BIM技術在蘭州西站站房工程建設中的應用研究與實踐

史建中

BIM技術在蘭州西站站房工程建設中的應用研究與實踐

史建中

摘 要：BIM作為建筑全生命周期管理的有效工具，提供了良好的管理平臺。對BIM技術在蘭州西站站房工程中的應用研究與實踐進行探討，在工程設計、組織設備采購、工程建設及運營維護等諸多方面，開展了BIM的初步應用。同時，闡述了蘭州西站站房工程建設中BIM應用存在的問題及解決方法。關鍵詞：BIM；鐵路站房；建筑工程；施工；管理

1 概述

在蘭州西站站房工程建設中應用了BIM技術。通過編寫“新建寶雞至蘭州鐵路客運專線蘭州西站站房工程BIM實施方案”，邀請國內知名專家咨詢審查，明確了研究應用方向；研發、搭建了蘭州西站BIM建設管理平臺，解決了設計、咨詢、建設、施工、監理等單位異地的協同作業問題；形成蘭州西站站房真實3D實物模型，對將建成后的站房站場可通過漫游，直觀了解各部實際結構，提出方案優化意見；通過多專業協同設計，進程可同步搭接優化，縮短設計時間；通過硬碰撞、軟碰撞檢測，解決差錯漏碰，避免返工窩工；通過模擬時序搭建，提前掌握施工工序同步、搭接的效果，提高施工效率；通過不斷錄入詳盡數據和記錄工程實施中的實際數據，修正模型，為運營維護提供既可視又詳盡的站房、設備技術履歷；實現BIM模型輕量化，能夠使BIM模型在主流計算機上運行，通過基于BIM模型的維護管理系統開發，把站房建設中所有有用的信息整合到一個系統，使信息都能交互；實現管線管網智能判斷，通過建筑自動控制系統（BAS）、火災報警系統（FAS）系統接口，實現設備控制、檢測、報警數據與BIM無縫結合；能利用智能終端設備獲取的電子標簽顯示對應的BIM設備工程模型，并獲得相應設備的屬性、狀態及運維工單信息；實現根據設備的維保周期自動生成設備維保計劃表，兌現閉環管理流程；實現在運維階段信息模型中設備的替換功能。

2 BIM在蘭州西站站房工程建設中的應用

2.1 方案展示匯報評審

通過向清華大學土木系張建平、華中科技大學BIM工程中心何關培、中建技術中心李云貴等國內知名專家咨詢審查，對“新建寶雞至蘭州鐵路客運專線蘭州西站站房工程BIM實施方案”提出完善意見，為BIM技術研究應用實施打下良好的基礎。BIM技術實現了設計意圖的明確表達，對西站站房工程的整體布局，對車站南北廣場的劃分可以進行三維立體的認識，同時對站房內部結構可以提前體驗。由于BIM模型提供了豐富的信息資源，可以讓建設、施工、運維等各方準確掌握該項目的工程情況。蘭州西站站房工程及南北廣場模型見圖1，蘭州西站站房內部機電設備模型見圖2。

2.2 BIM建設管理平臺

BIM建設管理平臺以BIM體系下的相關技術作為支撐，對工程建設過程進行動態可視管理。主要功能為：模型發布、交付確認、變更確認、模型的流水段劃分、工程量模型化提取、基于BIM的施工全過程等。由于西站BIM整體模型大，日常查看、修改不方便；設計、建設、施工、監理等職能人員不在同一地域或同一地方辦公，無法便捷地對工程情況進行實時互動交流。通過基于BIM的二次開發，實現對模型的無損分割、拼接，以解決在互聯網環境下基于BIM模型大數據的傳輸問題，解決了各單位之間的遠程協同、溝通問題，并使問題可追朔。BIM建設管理平臺界面見圖3。

