4 基于 BIM 的城市轨道交通项目进度管理的技术实施
4 Implementation of BIM Technology in Urban RailTransit Project Schedule Management
4.1 BIM 软件（Softwares of BIM）。
4.1.1 软件对比分析。
BIM 技术的实现离不开相关软件的支持，软件是实现 BIM 的工具。BIM 作为支撑工程建设行业的新技术，涉及不同参与方、不同专业、不同项目阶段及不同层次和深度的应用，这绝不是一个软件或一类软件就可以解决的。BIM 的实施过程是在核心建模软件的基础上，需要多种软件的综合应用。基于 BIM 理念的软件大致可以分为 BIM 核心建模软件和 BIM 分析软件等。
其中，处于中心位置的"BIM 核心建模软件",负责创建 BIM 这种结构化信息，是实现 BIM 技术的基础，其他十二类软件均属于"BIM 应用软件",负责为 BIM 提供信息源或处理 BIM 信息，实现 BIM 应用价值。BIM 核心建模软件具备创建、修改 3D 模型的功能，目前常用的 BIM 核心建模软件主要有四个门派.
（1）Autodesk 软件。
Autodesk 公司是建筑产业软件公司的领头军，是世界级的数字设计软件和数字内容创建公司，公司旗下的 AutoCAD,Autodesk 3ds Max,AutoCAD Civil 3D 等软件在业界的知名度都十分高，同时在业界的市场份额的占有率也十分的高，其中 AutoCAD 软件在国内几乎全部大中型建筑相关企业都有配备，是中国建筑企业必须的软件。
Autodesk Revit 系列软件借助 AutoCAD 的天然优势，有相当不错的市场表现，占据了最大的 BIM 建模软件的市场份额，依然是行业的领跑者，其优点主要有：
①多专业操作模式。
Autodesk Revit 2014 版本的产品将建筑、结构、机电进行了集成，用户对于同一工程的操作更加方便交流汇总，可以将各个工种的操作人员汇聚在一起，使得项目的建立高效、准确，无违和感。
②Revit 软件本身易于使用。
Revit 与原 AutoCAD 软件属于同一家公司推出，Revit 的工作操作界面与 AutoCAD软件的操作界面十分的类似，同样使用了 RIBBON 界面，国内的很多从事建筑工作的人员早已习惯了使用 AutoCAD 软件，所以使用 Revit 软件时十分的容易上手，各种功能都很容易找到。
③数据库式的工作处理。
使用 Revit 建立的模型不仅仅是一个项目模型，他同时是一个相当大的数据库，存储了十分庞大的数据，方便快捷地导出构件的尺寸材质等信息，Revit 导出数据库支持很多的格式：ACCESS、SQL 等。
④可视化的工作界面。
项目创建之后可以随时观察项目的三维模型，对于所创建的工程项目有一个直观的印象，用户可以及时发现项目的不足和瑕疵。
（2）Bentley 软件。
Bentley 是一家全球领先企业，致力于为建筑师、工程师、地理信息专家、施工人员和业主运营商提供促进基础设施持续可持续发展的综合软件解决方案[77].公司的解决方案包括用于基础设施设计和建模的 MicroStation 平台、用于基础设施项目团队协同和工作共享的 ProjectWise 平台以及用于基础设施资产运营的 AssetWise 平台，所有这些解决方案均支持一系列数据互用的应用程序组合，并辅以全球专业服务。其主要优点有：
①功能十分齐全。
Bentley 公司生产的 BIM 软件最大的特点就是功能十分的齐全。横向观察，软件包括建筑工程的各个领域，如道路设计、桥梁设计、房屋厂房设计等；纵向观察，软件涉及到了工程建设的各个专业，如建筑设计、结构设计、机电设备水管设计、场地设计、GIS 管理等等专业，同时软件对于不规则图形以及复杂图形的设计优势也十分明显。
②建模方式多Bentley 建筑、结构和设备系列（核心建模软件）基于 Microstation 平台，底子深厚，涵盖了多种建模方式，例如：实体建模、B-Spline 曲线曲面建模、网格图应用、拓扑、参数化等方式[78].
