引言

BIM技术经过近20年的推广与发展，目前已成为建设行业发展的一项重要技术，助力行业的转型升级^[1]。据相关数据统计，在城市轨道交通领域，2007年深圳率先进行城市轨道交通BIM技术研究和应用，2010年北京地铁9号线丰台路站开展BIM试点应用，2012年上海开始在地铁12、13号线中开展BIM技术应用，2014年广州地铁集团启动BIM技术应用相关工作。随后，又有厦门、青岛、成都、武汉、南京、杭州、苏州及西安等城市相继提出了城市轨道交通工程BIM技术的应用要求^[2]。由于相关政策不完善，技术标准不统一、软件体系不成熟等诸多因素，加之自身设计的复杂性，BIM技术在城市轨道交通工程中并未得到充分的应用，从而出现了二、三维并行的设计环境。在这一新的设计环境下，如何统筹做好BIM设计管理工作，尤其是对于总体总包设计的管理，将是面临的一大挑战，也是城市轨道交通工程由二维设计向三维设计转变的必经之路。

1.   BIM设计管理现状及问题

1.1   管理现状

从BIM技术在城市轨道交通工程应用的整个历程来看，其管理模式主要经历了参建方主导、建设方+专项咨询、建设方+BIM总体管理三个阶段^[3-6]。参建方主导阶段主要是各设计单位在投标时为了更好地表达自己的设计方案，特别是大型复杂项目的论证方案，采用3D技术进行建筑设计与展示，以期赢取设计投标，并在后续设计、施工阶段逐步展开了有限范围内的相关应用，解决了点状的设计、施工应用问题；建设方+专项咨询阶段主要由业主方委托一家或多家BIM专业咨询团队的方式开展专项BIM工作，BIM咨询团队负责合同约定内的全部BIM建模和应用工作，解决专项应用范畴内的相关BIM设计或施工问题；建设方+BIM总体管理阶段主要由业主方委托一家综合实力较强的BIM专项咨询单位负责BIM标准制定、平台搭建和总体管理等工作，传统的建模、碰撞检查、施工模拟等基础工作由参建单位各自承担。通过查阅文献资料并结合自身所参与项目，统计了近年来我国部分城市轨道交通项目BIM技术应用的管理模式，如表 1所示。整体来看，现阶段BIM技术应用多采用建设方+项目咨询的管理模式。

表  1  部分城市轨道交通项目BIM技术应用管理模式统计表

城市	工程名称	管理模式	主要牵头方	BIM管理平台
深圳	12号线	BIM总体管理	业主/BIM总体咨询单位	有
北京	19号线	BIM总体管理	业主/BIM总体咨询单位	有
上海	17号线	BIM总体管理	业主/BIM总体咨询单位	有
天津	4号线北延	BIM总体管理	业主/BIM总体咨询单位	有
绍兴	1号线	BIM总体管理	业主/BIM总体咨询单位	有
苏州	8号线	BIM总体管理	业主/BIM总体咨询单位	有
洛阳	2号线	专项咨询管理	业主/BIM咨询单位	有
重庆	7号线一期	咨询审查	业主/设计+BIM咨询单位	有
武汉	19号线	设计管理	业主/总体总包设计单位	有
南京	宁马线	设计管理	业主/总体总包设计单位	有
徐州	6号线	设计管理	业主/总体总包设计单位	有
…	…	…	…	…

下载: 导出CSV 

| 显示表格

1.2   存在问题

从实际工程来看，当前的管理模式在二、三维并行的设计环境下还面临着管理分离、传统管理效率低下、二三维关联性差、资源浪费等诸多问题，也迫使行业对现行设计管理模式的不断探索与研究。

（1）传统的二维管理与BIM设计管理分离，相较于BIM设计的管理方式，传统的管理方式整体还处于点、线的管理层面，缺少包含设计计划、设计进度及合同管理等多方面的系统性立体联动管理平台，相关的会议通知、工作联系函、专业提资及图纸会签等方面的管理方式仍基于线下或通过现有通信软件完成，流程繁琐，效率低下，过程中没有留痕，不便于追查；

