基于BIM的城市轨道交通运维模型交付标准

都市快轨交通·第28卷第3期2015年6月学术探讨doi:10．3969/j．issn．1672－6073．2015．03．019基于BIM的城市轨道交通运维模型交付标准1122赖华辉邓雪原陈鸿楼葭菲(1．上海交通大学土木工程系上海200240;2．上海市隧道工程轨道交通设计研究院上海200235)完成建设任务，实现城市“有”轨道交通的目标，对运营摘要结合我国城市轨道交通建设的发展现状，并维护(以下简称“运维”)管理阶段的问题关注则比较基于BIM(buildinginformationmodeling，建筑信息模型)［1］少，造成轨道交通后期运维的一系列问题，如设施设技术的应用尝试与实践，阐述轨道交通交付信息标准备信息资源相对分散，轨道交通工程建设过程中的信化的重要性，提出轨道交通设施设备模型数据库的初息存放在设计、施工等不同单位，且格式、分类、编码不步架构。以轨道交通运营维护管理需求为导向，调研统一，难以进行有效使用，信息的不统一也导致了各参分析轨道交通交付的设施设备对象及其信息，在21类与方之间的联动性、协同性差。轨道交通设施设备中确定了16类交付对象，并将交付因此，必须基于轨道交通全生命周期的信息化协对象的属性信息分为两大模块，即基本模块和外部链同管理理念，积极推进轨道交通设施设备管理的信息接模块，规范建筑信息模型建制单位提交的模型成果化、规范化和标准化，以能够快速收集和传输信息，集内容。最后，探讨轨道交通建筑信息模型的交付形式，中存储和共享信息。近年来出现的BIM技术是建筑对建筑信息模型交付的数据格式、模型拆分与组合给CAD技术从基于点线面的二维表达向基于对象的三维出了一定的建议。形体与属性信息表达的转变，其核心是建筑全生命周关键词轨道交通;建筑信息模型;运维;交付原则;［2］期过程中的信息共享与转换。它为解决轨道交通全交付对象;交付形式中图分类号F530．7文献标志码A生命周期信息的标准化及应用提供了新思路。文章编号1672－6073(2015)03－0078－062BIM技术在轨道交通工程的应用现状BIM的思想来源于1976年ChuckEastman教授提1问题的提出出的buildingdescriptionsystem(建筑描述系统)［3］。根据中国城市轨道交通协会的统计，截至2013年2002年，JerryLaiserin采用buildinginformationmodelling末，我国累计有19座城市建成投运城轨线路87条，运(BIM)的术语进行报道，BIM才逐渐受到建筑行业的关营里程2539km。根据“十二五”综合交通运输体系注。国内外自2000年以来开展了许多关于BIM技术规划，到2015年，全国城市轨道交通建设里程将达到的研究工作，而在实际项目应用中，自2010年起，3000km。我国城市轨道交通建设正处于快速发展时Autodesk、Bentley、Graphisoft等国际著名的建筑行业软期，但在轨道交通项目中，建设单位往往主要关注如何件公司在全球范围大力宣传各自的BIM软件，BIM技［4］术才逐渐被建筑行业所了解。收稿日期:2014－11－28修回日期:2014－12－31在北京、上海、广州、深圳、无锡、南京等城市的轨作者简介:赖华辉，男，博士研究生，主要研究方向为建筑CAD协道交通工程中，业主已经在合同中明确规定采用BIM同设计与集成、基于BIM技术的建筑协同平台，技术指导设计与施工。其中，上海申通地铁集团规定laihuahui81665@sjtu．edu．cn上海轨道交通在新线工程中采用BIM技术进行模型设邓雪原，男，副教授，博士生导师，dengxy@sjtu．edu．cn基金项目:中国BIM标准研究课题(P－BIM01B00);上海市科学技计与交付。