（3）2007 年，Nemetschek 收购 Graphisoft 以后，ArchiCAD/AIIPLAN/Vector works三个产品就被归到同一个门派里面了，其中国内同行最熟悉的是 ArchiCAD,属于一个面向全球市场的产品，应该可以说是最早的一个具有市场影响力的BIM 核心建模软件，但是在中国由于其专业配套的功能（仅限于建筑专业）与多专业一体的设计院体制不匹配，很难实现业务突破。Nemetschek 的另外两个产品，AIIPLAN 主要市场在德语区，Vector Works 则是其在美国市场使用的产品名称。
（4）Dassault 公司的 CATIA 是全球最高端的机械设计制造软件，在航空、航天、汽车等领域具有接近垄断的市场地位，应用到工程建设行业，无论是对复杂形体还是超大规模建筑，其建模能力、表现能力和信息管理能力都比传统的建筑类软件有明显优势，而与工程建设行业的项目特点和人员特点的对接问题则是其不足之处。Digital Project是 Gery Technology 公司在 CATIA 基础上开发的一个面向工程建设行业的应用软件（二次开发软件），其本质还是 CATIA,是简化版的 CATIA.
根据以上研究，可以得出，现阶段我国主流的 BIM 核心建模软件是 Autodesk Revit系列软件，从软件层面上来说 Bentley 系列软件更适合于基础设施领域。
根据《2014 年度施工企业 BIM 技术应用现状研究报告》里的一项重要调查，该调查主要是针对施工阶段各 BIM 软件产品，从 12 个维度对各产品的应用价值进行加权平均值计算得出的。
最后的综合评分绘制成形象的柱状图如图 4-3 所示。从图 4-3 中可以直观的看出排名第一的是鲁班软件产品，但是鲁班软件主要用于施工阶段，前提是要有设计模型或者设计图纸才行，而这里需要选择的是设计阶段的核心建模软件，故鲁班软件不合适。排名第二的 Autodesk 软件和排名第三的 Bentley 软件相比，从表 4-1 中可以看出Bentley 软件对我国规范的支持力度很低，远低于 Autodesk 软件，这也是 Bentley 软件在我国应用不多的一个重要原因；且 Bentley 软件 IFC 格式支持力度低于 Autodesk,其与其他品牌软件产品的互用性差，限制项目软件选择范围；Bentley 软件的很多比较重要指标得分都不如 Autodesk,比如，多专业协调支持应用、软件操作便利性、构件库丰富度、建模效率、模型美观度等。
综上所述，单从软件层面来看，对于城市轨道交通这样的基础设施工程，使用Bentley软件产品作为建模软件比较合理。但是由于现阶段 Bentley 软件对我国规范的支持力度太差，且对标准格式 IFC 的支持力度也低于 Autodesk 软件产品，如果项目选择 Bentley软件建立核心模型，则在 BIM 应用软件选择上会收到很多限制；Bentley 软件的综合应用价值得分也远低于 Autodesk 软件产品；且 Bentley 软件在我国的应用还很少，软件学习资料的获取途径也很少。故本研究还是选择比较主流的、现阶段与我国国家规范契合度高的 Autodesk Revit 系列产品作为核心建模软件，来进行相关实例演示。希望以后Bentley 软件可以不断改进，更加符合我国建筑行业的使用要求。
在 BIM 的十二类应用软件中，本研究主要使用的是模型综合碰撞检查软件。
模型综合碰撞检查软件的基本功能包括集成各种三维软件创建的模型，进行 3D 协调、4D 计划、可视化、动态模拟等，属于项目评估、审核软件的一种。常见的模型综合碰撞检查软件有 Autodesk Navisworks、Bentley Projectwise Navigator 和 Solibri ModelChecker 等。为了软件间数据互用的完美兼容，选择 Autodesk 软件产品中的 AutodeskNavisworks 作为模型综合碰撞检查软件进行相关演示，以辅助完成本研究。
4.1.2 BIM 技术软件间的信息互用。
信息互用是实现 BIM 技术的基础。BIM 技术是三维参数化模型在建筑全生命周期中的应用，其涉及到的软件数量巨大。因此，只有实现各软件之间的信息互用，才能真正构建信息集成与共享的平台，从而保证建筑全生命周期中信息沟通的有效性和准确性，提高整个建筑业的生产力水平。本论文 2.2.4 节中，从 IFC、IMD、IFD 的角度出发，详细阐述了 BIM 理论中的信息互用基本原理，此处以 Autodesk 公司供应的 BIM 技术相关软件为例，列出各软件间信息互用的路径。
