工程 BIM 实施标准》.
[8]
《厦门市轨道交通 1 号线工程 BIM 模型交付标准》.