例如，在上海地铁龙耀路站的机电安装中，术委员会技术联盟计划项目(14DZ0510500)施工单位采用BIM技术进行碰撞检测，先后共检测出78 基于BIM的城市轨道交通运维模型交付标准管线碰撞问题112处，并现场规避了93处问题，另外从图中可以看出，轨道交通建筑信息模型从设计19处问题上报设计单位进行协商解决，不仅减少了各阶段开始建制，随着项目的推进，信息不断积累，最终专业之间的摩擦，也减少了人力物力的浪费。形成了交付模型。该交付模型需经过一定的规则检验由此可见，BIM技术在轨道交通项目中的应用能才能存储到设施设备模型数据库中，即通过建筑信息够提高工程建设的管理水平，并为后期的运维管理提模型交付标准的验证。只有基于标准化的设施设备模供设施设备的大量数据，但BIM技术仍处于发展阶段，型数据库，轨道交通运维管理的各业务应用才能有序、在实际工程项目中应用的规模和范围还比较狭窄，远协同地开展。同时，建筑信息模型交付标准应满足轨没有达到其建筑项目全生命周期的深度。其中一个重道交通运维管理的交付需求，能够指导并规范项目在要的原因是BIM技术的相关标准还未正式出台，造成建设期的BIM技术应用。不同单位的模型、信息及相关应用的格式不统一，甚至值得注意的是，建筑信息模型的构建应采用统一采用同一BIM软件得到的建筑信息模型数据也不一标准化的设施设备构件，以保证建筑信息模型的一致致，导致模型所产生的信息难以被其他单位共享和转性。BIM构件库为轨道交通项目提供了单个设施设备换［5］。因此，笔者在调研上海轨道交通的基础上，对轨模型的模板(构件库不在本研究范围内)，通过构件组装、信息输入等形成轨道交通建筑信息模型。轨道交道交通项目从建设到运维的建筑信息模型交付标准进通各业务应用可通过查询数据库获取各设施设备的属行研究，以期在轨道交通设计的开始阶段指导建立统性、状态等信息。一的设施设备模型，实现轨道交通全生命周期的信息共享与转换，进而实现各参与方之间和各应用方之间4轨道交通建筑信息模型交付需求的协同工作。参数化的建筑信息模型是信息的集合。模型的内3轨道交通设施设备模型数据库架构容包含了模型的对象及其属性，对象及其属性在不同［6］的阶段也有不同的需求。针对轨道交通的运维管当前BIM技术在轨道交通的应用主要集中在设理，需要定义专门的交付需求来明确轨道交通各专业计、施工阶段，建设期BIM技术所产生的设施设备等海在运维阶段需要交付的模型内容，进而保证接收方能量信息如何有效服务于轨道交通运维管理，成为BIM够得到所需的建筑信息模型信息。技术应用在轨道交通项目中的关键问题。笔者对轨道4．1建筑信息模型交付原则交通项目的建筑信息模型交付标准进行研究，以期建轨道交通建筑信息模型交付标准是以规范并检验立轨道交通运维管理的设施设备模型数据库，为运维建筑信息模型是否满足运维管理的需求为目的，因此，管理的各业务提供数据支持。图1展示了建立轨道交其交付内容必须以运营维护管理的需求为导向，进而通建筑信息模型数据库的架构设想。确定建筑信息模型的交付对象及其属性信息。BIM技术在国内外的轨道交通应用中还处于发展阶段，远没有达到将所有的轨道交通设施设备模型进行完整交付的要求:因此，在满足轨道交通运维需求的［7］前提下，轨道交通BIM交付内容应遵循适度原则。它主要是指模型对象的范围适度、细度适度和信息适度。1)范围适度。轨道交通项目包含了各专业大量的设施设备，其中设备类型就有车辆、信号、通信等1000余种，因此，需要规定适度的BIM建模对象范围。2)细度适度。轨道交通项目涉及多种专业，且各专业设施设备管理的深度不同:因此，需根据各专业的特点，明确该专业下满足运维管理需求的设施设备细度。3)信息适度。