作者：金淮,丁树奎
出版社：清华大学出版社
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基于BIM的数字城市轨道交通建设与总体管理试读：
前言
BIM（建筑信息模型）是在计算机辅助设计（CAD）等技术的基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。信息化是建筑产业现代化的主要特征之一，BIM应用作为建筑业信息化的重要组成部分，必将极大地促进建筑领域生产方式的变革。
近年来，国家在政策层面对BIM技术的推广给予了大力支持。《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》将“加快建筑信息模型（BIM）等新技术在工程中的应用”列入“十二五”建筑业信息化发展的总体目标和重要任务之一。2015年《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》明确了我国建筑业到2020年的BIM发展目标。《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》关于重点工程的信息化方面，要求加快BIM技术在城市轨道交通工程设计、施工中的应用，推动各参建方共享多维建筑信息模型进行工程管理。在“一带一路”重点工程中应用BIM进行建设，探索云计算、大数据、GIS等技术的应用。
在国家政策支持下，各大城市纷纷开展了城市轨道工程建设期的BIM应用研究，探索基于BIM的工程建设和交付的新模式，城市轨道交通领域内BIM应用呈现百花齐放的景象。然而，由于认知差异、发包模式限制、技术条件约束、标准体系缺乏等因素，各地轨道交通的BIM应用均在摸索前进，缺乏系统性的长远规划和有效组织，BIM应用的效果参差不齐，在一定程度上造成了资源浪费。城市轨道交通工程各建设单位期望在总体规划、组织模式、职责划分、应用内容、技术体系、交付要求等方面获得系统性指导。
为合理规范、科学引导城市轨道交通工程领域的BIM应用工作，住房和城乡建设部在2016年、2017年连续两年组织专题研究，组织全国城市轨道交通工程领域的技术资源分别开展“BIM技术在城市轨道交通工程设计、施工应用研究”和“BIM技术在城市轨道交通工程应用实践研究”，并组织制定了《城市轨道交通工程BIM应用指南》，基本确定了建设方统筹、BIM总体管理、各参建方实施的BIM应用模式，以更好地保障城市轨道交通建设、运营全过程的信息传递和应用，最大限度发地发挥BIM的价值。
本书的大部分参编人员均参与了住建部2016年、2017年BIM课题研究和2018年《城市轨道交通工程BIM应用指南》的编写工作，并组织或参与了所在城市的轨道交通工程BIM应用和研究工作，具有丰富的轨道交通工程BIM应用经验。在综合各地BIM实施经验后编写本书，以期对数字城市轨道交通建设与总体管理进行系统性的指导。
本书共分9章，第1章为城市轨道交通BIM应用的概述；第2章介绍了基于BIM的数字城市轨道交通建设体系的构成；第3章为基于BIM的数字城市轨道交通建设总体管理方法和原则；第4章具体介绍了BIM总体组织与管理的方法；第5章详细介绍了BIM模型的创建要求和各阶段模型细度；第6章介绍了满足不同管理目标的BIM数据集成与管理平台的开发案例；第7章介绍了各阶段的BIM应用目标、应用内容和方法；第8章对工程竣工后的数字化交付管理内容进行了详细介绍；第9章对BIM总体管理的发展趋势进行了展望。
城市轨道交通建设作为城市公共基础设施建设极其重要的组成部分，是一项庞大复杂的系统性工程，参建单位众多、运维周期长。建设单位应积极开展数字城市轨道交通建设，结合实际制定BIM发展规划，建立全生命周期技术标准与管理体系，开展示范应用，逐步普及推广。通过BIM总体管理来推动各参建方共享多维BIM信息、实施工程管理和运营维护，提高管理水平和效率，对智慧城市、数字中国的建设意义重大。编 者第1章 概述1.1 BIM概述
类似BIM技术与理论的研究与命名最早可以追溯到20世纪60年代初，但直到1975年，才由查克·伊斯特曼（Chuck Eastman）系统而又明确地提出了当代BIM技术的基本特征：交互的创建建筑元素；从同一个建筑元素（原始含义应该包括项目、构件与组件等）中获得剖面、平面、轴测图或透视图；设计方案中做任意改动后，所有视图自动更新；所有从相同设计方案中生成的图纸能够自动保持统一；可以与各种算量分析软件直接对接，生成造价和材料用量；提供了一个完整的、统一的数据库。
美国国家BIM标准中对BIM的定义是：“BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策者提供可靠依据的过程；在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。”
我国《建筑信息模型应用统一标准》自2017年7月1日起实施，标准中对BIM进行了定义：“在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称，简称模型。”2015年以来，“互联网+”概念的提出为建筑工业带来了新机遇，BIM技术也进入了注重应用价值的深度挖掘阶段，并呈现出“BIM+”的特点。
总之，BIM的核心就是利用3D建模技术建立起建筑工程项目的三维模型，同时为它添加完整的、实际的工程信息，使之成为一个包含设计意图、施工信息、管理数据及材料信息等方面信息的信息化三维实体。以这个信息化的三维模型为基础，通过对项目信息的收集、交换、管理、存储和更新，为建设项目生命周期中的不同阶段和不同参与方提供及时、准确和完善的信息，用以支持不同阶段、不同项目参与方及不同应用软件之间的信息交流和共享，最终实现项目设计、施工、运营、维护效率和质量的提高。随着“数字中国”概念的提出，BIM为构建数字城市提供了良好的工具。1.2 数字城市轨道交通特点与BIM实施1.2.1 数字城市轨道交通的建设特点
