BIM在城市轨道交通工程中的应用还处在发展阶段,有待建立一套系统、科学的城市轨道交通工程建设阶段BIM标准体系。

  城市轨道交通工程建设阶段仍处于离散的资源管理模式,信息壁垒、孤岛林立,管理手段也较为落后,缺乏BIM技术的系统应用,缺少完善的BIM标准体系。因此,充分发挥BIM的优势,打通既有生产方式下存在的信息壁垒、管理桎梏,形成规范化的BIM标准体系建设,提高生产效率,成为破解轨道交通工程中BIM应用困局的有效途径。

既有标准体系

  建筑、铁路行业与城市轨道交通工程同属土建工程领域,在建设周期、管理模式、技术手段等方面比较类似,其标准体系的建设思路、编制维度对城市轨道交通标准体系的建设具有指导性意义。

建筑BIM标准现状

  建筑行业信息化发展的时间已有十余年时间,在政府的重视和支持下,近几年发展迅速。如今,BIM技术在建设行业备受关注,BIM应用及标准体系建设也逐步深入、系统。

  住房和城乡建设部高度重视BIM技术在建筑行业的应用推广工作,2011年、2016年相继发布了《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》,提出了两个五年计划的BIM 技术发展方向,要求基本实现建筑企业信息系统的普及应用,推动信息化标准建设,促进具有自主知识产权软件的产业化。2014年7月出台的《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》中明确指出,应推进建筑信息模型(BIM)等信息技术在工程设计、施工和运行维护全过程的应用。2015年6月颁布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》,提出建筑行业部分设计单位及施工企业应掌握并实现BIM和信息技术的集成应用。2017 年7月颁布了《建筑信息模型应用统一标准》,规定了BIM 在工程项目全生命期各个阶段建立、共享和应用的原则,包括模型的数据要求、交换共享要求、应用要求及其具体实施要求等。2018年1月颁布了《建筑信息模型施工应用标准》,从深化设计、施工模拟、预制加工、进度管理、预算成本管理、质量安全管理、施工监理、竣工验收等方面,提出建筑信息模型的创建、使用和管理要求。2018 年5月颁布了《建筑信息模型分类和编码标准》,规定了各类信息的分类方式和编码办法,这些信息包括建设资源、行为和成果。2019年6月颁布了《建筑信息模型设计交付标准》,规定了交付准备、交付物、交付协同三方面内容,包括建筑信息模型的基本架构、模型精细度、几何表达精度、信息深度、交付物、表达方法、协同要求等。2019年6月颁布了《建筑工程设计信息模型制图标准》,用以指导基于BIM的建筑工程设计过程中,各阶段数据的建立、传递和解读,特别是各专业之间的协同,工程设计参与各方的协作,以及质量管理体系中的管控等过程。另外,即将发布的《建筑工程信息模型存储标准》,基于IFC针对建筑工程对象的数据描述架构(Schema)做出了规定,规定了数据存储和交换的标准格式。

铁路BIM标准现状

  根据铁路工程建设信息化的总体规划,中国国家铁路集团工管中心引领BIM技术在铁路工程上的应用研究与BIM标准的制定。中国铁路BIM 标准体系包括技术标准和实施标准两大部分,技术标准主要包括数据存储标准、信息语义标准、信息传递标准等方面,实施标准从资源、行为、交付物三方面指导和规范了铁路行业规划、设计、施工、建设管理、运营企业实施BIM标准。

  依托于中国铁道科学研究院创立的《铁路技术创新》期刊,先后发布了一系列铁路BIM标准。2015年1月颁布了《铁路工程实体结构分解指南》,采用系统分析方法将铁路工程对象分解为既相互独立又存在关联关系的项目单元,规范了模型的建立。同月还颁布了《铁路工程信息模型分类和编码标准》,基于IFD 全面整理了铁路工程信息模型的分类、编码,实现了铁路工程全生命周期信息的交换、共享。2016年1月颁布的《铁路工程信息模型数据存储标准》和同年7月颁布的《铁路四电工程信息模型数据存储标准》,结合铁路工程的特点对常规IFC进行了扩展,统一了铁路工程模型及信息的存储标准。2017年9月集中颁布了《铁路工程信息模型表达标准》《基于信息模型的铁路工程施工图设计文件编制办法》《铁路工程信息模型交付精度标准》《面向铁路工程信息模型应用的地理信息交付标准》《铁路工程WBS工项分解指南》《铁路工程数量标准格式编制指南》和《铁路工程信息交换模板编制指南》,规定了模型命名规则、模型几何表达等级、模型的拆分与组合、视图表达、外部参考等,明确了采用BIM技术设计的铁路工程施工图文件的组成和内容,规范了铁路工程BIM 设计交付物的几何精度和信息深度,基于线分法实现了对铁路工项按设计单元的系统分解。2018年12月颁布了《铁路工程信息模型设计阶段实施标准》和《铁路工程信息模型施工阶段实施标准》,均从铁路工程信息模型的行为、协同和资源3个基本维度,制定了铁路工程信息模型的设计、施工实施方法,推动了铁路工程信息模型在铁路设计、施工阶段的深入应用。