建筑信息模型能够承载大量的属图1轨道交通建筑信息模型数据库架构79 都市快轨交通·第28卷第3期2015年6月性信息，但如果不加过滤地全部导入，不仅会超出项目业模型的细度也是不一样的。美国建筑师协会(AIA)的应用需求，带来无效劳动，还会引起系统因模型庞大为了规范BIM参与方及项目各阶段的界限，在2008年［9］而造成运行效率下降的问题。定义了LOD(levelofdetails)的概念，即模型的细致4．2建筑信息模型交付对象程度。它用来描述建筑信息模型构件单元从最低级的轨道交通建筑信息模型的交付对象主要是各专业近似概念化的程度发展到最高级的演示级精度过程。LOD被定义为5个等级，从概念设计到竣工设计，分别设施设备模型，因此，首先需要确定轨道交通设施设备为:LOD100－Conceptual概念化、LOD200－中的建模对象。上海申通地铁集团在对BIM技术应用Approximategeometry近似构件(方案及扩初)、LOD300的研究过程中，完成了对轨道交通设施设备的分类与［8］－Precisegeometry精确构件(施工图及深化施工图)、编码，因此，可基于该分类编码体系对设施设备建模LOD400－Fabrication加工、LOD500－As－built竣工。对象进行定义。其中，LOD300阶段是精确构件的深度，符合轨道交通该分类编码体系将轨道交通设施设备分为六级，设施设备运维管理的最低要求。同时，考虑现阶段的其中第一级划分了21个类别，包括线路、房屋建筑、供建模能力与计算机能力，笔者将轨道交通建筑信息模电、车辆、通信等。依据模型对象范围适度的原则，需型交付的最低细度要求设定为LOD300。根据设施设备的运营管理需求、模型体量、位置稳定性基于LOD300的最低细度要求，各专业设施设备等因素确定建模对象。通过对上海申通地铁集团的调的模型对象应符合相应的细度适度原则，以满足轨道研，确定了16个建模类别，具体如表1所示，表中交通运维管理的需求。结合建模的专业划分，笔者将Ｒ(required)表示该专业下含有必须建模的设施设备，模型对象划分为土建、设备、装修3部分，研究并提出O(optional)表示该专业下的设施设备建模是可选的轨道交通设施设备的交付对象范围及深度要求，如表2(下同)。所示。表1轨道交通设施设备建模专业一览表2基于BIM的轨道交通交付对象范围及深度要求建模建模序号专业序号专业模型范围模型深度交付交付●提供车站、区间、主变电所、1线路Ｒ12电梯与防护设备Ｒ停车场、控制中心等土建模型2房屋建筑Ｒ13车辆运营O(精度达到施工图设计精度)，●模型构件应表现对土建周边环境和地下管线细化模型;3供电Ｒ14客运服务设施设备Ｒ应建筑实体的详细几●提供区间模型，包含管片、何特征及精确尺寸，应4车辆O15仪器仪表及工具器械O旁通道(土建及设施)、中间风表现必要的细部特征井(含纵向平台)5通信Ｒ16机电设备O及内部组成;●提供车站设备系统模型，包括●构件应包含在设计6信号Ｒ17起重运输设备O但不限于环控、给排水、动力照明、后续阶段需要的详细7环境控制Ｒ18管理用具ＲAFC、FAS、EMCS(设备监控系统)、信息，包括构件的规格设备通信、信号、屏蔽门、电梯等;类型参数、主要技术指8给排水及消防Ｒ19屏蔽门Ｒ●提供设备用房内设备及强标、主要性能参数及技9消防报警Ｒ20综合监控Ｒ电电缆的布置模型术要求等;●满足业主规定的构10机电设备自控系统Ｒ21信息系统Ｒ●提供车站装修模型(精度达件属性和参数信息的11自动售检票系统Ｒ到装修施工图设计精度)、车站要求，具体的属性信息装修各系统模型，包括但不限于装要求详见4．3节修、AFC、EMCS、FAS、屏蔽门、电在表1中，车辆、车辆运营、仪器仪表及工具器械扶梯、导向、广告、自助终端等等专业的设施设备建模交付是可选的，即可选择性建模交付。