BIM技術在客運專線48 m簡支梁節段拼裝施工中的應用

郜建忠，呂燕軍（中鐵三局集團有限公司運輸工程分公司，山西晉中　030600）

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BIM技術在客運專線48 m簡支梁節段拼裝施工中的應用

郜建忠，呂燕軍
（中鐵三局集團有限公司運輸工程分公司，山西晉中030600）

摘要總結了BIM技術在48 m節段梁施工中的應用，主要內容包括三維可視化技術應用、碰撞檢查技術應用、成本控制應用和施工管理應用，分析BIM技術在節段梁施工各階段的具體功能和突出優勢，可供同類工程借鑒。

關鍵詞節段梁；BIM；三維可視化；碰撞檢查；成本控制；施工管理

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling），是指基于最先進的三維數字設計和工程軟件所構建的可視化的數字建筑模型，它具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性5大特點。BIM技術被列為2011年建筑業十項新技術，并且作為“十二五”建筑業信息化發展的總體目標和重要任務之一，在全國范圍內廣泛推廣應用。BIM技術應用于客運專線節段梁施工中屬國內外首次應用，將BIM技術應用于48 m節段梁施工過程中，實現三維可視化、動態漫游、虛擬施工等功能。文章將闡述BIM技術的三維可視化、碰撞檢查、虛擬施工等功能在鐵路客運專線節段梁施工過程中的應用，以及如何利用BIM技術進行工程項目進度、成本管理等問題。

1 BIM技術三維可視化應用

可視化技術是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，進行交互處理的方法和技術。它涉及到計算機圖形學、圖像處理、計算機輔助設計等多個領域，成為研究數據、數據處理、決策分析等一系列問題的綜合技術。在之前的十幾年中，計算機圖形學得到了長足的發展，使得三維建模技術逐步完善，通過計算機仿真能夠再現三維世界中的物體，并能夠利用三維形體來表達復雜的信息。同時，最近幾年并行計算機技術與圖形加速硬件的快速崛起，使得可視化技術也得到了質的飛躍。

三維可視化技術在節段拼裝梁施工過程中起到了非常重要的作用，如三維可視化施工交底、節段拼裝梁預制模擬、三維可視化圖紙審核?；贐IM三維可視化功能，能夠為技術人員提供充足的3D信息，利用這些數據，項目工程人員較早地接觸到虛擬的數字化工程細節，發現問題進行溝通協調，對提高工程質量，加快施工方案審核有著重要作用。利用BIM模型進行虛擬施工、風險控制、指導施工等，加強了現場的管理，提高了工作的效率，減少了資源的浪費。

1. 1三維可視化施工交底

傳統施工交底依托的二維平面圖加以標注對施工班組進行交底，并不能表達出構件、鋼筋等空間排布位置。對于施工班組來講，一些特殊節點、鋼筋排布等二維圖紙不易理解，且容易對圖紙誤讀而造成施工錯誤、返工。不僅耽誤了工期而且造成了工程材料浪費、成本增加。圖1所示三維可視化施工交底，是利用BIM技術創建三維模型，對模型加注信息，如尺寸、長度、位置等數據進行施工技術交底。通過三維模型進行交底不僅能達到二維圖紙交底的所有要求，而且能把構件之間的立體排布位置表達出來，易于理解，從而加快施工進度、保證工程質量、創造經濟效益。

圖1　三維可視化施工交底

1. 2三維可視化交底流程

針對三維技術交底制訂了相關的交底流程，目的是為了使三維交底在現場施工中更好地發揮作用，保證工程質量。三維技術交底采用多媒體及紙質交底結合方式進行施工交底。多媒體交底是通過將三維模型上傳到pad或手機，利用手機現場進行交底指導，項目管理人員只需擁有一個移動終端即可直接觀看三維模型進行施工交底指導；紙質交底是將三維模型進行剖切、增加疑難節點的三維模型，采取紙質輸出形式進行現場施工交底。

1. 3三維可視化梁節預制

利用BIM技術進行三維可視化梁節預制，將BIM模型導入Navisworks Manage軟件進行梁節預制的過程模擬。通過虛擬施工將鋼筋綁扎順序、模版支立順序、各工序間的銜接進行模擬，提前發現在預制過程中應特殊注意的問題。優化綁扎鋼筋的工序，減少鋼筋綁扎錯誤，并且利用三維可視化技術將節段梁預應力波紋管道精確定位，保證了節段梁后期鋼絞線穿束工序順利實施。