城市轨道交通工程的建设具有以下6个特点。1．建设规模大、周期长
一条普通的城市轨道交通线路，从项目论证、项目立项、规划选线、初步设计到建设实施少则2～3年，多则十余年甚至更长；建设周期4～5年，而在建设过程中，人员变动频繁，市场变化波动不断，增加了数据采集的难度。2．建设成本高
以北京地铁4号线为例，每千米建设成本约53708万元，运营成本总额随着客运量的增加逐年增大，预计2035年将达到65514万元。高额的建设成本，为数字轨道交通的建设提供了有利的资金条件，但同时也提出了较高的成本控制应用目标。3．周边环境复杂
城市轨道交通的建设工程庞大，建设期间会涉及拆迁、挖掘、运输等工作，会对沿线居民生活、城市景观、交通运行及城市绿化等产生较大影响；而且建设区域内普遍存在地质条件复杂、建（构）筑物种类繁多、地下管线和隐蔽结构形式复杂等问题，增加了数据的采集难度。4．涉及专业众多
城市轨道交通工程建设过程中除了建筑、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（自动售／检票系统）、综合监控、PIS（乘客信息系统）、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。城市轨道交通项目的规划、设计、建设和运营等各个阶段，涉及交通学、工程项目管理、社会学、经济学、管理学和环境学等多门综合学科的知识，对数字城市轨道交通工程实施者的专业广度提出了挑战。5．项目参与单位众多、协作复杂
城市轨道交通的建设是一项庞大复杂的系统性工程，参建单位众多。建设项目的设计及工程的管理工作极为复杂，需要城市轨道交通实施团队内部各个专业间的密切配合，频繁地进行设计信息的沟通，并且与业主、施工单位、监理等多个建设参与方进行多种形式的交互协作来完成。因此，城市轨道交通的建设更加强调多专业、多行业、多企业的协同。6．资产管理难度大
城市轨道交通资产管理是一个系统工程。首先，涉及的单位众多，有负责审批验收的政府部门，有参与建设的设计、施工、供货、安装及监理单位；从设计专业看，轨道交通技术专业涉及土建、供电、车辆、通信、信号、轨道等，其资产特性各异，资产管理方式也应随之变化，不能采用统一的方式。其次，管理内容多，资产管理涉及投融资策划、合同管理、风险控制等方面内容。再次，管理环节多，牵涉的设施设备数量庞大，各个环节需要有规范的管理流程，以便减少资产流失，实现资产高效利用。城市轨道交通资产管理的难度对城市轨道交通数字化交付与管理提出了强烈需求。1.2.2 城市轨道交通工程BIM实施特殊性1．阶段应用与整体应用相结合
基于数字城市轨道交通建设规模大、周期长等特点，BIM在实现工程数字化交付的基础上，既可在工程可行性研究、初步设计、施工图设计和施工等建设全过程应用，也可在设计或建设过程中部分阶段应用。2．实效应用与长远规划相结合
基于数字城市轨道交通建设成本高的特点，BIM在实施过程中，既要通过深化设计和工程筹划，提前发现施工问题，减少返工、有效降低成本，又要进行长期的BIM实施规划，不断进行数字化建设的投资。3．BIM与其他多种形式的数据采集方式相结合
基于数字城市轨道交通工程周边环境复杂、涉及专业众多等特点，仅依靠BIM无法实现全面、准确的数据采集，需要结合GIS、物联网、移动通信等多种技术。4．模型协同与文件协同相结合
基于数字城市轨道交通工程参与单位多、协作复杂等特点，仅依靠BIM进行全方位协同工作的难度极大，需要将BIM模型建设的协同工作与传统的文件协同工作相结合，方能形成可行的协同管理模式。5．BIM实施与数字城市轨道交通建设相结合
基于城市轨道交通资产管理难度大的特点，结合数字轨道交通的发展方向，城市轨道交通BIM实施应与数字城市轨道交通建设进行充分结合，基于BIM建设城市轨道交通数字资产，实现建设和运营的衔接。1.3 城市轨道交通信息化的发展现状
数字城市轨道交通建设和管理过程中，数据的采集、管理和应用均涉及信息化的建设，需同城市轨道交通传统的工程信息化相融合。1.3.1 中国工程管理信息化现状
当前我国工程信息化水平相当低下，信息化投入还不到欧美建筑业的1/10，约占建筑业产值的0.027%，且集中于网络与硬件设备。虽然政府主管部门一直在大力推动工程建筑管理信息化，一度强制要求把信息化作为特级资质审核的刚性门槛；但由于建筑企业普遍以关系为核心竞争力的大环境和缺少适合于中国建筑业的软件产品，以资质审核为主引擎的工程管理信息化高潮最终流于形式，未能产生理想效果。主要原因在于建筑企业总部以收取管理费为主要利润来源的赢利模式难以建立信息化运行的基础环境，而盗版与仿冒产品的冲击导致国内软件企业难以形成资本积累，产品研发投入不足又导致产品质量低下，难以满足用户需求。
近年来，我国政府主管部门以BIM技术和电子政务为主引擎再次推动工程管理信息化，一系列政策法规正在陆续出台，推动国内建筑产业信息化的发展。中国建筑业持续近三十年高增长的结束也造成了严重的产能过剩，强迫建筑企业提高管理水平，信息化是当前建筑企业管理升级的三大主要出路之一。这为ERP（企业资源计划）、工程项目管理软件、专项管理软件、技术分析软件，以及一些如造价等专业工具软件提供了新的发展动能，也对软件产品性能提出了更高的要求。以BIM为代表的新一代信息化技术应运而生，有望与传统工程技术相结合，创造出一种新的建筑业态，从根本上改变建筑业的工作模式。1.3.2 轨道交通工程管理信息化现状