4.2 BIM 核心模型建立（Core Model of BIM）。
模型的建立是开展 BIM 技术应用的前提。而 3D 模型是展现建筑物空间位置、物理和几何属性的实体模型，是所有建筑固有属性的载体，也是建立更多维度模型的基础，3D 模型的好坏将直接影响后续工作的质量。因此，3D 模型的建立至关重要。这里选用目前比较主流的 Revit 系列软件作为示例来建立核心模型。
目前以 Revit 技术平台为基础推出的专业版本软件包括 Revit Architecture、RevitStructure 和 Revit MEP 三款专业设计工具，用于满足设计各专业的需要。Revit 系列软件有多个版本，这里选用 Revit 2014,因为 Revit 2014 中集成了建筑、结构、机电等各个专业，其族库、材质库都更为完善。
4.2.1 Revit 平台建模。
Autodesk 公司的 Revit 有 Revit Architecture、Revit Structure 和 Revit MEP 三个系列，这三个系列分别对应于建筑、结构和设备三个专业，其工作机制基本相同。该软件能够如实地表现实际的建筑，反映建筑设计思想。
BIM 核心模型一般由三部分组成：建筑模型、结构模型、机电模型。
Revit Architecture（建筑信息模型）是针对广大建筑设计师和工程师开发的三维参数化建筑设计软件。利用 Architecture 可以让建筑师在三维设计模式下，方便地推敲设计方案，快速表达设计意图，创建 BIM 模型，并以 BIM 模型为基础自动生成需要的建筑施工图档，从概念到方案最终完成整个建筑设计过程。由于 Architecture 功能强大，目前已经成为国内最广泛的三维参数化建筑设计工具，它已在数百个工程项目中发挥了重要作用，成为各设计企业提高设计效率的首选利器。
Revit Structure（结构信息模型）是针对结构工程师开发的三维参数化设计软件，它拥有强大的结构设计与分析功能。Structure 集成了多材质的物理模型与独立、可编辑的分析模型，可实现高效的结构分析，并为常用的结构分析软件提供了双向链接；它可帮助结构工程师在施工前对建筑结构进行精确的可视化，从而在设计阶段的早期选择更好的结构方案；同时 Structure 为结构工程师提供了 BIM 技术支持，结构工程师通过Structure 可提高编制结构设计文档多专业协调能力，最大程度地减少错误，加强各专业团队间的合作与协同。但由于目前 Revit Structure 软件中没有集成我国结构设计规范及相关材料力学性能指标，因此在国内结构分析中非常少见。
Revit MEP 是针对机电、暖通、给排水工程师开发的三维参数化的智能设计和制图软件。MEP 可以最大限度地减少建筑设备专业设计团队之间以及与建筑师和结构工程师之间的协调错误。此外，它还能为工程师提供更佳的决策参考和建筑性能分析，促进可持续性设计。MEP 在管理多专业和多系统数据时，采用系统分类和构件类型等方式对整个项目数据进行管理，为视图显示和材料统计提供规则，展开无缝协作。
4.2.2 Revit 数据结构。
建筑信息模型是有关建设工程项目的基本元素如门、窗、楼地面等物理和功能特性的数据的集合，是一个完整的、系统的、互动的数据库。在三维设计软件 Revit 中，其建筑信息模型中的有关元素分为模型元素、视图元素和标注元素三个主要的部分。其中模型元素分为主体元素和部件元素，标注元素分为数字元素和文字元素。Revit 信息模型数据结构。
Revit 信息模型中的数据基本上涵盖了工程设计中的各种信息和要素，并将它们系统地整合在一起，成为了一个互动的数据有机体。信息模型中最核心的是其中的模型元素，它们是对建筑物实体的最直接的反映。有关模型元素的数据直接描述了建筑物实体及构件的各种属性和特征，是建设工程项目实施过程中设计、采购、施工、材料设备供应的环节的工作对象。理想的模型元素的数据可分为基本数据和附属数据两大类。基本数据是对模型元素本身的特征及属性的描述，如几何特征、物理特性、功能特点等，这些特征或属性是模型元素本身所固有的，并不会因时间或环境条件的变化而有所不同的。
附属数据涵盖的范围较广，包括模型元素相关的经济数据、技术数据等。由于模型开发和应用时间的限制，一般模型元素的附属数据较少，甚至没有涉及[30].