圖1 蘭州西站站房工程及南北廣場

圖2 蘭州西站站房內部機電設備

2.3 復雜工藝模擬、設計優化

對于復雜工程，傳統的二維是無法完全表達其結構信息的，BIM技術可以三維立體地展示工程結構及各專業之間的關系。在蘭州西站站房工程建設過程中同濟設計院采用BIM技術進行建筑、結構及機電設計，對很多機電設備設施之間的碰撞在設計期進行大量處理，為施工后期的優化返工、材料浪費作出較大貢獻。采用BIM模型進行工程施工也可以為施工單位合理安排工序及指導施工提供幫助，在站房工程的建筑施工過程中，可以結合BIM模型提前預留機電管道的安裝墻洞，從而為整個工程的成本降低起了重要作用。機電設備橋架的管槽見圖4。

在特殊工藝施工過程中BIM技術為現場人員提供了有效的指導，可以預先通過設計方或專業人員對復雜工程的安裝進行模擬，通過模擬指導可以讓現場施工人員快速掌握其安裝方法和注意要點，同時也可以為監理提供直觀的參考依據，從而為工程進度和質量提供了可靠保障。復雜環梁施工指導見圖5，主梁施工指導及注意事項見圖6。

圖3 BIM建設管理平臺界面

圖4 機電設備橋架的管槽

圖5 復雜環梁施工指導

圖6 主梁施工指導及注意事項

2.4 4D施工模擬

進度是工程建設項目的關鍵要素，BIM技術在西站站房工程中的4D施工模擬為工程的進度安排提供了有效幫助，現場項目管理人員通過該平臺可以在電腦中預先安排各專業工程之間的施工安裝順序，并會同相關工序技術人員進行虛擬搭接、平行作業反復優化搭建，通過模擬發現不合理并及時處理調整，按最佳方式固化4D流程，達到在計算機中完成一套合理的施工安排，避免了在現場中返工、窩工現象的發生，達到了20個月蘭州西站20多萬m2站房工程全面建成“全國高鐵示范站”并投用的目的。西站站房4D施工模擬平臺見圖7。

圖7 西站站房4D施工模擬平臺

2.5 多專業多工種施工工序模擬

大型站房工程施工比較復雜的項目包括機電設備的安裝，在同一個區域會同時出現給排水、消防、暖通、強弱電等專業的管線及設備，而且各專業設備之間的安裝要求均比較嚴格，如果不能合理安排多專業多工種的工作順序，將會造成返工浪費、窩工延時等系列問題。BIM技術輔助現場工程管理人員對多專業多工種之間的施工順序進行了合理安排，為工程施工提供有效幫助。多專業多工種之間的施工安裝順序見圖8。

圖8 多專業多工種之間的施工安裝順序

2.6 鋼結構吊裝模擬

蘭州西站站房屋架采用鋼結構，由于站房跨度大，鋼結構安裝比較復雜，不合理的安裝將會造成質量、安全等事故，因此對于鋼結構工程的安裝必須進行嚴格把控。BIM技術通過信息模型的方式對現場形式進行再現，對鋼結構工程的安裝進行預先模擬，從而保證了工程的質量及安全。吊裝鋼柱模擬見圖9。

圖9 吊裝鋼柱模擬

2.7 BIM模型碰撞檢測與優化

通過BIM模型碰撞檢測，在設計階段協助設計院共計發現問題175處。其中建筑、結構專業問題55處，機電設備管線問題120處，并在設計階段已全部解決，未將問題遺留至施工階段。建筑功能區域凈空不夠檢查見圖10。

在施工過程中施工單位結合BIM模型對西站站房中的機電工程進行了碰撞檢測及施工深化，對檢測到的軟硬碰撞均做了調整，對安裝不合理之處，與設計進行溝通優化，最終達到站房機電系統的完整，布局整齊清晰，安裝結構合理。西站站房機電管線工程見圖11。

圖10 建筑功能區域凈空不夠檢查

2.8 運維單位通過BIM模型提前介入工程

在項目建設過程中，運維單位已經通過BIM模型對工程結構有了清楚的認識，提出了適合運維要求的改進意見，為竣工驗收和后期運營維護奠定了堅實基礎；同時運維單提前介入后也對工程資料的電子化建立提出要求，為達到BIM在工程全周期管控發揮較大作用。