由于中国的城市大多是初步完成城市化后建设轨道交通，中国城市轨道建设与当前城市运营产生强烈互动，需要处理大量的与各方机构和群体的协调问题，因而形成了极为特别的中国轨道交通建设管理模式。由于地铁建设的高外部性与整个社会对施工和监理企业的信任度不够，中国地铁建设方对施工单位、监理单位及供应商进行强制干预管理，而且中国政府早在2010年就已经发文确定业主为工程建设质量与安全第一责任人。这种特殊管理模式带来了一种特殊的联盟体级工程管理信息化需求，对于尚未真正完成企业级工程管理软件的供应商来说，是一种极大的挑战。
除建设期安全风险监控系统以外，目前各地铁建设方广泛使用的管理信息化工具基本都是办公自动化软件或包装为合同管理、进度管理等的专业办公自动化软件，其主要功能都是文件流转与审批，难以满足地铁建设管理的要求。1.3.3 国内主要轨道交通工程管理信息系统
由于城市轨道交通工程是一种大型的业务活动，由多个法人主体共同完成产品生产过程，兼具产品生产与项目管理的特点，因而城市轨道交通行业的管理信息系统极为繁多，大多数建设单位、特级施工企业与甲级设计院都采购十余个供应商的数十种管理系统，下面介绍几种主要的系统。（1）项目管理信息系统：负责进度、成本、安全、质量风险等的管理。由于建设产品生产的复杂性，一个项目管理要素或一项建筑业务的项目管理也可能发展成为大型（指单个项目的软件售价在百万元以上）商业信息系统出售，如安全风险管理信息系统、成本管理信息系统、监测管理信息系统、视频监控信息系统等。（2）企业管理信息系统：负责企业的生产、人力资源、行政、财务等的综合管理，一般以项目管理系统为其生产子系统的骨干。国内的此类系统一般来源于通用企业协同办公系统，是其建筑业分部的城市轨道交通分支，对城市轨道交通企业的适用性较弱，大多没有完全发挥价值，实践中往往只发挥了OA（办公自动化）功能。比较突出的问题是设计企业管理系统缺少对城市轨道交通设计项目管理的针对性，而施工企业管理系统缺少现场技术信息来源，最终沦为文件级管理的广义协同办公系统。国内还有很多从建筑项目管理软件升级改造而来的企业级管理信息系统，这类系统在建筑专业较强，却在企业资源管理、复杂企业管理流程处理、综合分析等方面较弱，应用效果不太理想。相对而言，设计企业管理系统的应用明显好于施工企业管理系统。企业管理信息系统的推广与应用是近年来我国建筑信息化的关键。（3）政府监管信息系统：很多地方政府开发或采购了招投标、质监、安监、建设管理等信息系统以加强政府监管的力度与效率，相当一部分系统取得了很好的效益。1.3.4 城市轨道交通行业技术软件
传统的技术类软件一般是针对数据的，其对日常往来的数据进行常规处理，利用计算机对数据进行快速运算和大量存储的能力，减轻业务人员的重复性劳动。因此，它是基层技术与业务人员的助手，每个人用一个独立的软件就能提高工作效率，系统的操作者就是利益的获得者，其价值容易发挥和体现，推广起来比较容易。随着计算机应用的普及，这类系统越来越多，越来越专业化，效率也越来越高，成为计算机辅助管理的基础和柱石。
建筑业的事务处理系统非常多，也已经相当成熟，包括计算机辅助设计（或制图）软件、结构设计软件、算量软件、可视化软件（如3ds Max等）、有限元分析软件、几何造型软件（如SketchUp、Rhino等）、文档处理与电子表格软件等。但这些市场大多由国外产品占据，由于欧美发达国家已基本完成了城市化，城市轨道交通建设工程量很小，市场容量的不足导致国外缺少专门针对城市轨道交通行业的专门产品。国内专用的城市轨道交通软件缺少核心技术支撑，一般功能较简单，或者基于国外通用平台软件进行二次开发，性能有待提高。1.4 城市轨道交通的BIM应用现状分析1.4.1 政策背景1．国内政策背景
国家“十五”“十一五”科技支撑计划中列入了IFC（工业基础类）标准和BIM的研究课题。在国家住房和城乡建设部颁发的《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》中，将“加快建筑信息模型（BIM）等新技术在工程中的应用”列入“十二五”建筑业信息化发展的总体目标和重要任务。“十一五”期间，北京、辽宁、山东、广东、陕西、上海、广西、黑龙江、湖南等多个省市都相继出台了推进BIM技术应用的通知或指导意见，鼓励BIM技术在建筑行业中的应用。
2015年，住建部发布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，从国家层面确定了BIM推广的原则与路线，制定了到2020年的发展目标。2．国外政策背景
BIM应用在国外最早起源于北美和欧洲的几个国家，随着其效益的日益凸显，其他国家和地区也开始陆续推动BIM技术发展。整体来看，国外BIM技术应用政策路线的制定及实施推动主要有政府部门推动、行业组织（协会）推动以及企业自发推动3种模式，如表1-1所示。表1-1 国外BIM推广方式
在政策的宏观成熟度上，英国和美国较为成熟，韩国也表现出了同等的优势；在推广动力方面，英国动力最强；在政策行动上，美国、芬兰、韩国偏向于研究、教育和激励，而英国则比较侧重于强制和监督的方式。1.4.2 应用现状
本书编写组于2016年、2017年通过对全国开展轨道交通建设的城市进行问卷调查和实地考察，对我国城市轨道交通BIM的发展水平总结如下。（1）BIM在城市轨道交通工程的应用普及率已超过1/2。目前国务院批复了39座城市轨道交通工程近期建设规划，已开展BIM技术应用的有22个城市，占比56.4%。（2）已形成轨道交通全线规模应用。在已开展BIM应用的22个城市中，开展全线BIM应用的城市占81.8%，采取单点应用的城市占18.2%。（3）BIM应用的投资额逐年增加，平均每个工点全生命期应用平均投资额在40万元以上。（4）Revit和Bentley是国内BIM应用的主流软件，其中，Revit软件占比81.4%，Bentley占比14.8%。（5）基于三维实体技术方面的BIM应用较为成熟，尤其是在管线综合、碰撞检测、施工深化、图纸检查等方面；但如何利用BIM的数据整合能力建设数字轨道交通尚在研究中。1.4.3 我国城市轨道交通BIM实施的问题与挑战1．实施标准不健全