（2）三维模型的创建往往滞后于二维图纸设计，甚至是设计完成后再由建模人员进行翻模，导致相应的BIM成果与设计脱节，关联度不够，现行管理模式下二、三维协调难度大。同时，由于BIM管理与传统二维设计的分离，导致设计单位很难从整体层面提升设计人员的BIM技术水平，尤其缺少专业的BIM审核、审定人员，不利于三维设计模式的全面推广；

（3）当前的BIM咨询管理模式在接口、进度及计划管理等方面很大程度上沿用了传统的管理流程及方法，与二维设计存在管理重复的现象。受轨道交通工程建设进度的影响，BIM相关的数据信息与实际情况存在偏差的现象时有存在，导致BIM咨询管理对整体的工程建设起不到实质性作用，反而增加了管理成本与工作量，在一定程度上造成了资源浪费。

综上可见，现有的管理方式已不足以满足现行设计环境下的管理需求，尤其对于轨道交通工程总体总包设计单位，如何做好当前的设计管理工作至关重要。文章通过分析研究当前二、三维协同设计及管理方式^[7-14]，提出以二维设计为基础、数字化管理为手段、三维协同设计同步推进的全流程总体总包设计统一管理思路，探索以传统二维信息化管理系统为基础，研发融合BIM设计信息的总体总包数字化管理平台，实现二、三维一体化协同设计及管理。

2.   数字化管理组织流程

2.1   组织架构

通过对传统二维设计管理体系的深入分析，将总体总包管理组织架构优化为项目管理、系统支撑和流程管控三层，其架构体系如图 1所示，以此作为数字化管理平台研发的基础。

图  1  数字化管理组织架构体系示意图

下载: 全尺寸图片 幻灯片

项目管理层是由建设方和总体总包设计单位相关人员组成的项目管理团队。为适应现行设计环境下的管理需求，在项目管理层增设BIM标准管理组与BIM数据管理组，全面统筹推进BIM各项工作，并以传统设计团队为主力同步推行三维设计，实现以建设方为主导，总包设计单位对二、三维设计的统一管理，对设计标准及流程整体把控，避免多层管理造成信息传递的缺失，节省管理的时间和成本，保证二、三维设计之间的协调和统一。

系统支撑层主要通过采用基于云端管理的数字化技术，建立各参与各方在云端进行协同设计和资源共享的数字化、信息化支撑平台，以达到云端异地化总体总包设计管理目的。

流程管控层主要以各工点及系统设计团队为主，数字化管理平台赋予各设计单位相应的权限，在建设方和总体总包设计单位的统一管理下开展各项设计工作，在各自权限范围内对内部设计工作进行管理。

2.2   各方职责

为保证项目的实施，建设单位明确了各参与方的职责。

（1）建设单位职责

项目发包方应对BIM设计的目标、范围、内容及要求进行明确；建立完善的组织架构和BIM管理体系；审核并发布BIM设计实施方案、细则及标准；组织搭建数字化管理平台，审核并接收BIM设计成果；协调各参建方落实BIM设计工作，对相关工作内容进行过程管控；组织开展对各设计单位（包含BIM设计工作）的考核。

（2）总体总包设计单位职责

根据建设单位的要求编制BIM设计实施方案、细则及标准等相关文件；协助建设单位完成组织架构和BIM管理体系的建立工作；按照设计进度推进各参建方同步落实BIM设计工作，对技术、质量及接口等工作内容进行全过程管控；协助建设单位对各参建方的BIM工作进行考核；开发并维护建设管理数字化管理平台；对各参建方的BIM交付成果进行合规性审核并配合建设方完成设计成果的归档工作。

（3）工点及系统设计单位职责

在建设方和总体总包设计单位的统一管理下，组织内部的BIM实施体系；按照计划同步开展各项BIM设计工作，并与其他设计方进行设计信息协同，利用三维可视化技术优化二维设计方案；按照设计标准及细则将BIM设计成果提交总体总包设计单位及相关方进行审核，并将最终的设计成果提交建设单位进行归档。