2.9 為運維系統提供基礎數據

在項目建設初期，樞紐指揮部就建立了一個蘭州樞紐BIM建設項目管理的服務器，在西站站房工程中設計、施工、建指及監理通過此服務器完成設計項目文件的交付、工程施工交底、工程深化、工程變更等一系列工作；在施工過程中，材料的進場報驗、現場加工、出庫使用等信息均在BIM服務器上記錄；在設備采購過程中，設備的使用說明書、廠家信息、設備檢修要求、采購信息等同時錄入服務器數據庫；通過照片及視頻的方式對隱蔽工程施工過程進行記錄；對于變更及現場與設計信息模型不一致的地方進行了及時修改并上傳。上述所有工程數據均在指揮部BIM服務器中存儲，并與BIM模型中的工程對象進行逐一對應，方便工程建設管理方查閱，也為運營維護系統提供了良好的基礎數據。

圖11 西站站房機電管線工程

3 BIM應用存在的問題及解決方法

3.1 模型數據的來源及各階段數據的繼承性

作為一個BIM應用項目，最重要的是數據問題。如果沒有一個可靠的數據來源則無法建立一套完整的BIM工程應用。對此，在西站站房工程BIM應用過程中，由蘭州樞紐指揮部牽頭，同濟大學設計院及參建的施工單位及監理單位，并聘請鐵一院作為BIM咨詢方，共同組建BIM數據的應用鏈來保證數據的創建及各階段的繼承。

該項目在設計階段就要求設計方出BIM施工文件，并經甲方認可BIM格式的施工文件，這使得對BIM數據的建立從政策上做出明確的要求，在由同濟大學設計院完成的BIM文件交付甲方時，甲方組織咨詢方、施工方及監理單位對數據的完整性、正確性進行審核，最終交付施工單位使用。

設計期的數據交付甲方后為了較好地繼承到施工期直至后期的運維階段，由指揮部組織委托BIM咨詢單位開發了“蘭州西站BIM建設管理平臺”，各單位項目文件交付及應用需要通過此平臺進行，可以保證各階段數據通過統一的平臺進行傳輸及繼承。

3.2 各參建單位之間基于BIM的溝通與協同

在工程建設管理過程中，各參建單位之間的信息溝通比較頻繁，有些工作甚至需要多個單位協作才能完成，傳統方式使得這些工作復雜而不易進行，有些簡單的工作需要參與單位人員親自到現場才能完成，造成時間和成本浪費。西站站房建設過程中采用BIM建設管理平臺進行溝通和協作，使原本比較復雜的事情可以在異地輕松處理，表現最為突出的管線碰撞問題，通過協同平臺得到了很好的解決。

3.3 綜合管線各專業施工流程不順、不暢的問題

綜合管線施工過程中較為嚴重的問題就是各專業施工流程不順、不暢的問題，對于管線安裝工程需要多個專業按照一定順序協同進行，不合理的施工安排會導致管線安裝后，后續工程無法安裝，或者本應處于后續工程的安裝到先序工程之前，這些問題都會導致返工和窩工現象的發生，西站綜合管線各專業采用BIM技術實現模擬安裝工序及指導學習安裝工藝，保證了現場安裝工程的有序合理完成，使得工程返工降到最低。

4 結束語

BIM是IT技術在建設領域運用所產生的最新成果，已經深刻地影響了建筑業的方方面面。在此，主要對BIM技術在蘭州西站站房工程中應用研究與實踐進行探討，在工程設計、組織設備采購、工程建設及運營維護等諸多方面，開展了BIM的初步應用。BIM作為建筑全生命周期管理的有效工具，提供了良好的管理平臺；BIM技術在建造階段的關鍵作用，隨著BIM相關理論和技術的不斷發展，必將發揮更大的作用。

5 參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部．建質［2011］67號2011—2015建筑業信息化發展綱要[S]．

[2]全國BIM技能等級考評工作指導委員會（中國圖學學會）．BIM技能等級考評大綱[S]，2012．

史建中：蘭州鐵路局蘭州樞紐工程建設指揮部，高級工程師，甘肅 蘭州，730000

責任編輯 盧敏

中圖分類號：U21；TP319

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2015）05-0058-04