目前国内各地城市轨道交通工程的应用条件不同，标准并不能通用，缺乏完整的、具有普适性和可操作性的国家标准供参考。2．软件与平台尚不成熟
目前国内外主流商业平台多为资料管理系统，对城市轨道交通工程建设全生命期数据的采集、存储及应用缺乏针对性和适用性。3．缺少专业人才
城市轨道交通工程BIM实施涉及工程技术、项目管理、模型建设、软件开发、数据管理等多方面的专业知识，需要BIM建模、应用、开发及管理等多梯度人才相匹配，目前社会的人才体系和人才队伍尚不能满足需要。4．管理体系不完善
城市轨道交通工程BIM实施并不仅仅是简单的技术问题，由于其改变了传统行业内各专业的工作协同方式，在一定程度上重组了传统的业务流程，使各方的工作关系发生了改变；目前配套的政策、法规体系尚不能满足其需要。第2章 基于BIM的数字城市轨道交通建设体系2.1 体系构成要素
城市轨道交通工程系统作为一个复杂的系统，是技术、物质、组织、行为、信息的综合体，涉及参与方众多、专业多样、接口复杂。基于BIM在城市轨道交通工程可行性研究、初步设计、施工图设计和施工等建设全过程组织实施数字化建设，需建立模型创建、模型应用、模型交付等技术标准和管理体系，确保模型的创建、使用和管理及模型数据的传递和共享为工程建设服务。实施体系的构成要素包括目标体系，组织体系，模型创建、应用与管理体系，软件工具与平台体系及资源保障体系，如图2-1所示。图2-1 BIM实施体系构成架构2.2 目标体系
城市轨道交通具有线路长、规模大、专业多、环境复杂、建设周期长、工期紧、运营管理要求高等特点。其特点和建设过程中存在的问题应与BIM技术特点相辅相成，在设计和施工阶段应用BIM，对工程进度、质量、安全、成本等全方位管理都具有重要意义。同时由于建设方、设计方、施工方、监理方等各参建方对BIM的需求差异性较大，在BIM具体实施过程中容易出现大而全的状态，导致BIM应用目标不清、落地困难、投资回报率低。城市轨道交通工程BIM实施目标就是根据数字城市轨道交通项目的实施特点，以工程项目参与方的不同需求为导向而设定的，它包括工程不同阶段应用价值目标和不同参与方实现价值目标。2.2.1 各阶段应用价值目标1．可行性研究阶段
应用BIM技术对设计运营功能、工程规模、工程投资等进行分析，验证工程项目可行性、落实外部条件、稳定线路站位、优化设计方案等，保证设计方案的合理性、适用性和经济性。2．初步设计阶段
应用BIM技术对设计方案或重大技术问题的解决方案进行综合分析，协调设计接口、稳定主要外部条件，论证技术上的适用性、可靠性和经济上的合理性。3．施工图设计阶段
应用BIM技术对设计方案进行综合模拟及检查，优化方案中的技术措施、工艺做法、用料等，在初步设计的基础上辅助编制可供施工和安装的设计文件。4．施工准备阶段
应用BIM技术对工程施工方案开展深化设计及虚拟建造，深入理解设计意图、分析工程重（难）点，全面优化施工组织设计。5．施工阶段
应用BIM技术创建虚拟现场，并构建虚拟现场与实体现场的交互关系。6．竣工验收阶段
基于BIM实现数字化交付。2.2.2 各参与方价值目标1．政府监管部门
规划设计阶段需要通过BIM直观了解地铁沿线区域的经济、人文、商业规划等情况，掌握投资策划与规划方案；施工阶段需要通过BIM直观了解施工进度、质量和安全状态、拆迁影响、环境控制、居民影响、商业开发等信息数据，便于进行决策。2．建设方
规划设计阶段需要通过BIM及时、直观了解设计方案和设计进度，地铁沿线区域的经济、人文、商业规划情况，掌握沿线建设的交通导改、市政管线改迁、环境风险分布情况。施工阶段基于BIM进行数据集成，对各参与方提供的施工过程数据信息进行快速检索、调用、传输、分析和可视化表达，直观了解施工方案、施工进度、施工环境影响，掌控工程进度、质量、安全和投资状态。3．设计管理方
设计总包管理方：需要依托BIM进行设计的合同管理、计划管理、报建管理、信息管理及后勤服务管理。实现BIM信息的过程存储、调用、唯一性控制；实现不同专业、不同参与方的数据共享、任务流程化。
设计总体管理方：需要借助BIM手段辅助编制技术要求、组织方案论证、落实咨询审查意见；同时监督、管理各工点参与方的设计质量体系执行情况，落实质量管理流程；并需要依托BIM进行接口管理及系统功能平衡。4．设计方
在规划设计阶段，基于BIM对项目规划方案和投资策略进行模拟分析；进行包括节能、风环境、光环境、声环境、热环境、交通、抗震等在内的建筑性能分析；开展多专业间的数据共享和协同工作，实现各专业之间数据信息的无损传递和共享；进行各专业之间的碰撞检测、管线综合碰撞检测和预留洞口检查等，最大限度减少错、漏、碰、缺等设计质量通病，提高设计成果质量、设计协调效率和设计成果表达能力。5．施工方
利用BIM细化、完善施工方案，指导构件的生产和现场实施。对施工进度、人力、材料、设备、质量、安全、场地布置等信息进行动态管理，实现施工过程的可视化模拟和掌控。在施工过程中，对工程动态成本进行实时、精确的分析和计算，提高对项目成本和工程造价的管理能力。6．监理方
需要基于BIM跟踪施工全过程，利用BIM模型检查、追溯施工质量，进行质量虚拟验收和质量问题检查，控制施工进度，并通过精细化管理，进行有效的投资控制。7．第三方监测方与质量安全风险咨询方
需要全方位了解风险工程的信息，同时利用基于BIM的岩土工程模型、环境模型模拟地下工程施工过程以及对周边环境的影响，对地下工程施工过程中可能存在的危险源进行分析评估，制定风险防控措施，对施工安全风险进行动态管理。2.3 组织体系