城市轨道交通工程标准体系建立

  成熟的标准体系可指导参与建设的单位少走弯路,准确锁定应用目标,较短时间获取BIM应用所带来的实际价值。在借鉴建筑、铁路行业标准体系研究经验的基础上,依托于“轨道交通工程BIM技术应用标准体系研究”、“基于BIM的建设管理平台关键技术研究”、“城市轨道交通工程施工BIM管理平台研发”等科研项目,开展了系统的城市轨道交通工程标准体系的制定工作,取得了一定的阶段成果。

总体规划

  结合城市轨道交通工程的建设模式,参考建筑行业标准分类办法,将标准体系至上而下分为纲要→导则→指南→手册四个层级。

  (1)发展纲要主要给出行业发展方向、方针、政策,制定切实有效的研究、应用步骤与计划。

  (2)实施导则在纲要的基础上,明确行业BIM 应用的技术路线,提出各单位的BIM 实施内容框架,从资源、行为、交付等方面制定准则。

  (3)应用指南从技术和实施两方面着手,结合行业需求,在构件编码、模型建立、附加信息、后期交付等方面制定行之有效的标准指南。

  (4)技术手册主要是结合BIM应用的技术细节,对应用指南进行细化与补充,制定出每一项技术应用的操作手册和实施要点。

标准体系层级

发展纲要

  纲要引领行业BIM技术发展的方向和深度,也是BIM标准体系建设的顶层规划。纲要应响应国家发展、智慧城市建设的战略需求,满足行业、企业自身发展的现实需求,编制内容如下。

  (1)实施背景:分析行业、企业BIM应用面临的现状与需求,提出BIM实施初期可能遇到的问题及挑战,为后期应用推广奠定基础。

  (2)应用目标:从行业需求出发,提出BIM应用的总体目标、阶段目标、专业目标和整体应用价值目标,为技术研究、应用实施指明方向。

  (3)实施内容:从战略发展角度出发,规定BIM实施的标准编制内容、BIM应用的软件开发项目、BIM平台的建设规划体系,并提出后期应用推广的实施步骤、组织机构建设原则、BIM成果交付准则。

  (4)推广建议:为了BIM技术能得到切实有效的应用推广,在快速建模插件、协同设计平台、专业应用平台、综合管控平台等方面提出培训实施、资源配置、应用环境的要求。

  (5)实施保障:站在行业的制高点,提出BIM技术实施应响应国家、地方出台的相关政策,应引起项目领导的大力支持,要求项目应给予BIM实施相应的资源保证,以达到BIM技术落地应用的目标。

  科学制定发展纲要能保持行业的领先地位,保证BIM技术系统实施与应用,加快行业信息化建设的步伐,推动轨道交通工程建设和管理水平稳步提升。

实施导则

  导则规范BIM技术应用的总体思路,也是标准体系建设中关于实施的重要指引内容。通过深挖企业BIM技术的应用背景,引导企业制定符合国家、行业政策趋向的企业发展路线,包括BIM实施总体思路、实施管理、实施流程、关键技术、相关案例的BIM应用实施等内容。

  (1)总体思路:结合企业发展现状,分析研究BIM应用对于企业发展面临的内部改革及调整,明确企业BIM实施方法,为企业BIM应用发展确定指导规划。

  (2)实施管理:以建设单位(业主)实施模式和总承包商BIM实施模式为主,针对建设期规划、设计、施工各阶段,确定了实施的组织架构、各参建方主要职责,详细说明了BIM技术在各阶段的实施流程。

施工阶段的BIM实施流程

  (3)关键技术:阐述了BIM在规划、初步设计、施工图设计、施工准备、施工建造等阶段中应用的技术关键点,如规划阶段将BIM技术应用于场地分析、设计方案比选、虚拟仿真漫游等方面,在施工图设计阶段主要应用于综合模型建立、碰撞检测、净空优化等方面。除此之外,还阐述了各阶段需要用到的协同设计、施工信息化管理平台等内容。

  实施导则的制定,明确了国家政策、行业标准下的企业发展方向,为城市轨道交通工程建设企业提供切实可行的BIM实施准绳,提升企业在高速发展的社会经济条件下的竞争力。

应用指南

  结合企业BIM应用的实际需求,参考相关既有企业标准,充分考虑国家、行业的政策规定,从工程实用角度出发,创造性地制定了一系列符合国情的规定,包括分类及编码标准、数据标准、建模标准、应用标准和交付标准。在指南研究编制过程中,遵循了国际IFC标准制定的7项基本原则:兼容性、可移植性、抽象性、可扩展性、可选择性、可重复性以及易用性。