2.3   工作流程

基于数字化管理平台，制定严格的工作流程，以协同设计管理为例，其流程如下：

首先，项目管理员在后台Web端进行项目初始化设置, 包括项目创建、人员录入、权限及流程设置等，并根据项目实际上传相应的设计管理办法、设计标准、技术要求、项目样板及通用图等相关文件，以保证设计工作的开展。其次，项目总体、工点或系统负责人在前端根据项目时间节点和专业分工分配设计任务；设计人员接收分配任务，开展各专业协同设计工作，完成任务后提交成果文件至管理平台，发起资料互提及总体会签等任务流程。最后，受资或审签人员在线验证或审核设计成果，将审核意见反馈和成果调整交叉进行，直至完成相应设计成果的校审及修改确认，最终进行资料归档。其工作流程示意如图 2所示。

图  2  协同设计及管理工作流程示意图

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.   数字化管理平台研发

3.1   研发目标

基于轨道交通工程数字化管理组织流程及各阶段设计任务和要求，通过梳理各专业接口，改进设计成果送签、提资及交付的流程及方式，完善总体（副总体）、系统及专业三层级管理流程，加强过程管理，有效把控各层级设计质量；通过数字化管理平台强化业主、总体总包及各工点系统单位间的协调管理机制，构建基于数字化管理平台的管理体系，优化管理制度和方法，整体提升总体总包设计的管理水平。

3.2   功能架构

结合传统的二维设计信息化管理系统和BIM三维协同设计的特点，提出城市轨道交通工程总体总包设计数字化管理平台的功能架构，融合BIM设计成果，同步推进二、三维设计进程。平台功能设计主要从总包管理和总体管理两方面入手，包括消息管理、技术文件管理、系统管理、项目配置管理、设计计划管理及设计成果管理等。平台功能架构如图 3所示。

图  3  数字化管理平台功能架构图

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（1）消息管理

主要为会议通知、电子公告、管理规定等通知公告的发布，同时提供短信及邮件提醒功能，解决总体总包设计数字化管理过程中各参与方的日常沟通，使得业主、总体总包、单项设计及咨询等参建单位间的文件流转更加及时、有效。

（2）技术文件管理

主要包含设计流程管理办法、设计标准、技术要求、项目样板及通用图等，将技术体系平台化，项目管理更加便捷。

（3）项目配置管理

主要对设计专业、图册拆分、项目专业配置、专业设计流程及工点进行管理，为后续设计工作的顺利开展进行的基础配置。

（4）设计计划管理

主要包含总体计划管理、专业计划管理、总体计划变更以及专业计划变更等，解决多单位、多专业、多接口等管理复杂的痛点，实现计划的统一管理，各参建方可对计划进行实时查看，保证各项工作及时完成。

（5）设计成果管理

主要包含送审、提资、设计变更及归档等，在流程上对二、三维设计成果进行严格控制，保证设计成果的质量和内容的完整性。

（6）系统管理

主要对用户、机构以及流程等进行管理，对参建单位进行人员、角色及权限的划分，确保所有参与单位的工作有序开展。

3.3   技术架构

根据总体总包设计数字化管理业务功能要求，经过市场调研，选取主流技术，确定平台技术路线。基于WebGL三维引擎B/S框架、SpringBoot微服务以及大数据负载存储进行总体总包设计数字化管理平台技术架构设计，平台采用包含服务层、支撑层与应用层的三层技术架构，如图 4所示。

图  4  数字化管理平台技术架构图

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（1）服务层

用于BIM+GIS平台底层数据支持，实现总体总包业务数据人工录入、移动APP录入、系统集成接入、数据清洗以及数据分析应用等功能。其中，非线性数据库采用MongoDB、线性数据库采用MySQL，并通过JDBC提供Java API，供Java开发使用，对文件、视频影像等数据采用HDFS分布式存储。