数字城市轨道交通本质意义在于信息集成与高效协同，结合城市轨道交通工程的复杂性和高集成度特性，在基于BIM的数字城市轨道交通实施体系的构成要素中，组织体系的建设至关重要。它是建设方主导、其他所有参建方协同工作的模式，如图2-2所示。图2-2 BIM组织体系2.3.1 建设方工作
建设方的主要工作内容包括：（1）明确工程建设各阶段BIM的应用目标。（2）建立组织架构和BIM应用管理体系。（3）建立包含模型创建要求、各阶段模型创建内容和模型细度、各阶段模型应用与交付要求、模型与文件管理等的BIM技术标准。（4）建设BIM数据集成与管理平台，满足各参建单位协同工作的需求，辅助工程建设管理。（5）根据BIM数据集成与管理平台运行的需求，建立配套的硬件和网络环境。（6）在勘察、设计、施工、监理及设备采购等相关招标文件中，明确BIM的工作内容和技术要求。（7）制定BIM交付成果审核机制和激励措施，规范、督促和引导各参建单位的BIM应用工作。（8）对各阶段、各参建单位的BIM交付成果进行审核、管理和归档。（9）组织相关单位审核竣工验收模型与工程实体、竣工图纸的一致性，并向运营单位和政府主管部门移交竣工验收模型。2.3.2 勘察方工作
勘察单位（含环境调查单位）的主要工作内容包括：（1）根据建设单位BIM技术标准要求创建地质模型和场地模型。（2）利用模型检查、核实地质勘查和周边环境调查资料的可靠性、完整性。（3）根据工程和企业自身需要，研究支持多种数据表达方式与信息传递的工程勘察数据库建设方法；研究便于提升地质模型和场地模型创建质量和效率的技术；建立基于BIM的地质勘查和周边环境调查的工作流程与工作模式，实现地质勘查和周边环境调查技术的升级。2.3.3 设计方工作
设计单位的主要工作内容包括：（1）根据建设单位BIM技术标准要求创建设计模型。（2）在工程可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段，开展优化设计方案、提高设计质量的BIM应用工作。（3）根据工程和企业自身需要，研究建立基于BIM的协同设计工作模式；建设BIM数据集成与管理平台，实现各专业设计信息的集成与共享；研究基于BIM的辅助设计工具，提高BIM应用工作的效率。（4）参与竣工验收模型与工程实体、竣工图纸的一致性审核工作。2.3.4 施工方工作
施工单位的主要工作内容包括：（1）根据建设单位BIM技术标准要求，结合工程设计方案、施工工法与工艺及项目管理要求完善施工图设计模型，形成施工模型。（2）利用施工模型完善施工方案、指导现场施工。（3）建设BIM数据集成与管理平台，对施工进度、质量、安全、成本等进行管理。（4）按照建设单位BIM技术标准创建竣工验收模型。（5）根据工程和企业自身需要，利用施工模型对工程成本进行实时、精确地分析和计算，提高对项目成本和工程造价的管理能力；综合应用数字监控、移动通信和物联网技术，实现施工现场即时通信与动态监管、施工时变结构及支撑体系安全分析、大型施工机械操作精度检测、复杂结构施工定位与精度分析、施工安全风险动态监控等智慧建造，提高施工精度、效率和安全保障水平。2.3.5 监理方工作
监理单位的主要工作内容包括：（1）根据建设单位BIM技术标准要求，审核施工过程模型信息与施工现场的一致性。（2）参与审核竣工验收模型与工程实体、竣工图纸的一致性。（3）利用BIM数据集成与管理平台辅助施工监理工作。2.3.6 其他参与方工作
设备供应单位应根据建设单位BIM技术标准要求，提供适用于日常管理的设备简化模型或适用于检修的设备精细化模型。
第三方监测单位、质量检测机构、风险咨询机构、材料供货商等参建单位，应按照建设单位BIM技术标准要求创建模型或提供信息。2.4 模型创建、应用与管理体系2.4.1 模型创建体系
城市轨道交通工程模型创建应满足各阶段的应用目标，其内容以数据共享的管理需求为导向，进而确保最终交付。城市轨道交通模型建设分为可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、施工阶段和竣工验收阶段。模型生产流程如图2-3所示。图2-3 城市轨道交通工程BIM模型生产流程（1）可行性研究阶段：本阶段主要以数据信息采集为主，可创建包含场地、地质、线路、车站建筑等专业的方案设计模型。（2）初步设计阶段：在方案设计模型基础上，通过增加或细化模型元素等方式创建初步设计模型所包含的信息，模型范围重点为场地、地质、线路、车站建筑等，可根据实际需要扩大模型范围、提高模型细度。（3）施工图设计阶段：在初步设计模型所包含的信息基础上，通过增加或细化模型元素等方式创建施工图设计模型。建模范围包括场地、地质、车辆、限界、线路、轨道、路基、车站建筑、高架结构、地下结构、工程防水、通风空调及供暖、给排水、通信、信号、自动售／检票系统、火灾自动报警系统、综合监控系统、环境与设备监控系统、乘客信息系统、门禁、运营控制中心、站内客运设备、站台门、车辆基地、防灾、环保等系统。可根据应用需要设定模型细度。（4）施工阶段：在施工图设计模型基础上，通过增加或细化模型元素等方式创建深化设计模型和施工过程模型。深化设计模型宜包括土建、机电、装修等子模型，施工过程模型宜包括标准化管理、进度管理、质量管理、成本管理等子模型。（5）竣工验收阶段：在施工过程模型基础上，通过删除、增加或细化模型元素等方式创建竣工验收模型；模型细度应与工程实体和竣工图纸相符合，宜具备工程资料编码、设备编号、资产编码等信息，以满足竣工资料归档和资产移交的需求。2.4.2 模型应用体系