4.3 BIM 技术在 Navisworks Manage 中的实施（Implementation of BIMTechnology in Navisworks Manage）。
设计阶段创建 BIM 核心模型后，BIM 模型中包涵了建筑的几何信息、功能信息和构件性能信息等基本属性信息。施工阶段要从设计阶段创建的 BIM 核心模型中提取施工所需的信息，实现设计阶段的信息在施工阶段的共享与应用，即信息互用。同时，实现基于 BIM 技术 4D 虚拟建造，还需要向 BIM 模型中添加反映项目施工的技术、经济、管理等的附加属性信息。
Navisworks Manage 是一款用于分析、仿真和项目信息交流的软件，它将其他软件的设计数据整合集成进入单一项目模型，进行冲突管理和碰撞检查、施工模拟、可视化分析、调整、优化。Navisworks Manage 能够帮助设计和施工人员在施工前进行可视化分析、虚拟建造，预测和避免潜在的问题。
4.3.1 Navisworks Manage 软件信息互用方式。
Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP 创建的 BIM 核心模型格式为。rvt,Navisworks Manage 数据格式为。nwc,要实现核心建模软件与分析软件之间的信息互用，可以通过一下两种互用方式实现。
第一种方式：直接单向互用。当同一台电脑上同时装有 Revit 软件和 NavisworksManage 软件时，在 Revit 软件中通过"外部工具"直接实现 BIM 核心模型信息在Navisworks Manage 软件中的信息互用，如图 4-6 所示。目前，以此方式实现的模型信息互用后，还需要进行模型的检查与适当修改。
第二种方式：中间翻译互用。当同一台电脑上没有同时安装 Revit 软件和 NavisworksManage 软件时。可利用中间格式将 Revit 创建的 BIM 核心模型在 Navisworks Manage软件中实现信息互用。BIM 技术的实现，核心是数据，载体是模型。Revit 创建的三维模型数据格式为。rvt,而 Navisworks Manage 软件使用的数据格式是。nwc.但是 Revit 系列软件可导出。ifc 格式的文件，而 Navisworks Manage 软件可以读取。ifc 格式的文件。
此即通过中间桥梁 IFC 实现信息互用，如图 4-7 所示。通过中间翻译互用方式实现模型信息互用后，也需要对模型进行检查并加以适当修改。
对比两种信息互用方式：目前基于 IFC 数据格式的信息互用方式损失信息较多[72].
因此，在条件允许的情况下推荐使用直接单项信息互用。
4.3.2 Navisworks Manage 软件的实施过程。
创建的 BIM 核心模型中已有了拟建建筑的所有基本属性信息，如建筑的几何模型信息、功能要求、构件性能等。但要实现施工可视化，还需要创建针对具体施工项目的技术、经济、管理等方面的附加属性信息，如建造过程、施工进度、成本变化、资源供应等。所以，完整地定义并添加附加属性信息是实现基于 BIM 技术的施工虚拟建造的前提。在基于 BIM 技术的施工可视化应用分析系统中，附加属性信息的内容与整个可视化模拟是相关联的，附加属性信息的调整优化过程也是可视化模拟的调整优化过程，它需要依据项目实际情况做动态调整。
（1）基于 BIM 模型的 4D 虚拟技术。
运用 Navisworks Manage 中的"合并"功能，能够将创建的各个专业的 BIM 核心模型进行整合，然后将整合后的 Navisworks Manage 与施工进度信息进行关联，实现施工项目 4D 虚拟建造。
运用 Navisworks Manage 2014 进行 4D 虚拟建造，主要依赖于该软件中的 Timeliner工具，Timeliner 命令中创建任务的方法有三种，而进行关联的方法有两种，如图 4-9 所示。
（2）基于 BIM 模型的施工场地布置。
在 Navisworks Manage 软件中，创建施工项目现场内的建筑、机械设备、材料堆场、临水临电等模型以及规划施工工艺路线后，利用 Animation 功能为项目提供施工现场的整个施工运作动画。将施工现场的材料堆放、机械设备运作的情况以动画的形式直观的表现出来，为现场的施工布置提供依据。