1. 4三維可視化圖紙復核

傳統設計圖紙采用Autodesk CAD進行平面繪圖，三維信息通過平、立顯示。二維設計圖紙的弊端就在于不能很好地表達出構件的空間位置，由于設計圖紙分專業設計，在整合圖紙過程中難免會發生設計問題。通過運用BIM三維可視化將二維圖紙轉換成三維模型，觀察三維模型的屬性及構件間的空間位置等，進而發現設計圖紙中的問題，同時將三維模型進行剖切與設計圖紙進行對比，進而幫助圖紙復核。

2 BIM技術碰撞檢查應用

美國斯坦福大學整合設施工程中心在總結BIM技術價值時發現，使用BIM技術可以消除40％的預算外變更，通過及早發現和解決沖突可降低10％合同價格。消除變更與返工的主要工具就是BIM的碰撞檢查。碰撞檢查是指在提前查找和報告在工程項目中不同專業（結構、暖通、消防、給排水、電纜橋架等）空間上的沖突，發現碰撞進而對設計進行優化，消滅碰撞。

2. 1鋼筋碰撞檢查

48 m節段梁鋼筋排布復雜，二維圖紙設計時不能很好地考慮鋼筋之間的空間位置，按圖施工可能會造成鋼筋間碰撞、鋼筋與構件間的碰撞等。利用BIM的三維技術在前期可以進行碰撞檢查，優化工程設計，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤和返工的可能性。BIM的碰撞檢查應用于節段梁梁節鋼筋排布優化過程中，通過已經創建好的三維鋼筋模型在Revit或 Navisworks Manage軟件中進行鋼筋之間的碰撞點檢查，并將碰撞的鋼筋進行優化排布?；贐IM的碰撞檢查技術在節段梁施工中的應用起到了至關重要的作用。碰撞檢查以BIM模型為依托，將構件之間的碰撞點直觀展現，發現碰撞點的位置在施工中需特別注意，起到工程預警作用。通過碰撞檢查可以對鋼筋排布進行優化，從而在節段梁鋼筋綁扎時節省時間，同時保證了施工質量。

2. 2梁節碰撞檢查

通過碰撞檢查可以發現梁節之間的碰撞點。節段梁預制梁節時，濕接縫鋼筋外搭，在梁節拼裝時會造成搭接位置的鋼筋存在碰撞，進而對下一步梁節精調工序造成影響，延誤施工工期。通過碰撞檢查提前發現梁節間的鋼筋或構件間的碰撞，提前進行優化鋼筋排布，為后續施工創造有利條件。

3 BIM技術成本控制應用

對于工程項目而言，預算超支現象十分普遍，有研究表明，有多達三分之二的項目竣工決算是超過預算標準的。造成預算超支的原因很多，其中造價工程師因缺乏充分時間來精確計算工程量和了解造價信息而導致成本計算不準確，是造成成本超支的重要原因。對于成本控制我們做了二次開發，將Revit模型與云平臺通過端口對接，實行了雙向成本控制，嚴格把控工程量和成本。BIM技術成本控制優點：自動化算量解放勞動力，自動化算量更加準確，自動化算量更加快捷，更好地應對設計變更。

3. 1材料管控

BIM模型包含大量信息，不但包括工程構件的信息，還包括構件的工程量信息如鋼筋用量、混凝土用量等。利用BIM進行精確工程量統計，節段梁鋼筋細化到每一種型號鋼筋有多少根、每一根鋼筋多長多重，混凝土用量細化到構件級別，想要提取哪一部分，在模型中選中相應構件即可得到準確的工程量信息。通過利用IFC格式將BIM模型共享利用，導入云平臺。利用BE瀏覽器對節段梁的工程量進行提取（圖2），利用云平臺能實現模型的共享利用，操作人員只需要有網絡、平臺帳號，不需要有模型的原始文件和安裝過大的Revit軟件，即可進行工程量的實時提取。

施工企業精細化管理很難實現的根本原因在于海量的工程數據，無法快速準確獲取以支持資源計劃，致使經驗主義盛行。而BIM的出現可以讓相關管理條線快速準確地獲得工程基礎數據，為施工企業制訂精確人材計劃提供有效支撐，大大減少了資源、物流和倉儲環節的浪費，為實現限額領料、消耗控制提供技術支撐。材料精確提取可以嚴格控制現場的材料消耗，現場施工材料限額領取，嚴格材料把控，進而對施工成本進行嚴格控制。

3. 2成本管控

MC管理駕駛艙實現模型共享，通過平臺即可實時觀看節段梁的進度、產值等情況，方便管理者掌握現場的動態。通過模擬我們可以很直觀地看出計劃工期與實際工期的對比，超前或滯后，方便了管理者實時對施工進度調整，進而減少工期。同時隨著模型的生長，成本隨之增加，管理者可以通過模擬了解到下階段應準備資金量，并且對成本進行控制。