根据可行性研究、初步设计、施工图设计、施工准备、施工及竣工交付等各阶段的BIM应用价值目标，城市轨道交通工程模型应用体系包括应用目的、应用内容、应用流程、交付成果四个方面，概述如下。（1）可行性研究阶段：以方案设计模型为基础，利用GIS地理信息系统、大数据、云计算等技术对设计方案进行规划符合性分析、服务人口分析、景观效果分析、噪声影响分析、征地拆迁分析及地质适宜性分析等，选择最优设计方案，并以设计方案为依据进行相关区域的规划控制管理。（2）初步设计阶段：利用初步设计模型所包含的信息对建筑设计方案、结构施工方案、专项风险工程、交通影响范围和疏解方案、管线影响范围和迁改方案进行可视化沟通、交流、讨论和决策。（3）施工图设计阶段：利用模型开展设计进度和质量管理、限界优化设计、管线碰撞检查、三维管线综合、预留预埋检查及工程量统计等方面的应用，提高设计质量。（4）施工准备阶段：结合施工工艺和现场情况，利用模型开展机电深化设计、装修深化设计、土建深化设计、大型设备运输路径检查、关键复杂节点工序模拟和工程筹划模拟等方面的应用，指导现场施工。（5）施工阶段：结合GIS、物联网、移动互联等技术开展标准化管理、进度管理、安全风险管理、质量管理、重要部位和环节条件验收、成本管理等方面的应用，实现对工程项目的精细化管理。（6）竣工验收阶段：城市轨道交通工程竣工验收合格后，将各阶段验收形成的专项验收情况、设备系统联合调试数据、试运行数据等验收信息和资料附加或关联到模型中，形成竣工验收模型，分别向政府管理部门和运营单位移交。2.4.3 模型管理体系
城市轨道交通模型管理体系主要是对BIM成果的管理。BIM成果包括标准成果和项目成果，涵盖了技术标准、标准模型和项目实施过程中的项目模型、BIM应用成果，如图2-4所示。图2-4 BIM成果体系（1）技术标准是服务于城市轨道交通建设方BIM实施体系的BIM技术规范。技术标准分为企业标准和项目标准。
①企业标准：以服务城市轨道交通建设单位公司级BIM发展总体规划为核心，制定的成果管理标准、应用标准、构件库创建与管理标准等一系列通用性标准。
②项目标准：针对具体项目的BIM应用目标、应用内容和组织模式，制定的管理方案、BIM应用专项技术标准、成果交付要求等一系列标准文件。（2）标准模型是按照城市轨道交通BIM技术标准建立并用于技术标准交底工作的模型，项目实施过程中为各BIM实施单位提供参考。（3）项目模型是BIM实施责任单位按照相关BIM技术标准，分阶段建立并按项目工点提交的模型。项目模型应分线路、分阶段、分工点进行管理。（4）BIM应用成果是各BIM实施责任单位根据具体项目标准，开展各项BIM应用产生的一系列专项应用模型、视频、图片、三维图册等成果。BIM应用成果分线路、分工点、分应用进行管理。
BIM成果根据城市轨道交通工程建设阶段和专业划分进行分类管理。BIM成果以电子文件形式存储和管理，其中，标准、报告等纸质文件应同时满足法律法规要求和不同单位的相关档案管理办法。2.5 软件工具与平台体系
软件工具与平台体系主要包括用于模型创建和基本使用的软件与用于数据管理和应用的平台。2.5.1 模型创建及使用软件1．概念
满足城市轨道交通工程的建筑信息模型创建和使用的软件，目前主要包括Revit、CATIA、ARCHICAD、AECOsim Building Designer等。2．Revit（1）产品的相对优势
Revit从一开始就定位于建筑业，Autodesk公司投入大量人力、物力对Revit进行功能拓展与性能优化，充分发挥了Autodesk公司擅长人机交互设计的优势，软件易懂易学。
软件从一开始就借鉴PTC公司的零件编辑器技术开发了族编辑器，使不懂软件开发的建筑工程师可以根据需求制作构件。其强大的自定义能力建立了强大的适应能力，基本能够满足地铁车站建模各专业的需求。
Autodesk公司比较重视建筑业与中国市场，Revit不仅是建筑业专用功能开发投入最大的特征建模软件，也是唯一在软件产品本身进行了充分中国化定制的BIM建模软件，易于中国工程师学习掌握。软件功能最齐全，建筑、结构与机电各专业比较平衡。（2）产品的相对劣势
在应用层次上，Revit原本的目标客户是小型房建项目，软件的核心技术中未考虑地铁行业的需求。例如，缺乏岩土方面的要素，难以处理地铁建设所需的土体的变形受力与位移等信息；只能基于空间直角坐标系处理空间信息，没有转换为大地坐标系的手段，难以满足地铁等大型线性工程的需求。此外，还不能在通风系统中创建风道，不能按工程逻辑创建地铁的混合风室等。这导致Revit在地铁行业中的应用大多局限在管线综合与施工时空模拟等方面，其他应用往往流于形式，成为营销手段。而杂散电流等地铁行业的关键问题在Revit体系中完全没有可行的处理手段。
在应用生态上，国内没有基于Revit平台（或可以利用Revit模型中的信息）的地铁类分析计算软件，难以形成工程量计算、能耗分析等有效应用，模型的价值有限。
在建模逻辑上，Revit仍是一种构件几何尺寸驱动的建模软件，不能在线路设计阶段用平纵面几何位置驱动站点与区间的站位，限制模型的动态调整能力与数据关联性。而地铁行业的总体设计对工点设计与专项设计的约束和接口也是Revit技术体系无法处理的难题。
在软件技术层面上，Revit系统模块化不足带来了很多问题。一方面，软件中累积的低效代码太多，非常笨重，对内存与CPU的消耗大；另一方面，不容易吸收利用当代先进的软件技术，在很多关键模块上至今还在采用二十年前的软件技术。例如，早在十年前多核CPU就已经成为主流技术，而Revit在很多地方还只能单线程计算，难以发挥新硬件技术的优势。因而很难用Revit进行施工图的深度全专业设计，最多只能进行全专业翻模（设计模型中有大量的驱动信息，远比基于二维CAD所翻的模型复杂）。3．CATIA（1）产品的相对优势
CATIA的产品系统非常完整且强大，在计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助制造与产品信息管理等方面都有成熟产品且大多占据最高端位置，能够提供目前PLM所涉及的绝大多数技术。