这是因为上述专业的设施设备具有经常性下一步，针对21类的设施设备对象，规定了不同被移动或搬动的特点，不利于建筑信息模型的稳定类型设施设备的建模细度，如图2所示。性，故暂不考虑建模交付，可通过其他系统进行运维由图2可见，结合轨道交通项目运维管理的需求，管理。不同类型下的设施设备模型细度也不同。如线路中的建模对象的确定解决了轨道交通建筑信息模型交五级设备“轨距拉杆”，根据运营管理能力与建模能力，付对象的范围问题，而根据不同的运维管理要求，各专确定了拉杆、轨卡为必须建模交付对象，而垫圈、螺母80 基于BIM的城市轨道交通运维模型交付标准图2设施设备模型交付对象细度规定等为可选交付对象。在实际建模过程中，在轨距拉杆模型的基础上，需构建拉杆、轨卡等子模型，以满足后期的运维管理需求。图3设施设备属性信息框架4．3交付对象属性信息在表2的模型深度需求中，轨道交通设施设备模表3设施设备交付对象的属性信息示例型要求满足业主规定的构件属性和参数信息要求，即属性类型信息类型必填性满足运维管理的需求。在BIM软件中可对模型的属性分项内容类型长度/字符设计单位Ｒ文本型40信息进行定义，但轨道交通项目由不同的设计单位建施工单位O文本型40制，自定义的信息类型无序，且其属性值的格式也不统安装单位O文本型40一，难以为后期的运维提供准确可靠的数据。因此，根来源信息生产厂商O文本型40据模型信息适度的原则，需指定标准化的属性信息模供应商O文本型40板，以输入满足运维管理需求的信息。出厂编号O字符串40通过调研上海申通地铁集团内运营公司、维保中产地O文本型20心及相关单位对设施设备管理的信息需求，收集了不5轨道交通模型交付形式同业务管理的近300条属性信息。首先对300条属性信息内容进行整理分析，筛选并过滤不必要的信息，将以上对轨道交通建筑信息模型的建模交付对象及剩下的属性信息分为13类，以形成统一的属性信息模其属性信息进行了研究分析，进一步地，各设施设备构板。下一步，将13类属性信息划分为两大模块，即基件通过组装形成轨道交通建筑信息模型并交付，该模本模块和外部链接模块，如图3所示。基本模块包含型需符合相应的规定才能被管理方进行有效使用。下了设施设备业务应用中所需的核心信息;而外部链接面基于上海轨道交通项目建筑信息模型的交付要求，模块通过提供链接地址或接口的方式，供运维管理单分别从模型交付格式、模型数据拆分与组合等方面对位查询并获取该部分的信息。将属性信息划分为两大轨道交通建筑信息模型的交付形式进行探讨。模块的方式，能够提高建筑信息模型数据库的管理效5．1建筑信息模型交付的数据格式率，并最大限度地利用其他系统平台的资源，符合轨道为保证轨道交通项目设施设备信息在全生命周期交通设施设备交付的适度原则。的可持续使用，项目各专业单位应在BIM实施过程中统通过对轨道交通各业务信息的需求调研，在基本一轨道交通建筑信息模型的交付格式。该格式应符合模块的7项属性信息中分析并整理出48项内容，表3专属或公开的数据标准，能够支持轨道交通各专业之间以设施设备的“来源信息”为例说明了属性信息模板的进行数据交付。当前，轨道交通行业的专属数据标准格具体规定，该属性信息模板对轨道交通设施设备信息式尚未形成，为保证建筑信息能在专业BIM软件之间重的必填性、类型及其长度进行了规定。复利用，可使用国际性公认的开放标准，如IFC(industry81 都市快轨交通·第28卷第3期2015年6月foundationclasses，工业基础类)标准。鉴于轨道交通站点全专业以及全线路的管理需IFC标准是采用面向对象的方法描述建筑各专业求，需将不同专业的建筑信息模型进行组合，形成完整构件属性及联系的数据标准，通过Express语言表达。的轨道交通建筑信息模型。鉴于模型大小的限制，可IFC标准的第一个版本由BuildingSMAＲT组织于1997采用链接的方式进行组合。