  (1)分类及编码标准:为实现标准化BIM建模,在满足城市轨道交通工程规划、设计、施工相关标准的前提下,参考工程量清单计价标准,编制了城市轨道交通工程分类及编码标准,为城市轨道交通工程建设期管理中的信息无损传递奠定基础。下图节选了BIM模型构件编码规则作为示例,一级定位占用11位字符表达出某城市某行业某车站某专业,二级定位占用3~4位字符追溯至构件所处的部位,细部构件编码则根据构件EBS分解准确指向该部位的某类构件,流水号则精准选出某一构件,从而实现每个构件的唯一编码。

 

  (2)数据标准:结合行业特点,针对城市轨道交通工程建设期的数据特点,统一定义了数据的语义、存储、传递、应用标准,以达到所有参与方对数据理解一致的目的。数据的语义标准主要规定各类数据的含义、标准函数、所属对象,形成统一的数据字典;存储标准则规定了各类数据的存储、结构、字段类型等,为数据接口提供标准的读写基础;传递标准则规定了各类接口标准、文件格式,以实现数据在各参与方、各阶段、各专业之间的无损传递与交付;应用标准界定了各类数据与模型构件之间的从属关系,以及在建设期应用过程中所处时期和表达方式。

  (3)建模标准:按照专业分类定义了各阶段BIM模型深度要求。其中施工阶段还结合施工工艺、分部分项规定了不同施工时期的建模深细度,还参考行业相关标准,规定了模型各类构件的建模方法及推荐使用的建模软件,给出了标准参考族库及族库使用规则,规定了各类构件的颜色配比等。

 

  (4)应用标准:从设计、施工两方面分别制定了应用标准。设计应用标准包含了规划设计、初步设计、施工图设计等时期的标准,从应用模式、人力资源配备、环境资源配备、BIM资源管理等方面规定了BIM设计资源建设,明确了设计项目实施策划编制方法和内容,规定了协同平台、内部协同、外部协同等多专业BIM协同工作,规范了准备、分析、检算、审核、优化等BIM设计行为,详细阐述了测绘、地质、线路、轨道、路基、桥梁、隧道、站场等21个专业的BIM设计应用内容。施工应用标准界定了BIM应用模式、软件、硬件等环境资源,规定了应用策划的编制方法和内容,明确了土建、管线迁改、预制装配、机电、装饰装修、钢结构等方面的施工BIM应用内容,详细阐述了建设过程中的安全、质量、进度、成本、技术、物料等管理工作重点。

  应用标准的编制可为行业内设计、施工企业BIM工作落地实施提供指导和参考依据,为后期标准化的BIM技术应用奠定基础。

  (5)交付标准:各阶段BIM应用都有侧重点,对模型深度和信息内容也有着不同的要求,交付标准在参考国内外相关标准的基础上,结合行业、阶段、专业等特点,制定了符合行业要求的交付精度等级,规定了各阶段、各专业、各参建方之间的交付原则、范围、模型几何精度和模型信息深度。

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技术手册

  BIM应用标准的提出,需要以具体技术指导为基础。技术手册以BIM应用点为核心,从设计、施工两个方面规定每项应用技术的工作要点,为BIM技术的切实可行提供技术保障。

  (1)设计手册:分析目前设计阶段应用现状,确定了规划、初步设计、施工图设计等时期的BIM应用目标,定义了BIM实施流程,详细、完整、系统地阐述了各项BIM应用技术细节。手册阐述了多专业BIM综合模型建立的工具、方法和流程,详细解释了设计阶段各时期的碰撞分析、设计优化技术。同时,设计手册还详细描述了正向设计、协同平台的使用方法和应用案例,可作为一线生产作业人员的工具参考书。

  (2)施工手册:分析了施工阶段BIM的应用目标,提出了以综合模型为应用基础的概念,明确了施工准备、施工实施、施工验收等各时期的BIM应用点,详细阐述了各应用点的技术细节、实现方法、实施步骤及标准成果。同时,施工手册还介绍了主流施工管理平台、综合监控平台的使用方法及应用案例,分类总结应用过程中的成功经验和问题教训。技术手册的编制,为城市轨道交通工程建设BIM应用的标准化提供了翔实的技术参考,有效提高各技术人员BIM作业水平,提升工程技术管理质量。

项目实践

工程概况

  以广州城市轨道交通工程指挥部直管的广州地铁11号线、13号线二期、7号线二期、综合管廊等项目为依托,全方位开展标准研究、平台研发、现场实施等工作,取得了一系列阶段成果,也得到了广州市政府、业主及社会各界的认可。