CATIA系列产品拥有强大的底层平台，组件化与模块化程度高，容易进行二次开发。而CATIA在制造业的庞大用户群中有大量二次开发人才，很容易招募人才进行建筑业应用的开发，拥有良好的产业生态。
因而在理论上，CATIA及达索公司的PLM体系可以实现地铁BIM领域的绝大多数应用。（2）产品的相对劣势
CATIA是一个通用的制造业（含建筑业）建模平台，并没有按建筑业的规则组织数据，缺少专门针对建筑业的应用组件，没有面向建筑业工程师的人机交互界面支持，软件难学难用，在建筑业工作效率低下。
同时，达索公司的分析计算软件虽然功能强大，但也尚未达到可以处理时间、空间效应的程度。岩土是离散体还是连续体等最基本的理论争议也限制了达索体系软件这种基于算法的工具的有效性。
此外，软件的高价格与建模分析的高人工成本让CATIA在地铁行业的应用停留在科研与个别高大难项目上。4．ARCHICAD（1）产品的相对优势
ARCHICAD是唯一一个拥有纯粹建筑业基因的BIM建模软件，工作逻辑与建筑师的设计思路比较相近，基本符合建筑设计的流程，人机交互界面友好，对建筑师而言易学易用。
GRAPHISOFT公司十分注重与其他软件的协作，是OPEN BIM的发起者之一，对IFC标准的支持力度较强。（2）产品的相对劣势
ARCHICAD的优势仅集中在房屋建筑工程的建筑专业设计上，而地铁设计中没有立面设计，ARCHICAD的很多功能在地铁领域并无用武之地。而ARCHICAD的机电及施工应用基本上略高于插件水平，面对以管理综合为主要应用的地铁BIM应用现状，难以发挥优势。
此外，针对中国用户的定制极为不足，不仅没有按中国标准规范开发中国版本，连操作界面的汉化都还没有做好，其翻译水平相当于翻译软件，界面上很多中文词汇非常难以理解，多数工程师宁可使用英文界面。
ARCHICAD在地铁行业的应用大多局限在车站建筑与结构建模上，但地铁领域的IFC还未开始研究，因而ARCHICAD无法借助IFC与机电等专业协同，这极大地限制了ARCHICAD在地铁领域的应用推广。5．AECOsim Building Designer（1）产品的相对优势
Bentley公司的MicroStation虽然在CAD市场上与AutoCAD并称为低端产品代表，市场份额也明显不及AutoCAD，但MicroStation很早就开始在特征建模技术上发力，其三维能力、参数化能力与特征建模能力远非AutoCAD可比。基于MicroStation平台开发的很多分析计算软件乃至于GIS软件都已相当成熟，良好的市场回报反过来推动了MicroStation的发展。目前，MicroStation已经是一个集成性、功能与性能都相当稳定的平台，这为AECOsim Building Designer奠定了良好的基础。
AECOsim Building Designer与MicroStation之间的关系虽然与天正和AutoCAD的关系很接近，但由于AECOsim Building Designer与MicroStation是同一家公司开发的，相互之间非常透明。AECOsim Building Designer相当充分地利用了MicroStation的各种功能，操作柔顺，不同版本间兼容性好，利于协作（不像Revit那样低版本软件无法打开高版本文件，高版本软件不能保存低版本文件，迫使设计团队须用同一版本的Revit软件，给设计管理带来很多障碍）。
Bentley公司在建筑业的产品链比较齐全，各专业的能力也比较均衡，在基础设施领域与房屋建筑领域都有相应的产品，用户选择自由度较高。（2）产品的相对劣势
Bentley公司在建筑业的投入有限，AECOsim Building Designer只是一个介于插件与独立软件之间的产品，软件内置的建筑业元素较少，在复杂项目上需要设计师自己制作很多构件，但AECOsim Building Designer的构件自定义能力较弱，导致设计师制作构件比较复杂，难以对构件行为进行定义。只有掌握软件开发技术而又有较强建筑专业知识的人才能真正比较高效地设计出图，软件使用门槛较高。
AECOsim Building Designer软件也没有专门针对中国市场开发，不仅内嵌中国的设计标准很少，其中文版在很多细节界面上仍使用英文，不利于中国工程师学习掌握。
Bentley公司虽然在线性工程（如石油建设）、房屋建设领域以及建筑业GIS等方面有相应产品，但地铁建设并非简单的线性工程与房屋建设的叠加，因而Bentley公司在地铁领域的能力与用户期望尚有一定距离。2.5.2 BIM数据集成与管理平台软件1．概念
BIM数据集成与管理平台是指利用GIS、物联网、移动互联、大数据、云计算和人工智能等技术，实现建设工程及设施全生命期内信息数据集成、传递、共享和应用的软件环境。2．基本条件
城市轨道交通工程宜建设BIM数据集成与管理平台，开展工程全生命期BIM应用，并为运营管理提供设施设备的基础数据。BIM数据集成与管理平台应兼容主流数据格式，并提供转换方式和转换工具。3．平台作用
BIM数据集成与管理平台主要解决以下问题。（1）实现工程建设各阶段BIM的可视化集成、动态更新和查询展示。（2）实现工程建设各参与方BIM应用过程中的数据传递、共享和协同工作。（3）满足工程建设各阶段的BIM应用要求。（4）与运营管理系统进行对接。4．平台基本原则