运维管理单位通过组合模年开发并发布，至今已发展到IFC4。目前已有很多建型，可及时方便地获取设施设备的属性信息，并能够直筑工程专业软件支持IFC文件的输入/输出，并通过了观快速地掌握设施设备在系统中的关系。图4展示了［10］IFC标准的官方验证，具体如表4所示，现阶段还有上海轨道交通某车站的建筑信息模型，该模型包含了很多BIM软件在申请IFC标准的验证。建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业，其中建筑、结构表4部分BIM软件关于IFC2x3版本的验证情况专业作了透明化的处理。IFC输入IFC输出公司软件验证验证ＲevitArchitecture进行中通过AutodeskＲevitMEP进行中通过ＲevitStructure进行中通过GraphisoftArchiCAD通过通过BentleySystemsAECOsimBuildingDesigner进行中进行中TeklaTeklaStructures通过通过SolibriSolibriModelChecker通过/图4上海轨道交通某车站建筑信息模型GehryTechnologiesDigitalProject进行中进行中符合IFC标准的IFC文件是中性文本文件，不依6结论赖于任何建模软件，能够保证轨道交通工程信息在不通过调研上海轨道交通运维管理的模型交付需求，同BIM软件之间的交互性和安全性。因此，在轨道交结合轨道交通建筑信息模型的建模经验，对建筑信息模通BIM项目中，在提交满足交付标准的BIM软件模型型的建模对象及其属性信息进行了研究分析，提出轨道的同时，应提交符合数据要求的IFC文件。交通建筑信息模型的交付标准，对于国内其他城市的轨5．2建筑信息模型的拆分与组合道交通BIM项目的实施具有参考意义。具体结论如下。1)为建立轨道交通设施设备模型数据库，对数据库当前，简单的模型文件一般较小，从10MB的数量级到100MB的数量级，但对于复杂的大型项目，模的BIM构件进行了分析整理，在实地调研的基础上，得型可达到1GB的数量级。如果模型文件过大，就对出满足运维管理需求的16个类别的设施设备对象，并规计算机的硬件配置要求很高，而目前一般计算机的配定了设施设备对象的建模最低要求为LOD300的等级，为置仍未能很好满足大型模型文件的运行要求，导致建轨道交通建筑信息模型数据库的建立提供了数据基础。2)建筑信息模型可承载轨道交通设施设备的大筑信息模型无法进行有效表5建筑信息模型拆分管理。轨道交通项目是复定位界限量信息，为建筑全生命周期服务，因此，编制了模型交杂的大型项目，不同于一付的设施设备属性信息表。该信息表包含了运维管理定位界限划分原则般的单体建筑，其建筑类所需的基本信息模块，同时，可通过外部链接的方式链本部型包含车站、区间及特殊各地点界接到其他具体的专业应用平台。建立了轨道交通建筑基地建筑物，如控制中心、车辆限划分以设信息模型的信息交付模板，可保证设施设备信息的适控制中心计界限划分段、停车场、主变电所等:为准;用性与完整性。车辆段各相邻地3)鉴于轨道交通项目在建设阶段和运维阶段均因此，为提高建筑信息模停车场点间的边界型的管理效率，应根据轨区域周边环涉及多专业多部门，为实现轨道交通各参与方之间的主变电所道交通项目不同区域的界境工作内容协同工作，提出了采用国际的IFC标准进行建筑信息定修段原则上划分限进行建筑信息模型的拆到非区间模型数据的交付，以提高轨道交通项目信息的通用性。车站分，具体划分原则如表5范围同时，研究并规定了各专业模型的界面划分，确定了建区间所示。筑信息模型的交付范围。82 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