应用规划

  贯彻发展纲要的要求,选定广州地铁11号线、13号线二期、7号线二期为BIM 试点项目,确定其施工阶段BIM应用的目标。根据实施导则明确BIM应用的技术路线和关键技术,制定切实有效的实施计划。

  广州地铁各条线均为施工总承包工程,因此BIM应用点主要集中于施工阶段,重点对施工阶段的应用指南和实施手册进行验证。结合应用指南确定车站、区间、车辆段等模型建立的编码规则,确定各类BIM应用点的应用深度、技术方法、实施流程、交付成果等,预先定义出施工管理平台各类应用之间的接口标准、数据标准等。实施过程中,技术手册则为一线操作人员提供了技术参考,使各应用点切实有效地落地。同时,在项目应用过程中,结合实践经验、教训,再逐步完善应用指南和技术手册。

应用情况

  广州地铁施工阶段拟定的BIM应用点主要包括综合模型建立、线路优化、场地布置模拟、管线迁改优化、施工方案模拟、工程验交管理、生产过程管控等,在此选择具有代表性的车辆段施工模拟作为示例,以此说明标准在施工过程中的应用与验证。车辆段施工分盖内、盖外两部分,整体土建面积超过30万㎡,工期仅2年。由于工期紧、任务重,决定采用BIM技术优化工期,通过对施工场地规划、施工工序、预制件加工安装、人材机动态配备等方面的详细模拟,提前虚拟解决施工过程中的差错漏碰、优化施工方案、降低成本,为施工阶段安全、质量、工期、成本等目标的实现提供技术保障。

  (1)实施方案

  针对现场情况,结合指南、手册的相关要求,从组织架构、族库建立、建模标准、施工模拟、验收交付等方面制定了系统的技术路线。

 

  (2)团队建立

  根据实施指南应用标准的相关规定,明确实施团队架构,在初步评估项目工作量的基础上,确定了具备专业知识、6年以上BIM经验的组长1名、副组长1名,配备了从事了城市轨道BIM应用工作3年以上的组员8名。入驻广州车辆段现场,开展族库构建、综合模型搭建等基础工作,开展场地布置及优化、土方开挖、预制加工、构件运输、现场拼装等十余项模拟工作。

  (3)建模软件及标准

  按照实施指南应用标准、交付标准的相关规定,结合广州市政府、业主的相关要求,实施小组准备采用Revit建立车辆段建筑、结构、场地等模型,采用Catia建立地质、轨道等模型,采用航飞倾斜摄影建立周边环境实景模型,最后在自主研发的轻量化图形引擎中合模、碰撞、优化。

  综合运用应用指南的《模型建立标准》、《模型验收标准》、《模型交付标准》,建立起广州地铁适用的结构分解、工作分解、构件编码等系列标准,使得建立的模型规范、有序,施工管理平台可自动识别各类构件,为后续的平台管控奠定基础。

  (4)场地布置模拟

  按照实施指南、技术手册制定详细的场地布置模拟及迭代优化的实施流程,在建立的车辆段综合模型的基础上,按照现场施工组织进行施工模拟,并配置施工步序中每项工作的人料机资源需求。然后,根据预先设置的工期、质量、资源控制标准,循环迭代优化场地中的加工区域、作业区域、临时道路、存放场地等布置,使得场地布置最优。

  (5)施工过程模拟

  在场地布置稳定后,就可按照现场施工组织开展土方开挖、围护结构施工、桩基施工、预制加工、构件运输、现场拼装等施工过程模拟工作。本环节主要用到技术手册作为操作人员的参考资料,提供模拟过程的操作指导。施工过程模拟也是循环迭代优化的过程,中间过程比较繁琐,在此不一一赘述。

  城市轨道交通行业BIM标准体系的制定是必然趋势,也是行业BIM技术的推广应用及落地实施的必要条件。广州地铁项目对标准的应用与验证,说明按照纲要、导则、指南、手册的模式建立城市轨道交通工程建设阶段BIM标准体系是正确的,应用指南、技术手册对BIM应用点、技术路线、实施流程、操作步骤的规定具有可实施性,可为BIM技术的落地应用提供坚实的基础。标准的建立与完善是一项长期工作,在确保标准体系的科学性及实用性前提下,后期需要结合更多项目的实践应用、经验总结来优化、修订、补充,也需要与时俱进,将更多的新技术纳入标准体系中。同时,本标准体系现阶段界定为建设阶段的标准,后期希望能联合相关运行维护单位、机构延伸研究城市轨道交通工程运维阶段的标准集,真正建立全寿命周期的标准体系。

 

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