BIM数据集成与管理平台建设可参照下列原则。（1）完整性原则：系统建设需考虑功能完整性，应能满足城市轨道交通工程建设各阶段BIM应用所需的系统功能和技术条件。（2）先进性原则：系统在设计思想、系统架构、关键技术上采用国内外成熟的技术、方法、软件、硬件设备等，确保系统有一定的先进性、前瞻性、扩充性。（3）可靠性原则：需对数据的管理和使用设置系统权限，确保系统、数据的安全可靠，充分考虑分级联网及外网衔接中的应用操作与信息访问安全问题，系统设计采用有效的备份措施，能够在遇到灾难性破坏时进行数据恢复。（4）扩展性原则：系统建设采用积木式结构、组件化设计，整体架构要考虑系统建设的衔接，为后期功能扩展预留扩充条件，能够根据需要与企业已有、在建或拟建的相关系统进行有效集成。5．分层设计
BIM数据集成与管理平台的系统架构应进行分层设计，各层的操作模块应相对独立。系统架构设计可参照图2-5，并满足下列要求。（1）数据层：可按空间数据和业务数据进行分类存储，空间数据为模型的几何信息，业务数据为设计业务数据、施工业务数据、竣工验收业务数据、平台配置数据、成果文件等。（2）引擎层：利用引擎对数据层的数据进行计算、加工、分析和展示，为平台的数据服务提供基础支撑。（3）服务层：利用引擎实现平台中的数据管理、模型操作、空间分析、统计查询等基本功能后，对应用层提供相关服务接口。（4）应用层：按照需要调用服务接口，形成应用层的功能模块，满足各阶段的BIM应用需求。（5）访问层：根据各阶段的BIM应用需要，提供基于多种终端的访问形式。图2-5 BIM数据集成与管理平台系统架构简图6．基本功能
BIM数据集成与管理平台宜具备下列基本功能。（1）权限管理：支持对相关单位进行用户管理和权限管理。（2）数据存储：支持互联网云存储、图档资料的数字化归档，以及对项目信息、技术标准、公共资源和知识库等的存储和管理。（3）数据集成：对于不同软件创建的模型，能够使用开放或兼容的格式进行转换，支持与外部管理系统数据对接。（4）数据展示：支持对模型数据按照工作分解结构（WBS）展示，支持多种数据集成、大场景展示和在线浏览等，支持在线实时剖切、测量、标注等，支持模型构件的调用和编辑等，支持三维场景中信息批注、保存和调取等。（5）数据统计：支持对模型承载信息的分类统计和对统计分析结果的输出。（6）平台访问方式：支持多终端的展示及应用。
BIM数据集成与管理平台应支持设计方案的技术经济指标分析和设计工作的过程管理，能够集成视频监控、门禁、施工安全风险监测、隐患排查、验工计价等的信息系统和前期工作管理、进度管理、质量管理等的管理数据，辅助工程设计和施工管理。
BIM数据集成与管理平台应能集成视频监控、BAS、FAS、AFC等的信息系统和利用物联网、移动互联等技术采集的通风空调与供暖、电扶梯等设施设备的运行状态数据，为运营管理阶段的资产管理、控制保护区管理、设施设备管理和应急管理等预留接口。2.6 资源保障体系
数字城市轨道交通工程项目实施贯穿城市轨道交通生产的各个环节，是在日常工作中的一种数字化过程和成果，是企业的生产对象。良好的资源保障则有利于企业对项目进行有效的控制。对于数字城市轨道交通的建设和管理可以理解为，在一定的时间段内，通过科学管理，充分发挥人、材、机的有效功能，优质、高效地完成数字化建设任务。因此，资源保障体系作为实施体系的重要构成因素之一，主要包括人员条件、硬件网络和管理环境。2.6.1 人员条件
基于BIM的数字城市轨道交通工程建设涉及工程技术、项目管理、模型建设、软件开发、数据管理等多方面的专业知识，因而整个实施过程中需要进行多专业的人才梯队建设，简单介绍如下。（1）建模人员：用BIM软件建立三维模型的人员，是最基础的BIM人才。随着BIM的发展，专业的建模人员逐渐来自设计人员和施工技术人员的转化。（2）BIM应用人员：用BIM来演示三维方案，演示工程建设、漫游、碰撞检测、管线综合优化等，即BIM工程师。伴随软件的逐渐成熟，BIM应用人员也普遍由工程技术人员代替。（3）BIM开发人员：围绕工程管理需求进行BIM的二次开发，包括软件开发、平台开发等。随着信息化技术的发展，BIM开发人员的专业技术逐渐涉及GIS、物联网、大数据等专业。（4）BIM管理人员：用BIM来解决城市轨道交通工程设计、施工中的问题，并对企业或行业中不合理的或可优化的流程、制度、标准等提出解决方案、方法或思路的人员，是BIM总监人才。伴随着数字地铁建设理念的深入，BIM管理人员逐渐来自城市轨道交通建设管理人员的转化。2.6.2 硬件网络
在基于BIM的数字城市轨道交通工程建设和管理过程中需根据应用深度配套不同的硬件和网络资源，包括防火墙、核心交换机、路由器、系统服务器、UPS供电系统、防入侵系统和专用网络等。2.6.3 管理环境
数字城市轨道交通工程建设和管理中涉及城市轨道交通集团建设主管部门、项目主管部门、设计单位、施工单位和运营单位等多个参与方。良好的管理环境是BIM实施效果的可靠保障。
管理环境分为外部环境和内部环境，外部环境一般有政府与BIM实施有关的法律法规体系、工程实施环境、BIM市场环境、技术发展环境等。内部环境有企业人力资源环境、物力资源环境、财力资源环境以及数字化理念文化环境等。第3章 基于BIM的数字城市轨道交通建设总体管理3.1 总体管理概述3.1.1 总体管理模式的概念
总体管理模式是指由建设方、BIM总体单位、设计单位、施工单位及其他全部轨道交通项目参建单位共同开展BIM应用的双轨制的纵向管理体制，是现阶段由建设方主导、其他所有参建方协同工作的BIM工作模式。其中由建设管理方制定所在城市轨道交通建设BIM应用的总体规划，并将BIM标准编制、平台搭建等基础性工作和BIM管理工作委托给一家单位（即BIM总体单位）。建设方和BIM总体单位共同对各参建单位的BIM应用工作实施管理与协调。BIM总体单位与传统的设计总体单位或施工总包单位形成了统一在工程项目业主主导下的双轨制管理体制，组织项目BIM工作实施。总体管理模式架构如图3-1所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]