（2）支撑层

集成BIM+GIS平台前端应用所需底层框架技术接口，采用WebGL三维引擎，通过JavaScript编写支持浏览器利用底层图形加速硬件进行图形渲染，可创建三维场景，包括摄影机、光影、材质等。同时，基于WebGL三维引擎实现B/S模式及移动端访问，集成瓦片数据服务、工作流、前端框架等，结合线下的坐标转换、BIM模型转换导入、数据导入等工具，实现BIM+GIS平台的模型融合及二、三维联动。

（3）应用层

直接面向用户实现管理功能与信息展示，采用Html5、JavaScript、WebGL等技术实现移动端（Android、IOS）及PC（Windows、Linux）Web端访问与维护。

3.4   平台创新

该平台在数据兼容、体系管理和业务流程等方面具有一定的创新性。

（1）数据兼容普适化

平台技术架构具有三维引擎普适性，可兼容多格式BIM成果，在数据接口模块化、数据全生命周期继承应用、前后端分离、资源动态分配等方面具有先进优势。

（2）体系管理数字化

从制度、人员、专业、进度、质量及流程管理等方面实现了全方位的数字化办公，各方协作更加地流畅，工作效率大大提升。

（3）业务流程标准化

充分融合二、三维业务管理数据，形成统一的标准化流程，打破不同业务管理的界限，减少管理层级并简化工作手续，助力二、三维设计同步推进。

4.   实践应用

4.1   项目简介

依托在建宁马城际铁路总体总包设计项目，对数字化管理平台开展了实践应用工作，该项目线路全长约54.23km，其中地下线11.48km，过渡段0.55km，地面线0.58km，高架线41.62km。共设16座车站，其中，地下站4座，高架站12座，设车辆基地和车辆段各1座，主变电所3座。项目采用“总体总包+工点”设计模式，共包含工点设计单位11家，涉及线路、限界、轨道、建筑、结构、暖通、给排水和电力等20余个专业。

4.2   平台应用

项目初始阶段，通过项目配置管理功能对工点单位和专业进行了初始化设置，共计录入管理及各专业技术人员120余人，有效保证了后续工作的开展。通过技术文件管理功能上传技术资料及通用样板10余份，使得基础资料的传递更加及时、准确。基于设计计划管理功能，由总体到专业制定了完整的设计计划，使得管理更加便捷，在项目实施过程中根据工程的实际进展，对计划进行了实时调整，并经过各层级审核，使得计划更加合理。基于设计成果管理功能，设计人员发起相应的流程后，相关校审及审核人员对设计成果进行下载，也可在线对轻量化模型进行浏览及批注，对比相应的二维设计图纸进行审核，保证了二、三维设计流程的同步推进。当相应阶段工作完成后，通过平台整合当前的设计成果，进行数字化设计成果的移交及归档工作。平台功能界面如图 5所示。

图  5  数字化管理平台功能界面图

下载: 全尺寸图片 幻灯片

项目实施过程中，数字化管理平台实现了异地在线办公，并通过工时限定提高工作效率，如设计成果的总体会签工作，传统的二维设计一般需要10~15天左右完成，而基于数字化管理平台，会签工作可在7~10天内及时完成，工作效率提升约30%。在成果质量方面，基于二、三维设计成果的综合比对，发现问题数量相较于传统的审查增加近一倍，大大降低了设计阶段的出错率，提升了设计成果的质量。同时，发起工作流程的专业、图册及审核人员均来自于平台初始化设置，有效避免了人工漏审、漏签等问题，对于送审或会签进度的掌握也更加直观。在总体总包整体管理层面，工作分工更加合理，流程管理更加标准，在工作实效方面节约时间约20%，综合管控能力也得到有效提升。

全过程的应用实践对平台的各项功能模块进行了充分验证，结合应用情况对平台进行优化设计，使其更加贴合项目实际，更好地服务于新型环境总体总包设计的全流程管理。

5.   结语

数字化管理平台对现行环境下轨道交通工程设计的管理能够有效保证二、三维设计的同步推进，有助于二维设计向三维设计方式的转变，极大地增强了各项工作的系统性、联动性，各方沟通协调也有迹可循，同时显著提升了总体总包设计的综合管理能力，节约了管理的时间和成本，具有一定的推广价值。