管理的支撐是數據，項目管理的基礎就是工程基礎數據的管理，及時、準確地獲取相關工程數據就是項目管理的核心競爭力。BIM數據庫可以實現任意工程基礎信息的快速獲取，通過合同、計劃與實際施工的消耗量、分項單價、分項合價等數據的多算對比，可以有效了解項目運營是盈是虧，消耗量是否超標，進貨分包單價有無失控等等問題，實現對項目成本風險的有效管控。

圖2　BE工程量提取報表示例

4 BIM技術施工管理應用

4. 1現場管理

Iban是一款移動終端軟件，可以和后臺的PDS模型相掛接。利用Iban可以將現場的施工進度、質量、安全等照片利用手機上傳到BE模型，通過PC打開BE軟件，管理者在電腦上即可實時了解節段梁的施工進度、安全、質量等情況，對現場進行實時管理。同時企業可以積累自己的質量安全庫，避免發生類似問題，進而減少了返工，降低了工程成本。通過進度實時觀察，可以方便管理者了解現場施工進度，見圖3。

圖3　Iban現場管理功能示例

4. 2資料管理

將施工資料如技術交底、施工日志、檢驗批等資料錄入BE瀏覽器與節段梁的具體位置相掛接，通過模型即可反查節段梁的一切施工資料。將施工資料錄入云端易于存儲，相比于傳統紙質版資料存儲更加便捷，不易丟失，同時施工資料與BIM模型相掛接可以為企業提供完整的資料庫，并且為業主后期運營維護創造便利。

4. 3施工模擬

結合project項目管理軟件編制而成的施工進度計劃，可以快速地將BIM模型與施工進度計劃關聯起來，自動生成虛擬建造過程，通過對虛擬建造過程的分析，合理地調整施工進度，更好地控制現場的施工與生產。基于BIM模型的施工模擬，項目所有的參與方能夠協同工作，實現工程項目的精細化管理，實現信息共享。利用BIM技術進行環境、經濟、能耗、安全等多方面的分析和模擬，實現虛擬的建造、管理以及全方位的預測和控制，見圖4。

圖4　節段梁施工模擬

48 m節段梁，箱梁采用分段預制、造橋機現澆濕接縫的方法施工，由于箱梁截面大、自重大，對施工機械的要求較高，設備在橋上移動過程中，機械穩定性尤為重要，為安全方面重點控制之處。通過BIM技術施工模擬，指導編制專項施工方案，可以直觀地對復雜工序進行分析，將復雜部位簡單化、透明化。提前模擬方案編制后的現場施工狀態，對現場可能存在的危險源、安全隱患、消防隱患等提前排查，對專項方案的施工工序進行合理排布，有利于方案的專項性、合理性。

5　結語

BIM技術應用于客運專線節段梁施工中，可以有效提升施工效率、保證工程質量、縮短施工工期。但是BIM技術的實施，國家還未制定統一的標準，設計階段和施工階段的接口還未打通，施工階段不能利用設計階段的模型，需要重新根據二維圖紙進行三維建模。另外，BIM的相關軟件發展還不成熟，目前市面上的BIM軟件價格較高而且適用面有限，適用于項目管理的BIM軟件功能局限性很大，亟待新的BIM協同管理平臺出現。

目前BIM技術在施工中的應用正處于起步階段，潛在市場空間巨大且有待開發，急需建立相關的BIM行業標準，便于全面推進應用。隨著BIM的推廣和不斷發展，建筑工程管理信息化、標準化、精細化將成為可能，并不斷得到完善。

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（責任審編趙其文）

Application of BIM（Building Information Molding）Technology in 48 m Simply Supported Girder Segmental Assembling Construction on Passenger Dedicated Railway

GAO Jianzhong，LYU Yanjun
（The Transportation and Engineering Branch Company，China Railway No. 3 Engineering Group Co.，Ltd.，Jinzhong Shanxi 030600，China）

AbstractT he application of BIM（Building Information M odeling）technology in the construction of 48 m segmental beam was summarized in this paper. It mainly included the application of 3D（three dimensional）visualization technology，collision detection technology，cost control and construction management. T hrough the application of BIM technology，the application of BIM technology in different stages of the construction process was obtained. T he BIM technology can be better used in the future construction and maximize the use of BIM technology to create benefits for site construction.

Key wordsSegmental beam；Building Information M odeling；3D Visualization；Collision detection；Cost control；Construction management

中圖分類號U445. 1

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 11

文章編號：1003-1995（2016）06-0040-04

收稿日期：2015-08-17；修回日期：2016-01-18

作者簡介：郜建忠（1965—），男，高級工程師，碩士。