（3）基于 BIM 模型的碰撞检查和冲突分析。
Navisworks Manage 软件中的"Clash Detective"功能，能够为项目提供碰撞检查和冲突分析。根据碰撞检查和冲突分析所得的结果，在 Architecture、Structure、MEP 等软件中对相应专业的设计进行调整、优化，然后导入 Navisworks Manage 进行重新检查，指导问题彻底更正。
（4）基于 BIM 技术的超链接。
Navisworks Manage 2014 中提供的超链接功能可以实现模型对象与外界的联系，如与该物体相关的材料信息、文字说明、材料供应商信息等。
为项目中的构件添加了超链接，项目管理人员可以根据实际进度，由构件中的超链接了解项目中材料的信息，及时安排进出场材料，以便及时为下一步的工作做好准备工作，从而避免因工程材料供应不及时或者准备工作不及时而引起的一系列影响进度管理的问题。所以，在辅助进度管理方面，超链接发挥很大的作用。
4.4 基于 BIM 的技术架构（Technology Structure Based on BIM）。
BIM 技术为城市轨道交通项目建设过程中各阶段、各参与方信息的集成与共享提供平台，它能够解决传统施工过程中各阶段各专业之间信息不通畅、沟通不到位等问题。
其技术架构如图 4-11 所示。
工程建设项目中，首先利用软件（BIM 软件或非 BIM 软件）创建各种类型的数据源信息，它包括 IFC 标准格式信息、非 IFC 标准格式信息以及工程建设的进度信息等。
接口层：利用 BIM 数据接口与数据交换引擎，将数据源提供的 IFC 标准格式信息、非 IFC 标准格式信息以及工程建设的进度信息等储存与转换为结构化的数据信息、非结构化的数据信息和组织与过程信息，实现数据的识别和"存库".
数据层：数据分为结构化的数据信息（BIM 数据库）、非结构化的数据信息（非结构信息"仓库"）和组织与过程信息。它们是数据"仓库",即任何建筑相关的信息都能在这个"仓库"中找到对应的表达方式。
平台层：平台层是实现数据信息集成与共享的平台，它能够读取、提取、储存、集成、验证数据"仓库"中的数据信息。通过数据层对各种类型数据的转换，工程建设各阶段、各专业将信息集成于此平台，实现信息的共享并为模型层生成各子模型提供条件。
模型层：通过平台层将 BIM 模型的数据信息集成于平台，平台层根据应用内容的不同需求生成不同的子信息模型，如施工过程优化子信息模型、施工管理子信息模型、施工过程协调子信息模型等。各子信息模型向应用层中的各施工管理专业的应用分析提供模型和数据支持。
应用层：应用层直接为工程施工项目管理决策提供依据。它包括基于 BIM 技术的施工优化系统、动态管理系统和施工碰撞检测系统，直接应用于施工过程中的施工进度管理、资源配置计划、场地管理、沟通协调及施工碰撞检查。
4.5 本章小结（Chapter Summary）。
本章首先研究 BIM 技术相关软件，通过对各种 BIM 核心建模软件对比分析，得出：单从软件层面来看，对于城市轨道交通这样的基础设施工程，使用 Bentley 软件产品作为建模软件比较合理，但是由于现阶段 Bentley 软件对我国规范的支持力度较弱，且对标准格式 IFC 的支持力度也低于 Autodesk 软件产品，且 Bentley 软件在我国的应用还很少，软件学习资料的获取途径也很少。故本研究还是选择比较主流的、现阶段与我国国家规范契合度高的 Autodesk Revit 系列产品作为核心建模软件，来进行相关实例演示。
为了软件间数据互用的完美兼容，选择 Autodesk Navisworks 作为模型综合碰撞检查软件来进行相关研究。
然后通过分析基于 BIM 模型的 4D 虚拟技术、基于 BIM 模型的施工场地布置、基于BIM模型的碰撞检查和冲突分析、基于BIM技术的超链接四个方面的技术实施过程，具体研究 BIM 模型在 Autodesk Navisworks Manage 软件分析平台上的实施过程，得出基于 BIM 的城市轨道交通项目在 Navisworks Manage 软件平台上实施的技术架构，为基于BIM 技术的城市轨道交通项目进度管理提供技术支持。
