濟青高鐵淄博至濰坊BIM施工全過程應用

(1.中鐵建工集團山東有限公司，青島 266000；2.濟青高速鐵路有限公司，濟南 250000；3. 中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，濟南 250000)

1 工程概況

1.1 項目簡介

濟青高鐵6標段淄博北站、濰坊北站由濟青高速鐵路有限公司開發建設，中鐵建工集團有限公司承建，合同總價約15.1億元。淄博北站站房建筑面積：34 471m2；站臺雨棚覆蓋面積：9 821.68m2。站房共5層，分別為出站層、廣場層、落客平臺層、候車層、商業夾層。濰坊北站站房建筑面積：60 000m2，雨棚覆蓋面積23 426m2，站房共5層，分別為出站層、廣場層、站臺層、候車層、商業夾層。

項目結構、整體模型如圖1所示。

1.2 工程特點與難點

本工程現場施工單位多，施工環境復雜。施工項目與公交車站、長途車站、地鐵、站前廣場等多家單位的配套施工同期建設，施工可用場地狹小，材料堆放及加工場地受限制，道路運輸不暢、影響材料運輸；項目結構復雜、外觀造型新穎，樓層變化幅度大。工程涉及鋼結構造型屋頂、型鋼柱、大跨度預應力、超高支撐、幕墻等是施工的難點；機電專業多、管線施工復雜；幕墻、裝飾裝修等工程深化設計要求高、工作量大。

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

(1)統籌各專業深化設計：綜合考慮，全方位優化，實現最佳方案;

圖1 項目結構模型、整體模型

(2)協同合作，提升管理水平：信息共享，加強各協作方、部門之間的協作;

(3)質量、安全控制：進行方案模擬，三維技術交底。

(4)加強進度控制：提高施工效率，減少材料損耗及浪費;

(5)成本控制：提高項目商務管理的準確性與及時性;

(6)BIM前沿技術應用：緊跟BIM發展前沿，全面探索創新應用。

2.2 實施方案

(1)多模型軟件方案：采用OPEN BIM解決方案，依靠主軟件平臺，專業軟件平臺輔助的解決方案，如采用Revit、Tekla、Rhino、3DMAX等；

(2)介入流程及標準：由BIM部門牽頭，聯合工程技術部，完善各施工單位多專業配合方式；

(3)引入設計、施工平臺：引入設計協同平臺，解決圖紙版本問題，引入施工管理平臺，統籌現場進度管理；

(4)前沿技術與二次開發：積極探索BIM前沿技術應用，并引入二次開發技術，實現各種應用需求，批量處理，提高效率。

2.3 團隊組織

為實現制定的BIM目標，施工方和咨詢方共同制定各專業BIM模型交付標準、各專業協同工作流程、BIM會議協調制度、成果交付標準；成立了BIM小組，包括土建、機電、鋼結構、幕墻、精裝等專業，每組8人為兩個項目提供BIM服務；中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院作為BIM咨詢單位，全程提供咨詢服務。

2.4 應用措施

為了更好地將BIM技術應用到項目中，業主方要求全線應用濟青高鐵BIM平臺。濟青高鐵BIM平臺為BS架構、集成設計、施工一體化企業級云平臺，實現了包括安全、質量、進度、成本，數據文檔，變更等在內的項目全過程管理(圖2)。

2.5 軟硬件環境

本項目的BIM軟件以Autodesk Revit 2016作為主要的BIM建模軟件，以Tekla作為鋼結構深化建模軟件，以3DMAX作為施工模擬軟件，以廣聯達5D作為排磚軟件，以濟青高鐵BIM管理平臺作為主要的5D模擬軟件。以UE4、Fuzor作為VR安全、精裝模擬軟件, 確保模型及應用達到國內領先水平。根據項目BIM應用的實際需求，配置了相應的硬件環境詳見圖3。

圖2 濟青高鐵BIM平臺功能

圖3 硬件配置

3 BIM應用

3.1 BIM建模

BIM小組使用REVIT軟件，施工前通過對土建、幕墻、水電安裝的模型分專業搭建(圖4)，完成對圖紙的詳細研讀，匯總圖紙設計存在的問題及可優化施工部位，形成問題報告，及時與設計溝通，為問題的有效解決提供充足的時間，從而加快施工進度。

圖4 各專業模型

3.2 BIM應用情況

3.2.1 場區規劃

利用BIM技術，對施工現場的材料加工場地、大型機械，臨時施工道路、臨時用水、臨時用電進行布置，通過模型的動態展示，對各個施工階段現場平面布置的合理性進行評估，最終確定最優方案；對塔吊布置，及群塔作業方案進行3D動態模擬(圖7)，直觀表達各個施工階段塔吊的使用情況，全局考慮，從而達到最優、最高效的布置方案。

圖7 群塔布置規劃

3.2.2 鋼結構及屋面深化設計

本工程屋面桁架工程量大，結構復雜，造型新穎，結構跨度大，節點復雜，拼裝工程量大，拼裝精度高，為確保工程質量設計階段采用MIDS(邁達斯)軟件進行受力分析，利用TELKA軟件和CAD軟件進行深化，利用林克曼3000軟件進行下料。根據施工方案對施工難度大的部位進行施工模擬，站房南北兩端W型構件安裝難度很大(圖8)，對施工誤差進行了模擬，根據模擬結構對現場施工進行控制。根據模擬優化施工方案(圖9)并制定針對性的控制措施，施工前利用模擬結果對工人進行可視化的交底，有效地保證了施工精度。

3.2.3 管線綜合優化

高鐵站房為大型公共建筑，功能復雜，機電安裝專業多、管線密集；安裝質量、進度控制難度大。我單位利用BIM技術對機電管線進行深化設計(圖10)，解決管線碰撞問題，保證整體管線凈高和檢修空間。通過搭建各個機房管線施工信息模型，極大地減少了工序穿插帶來的不便因素，在節約工期的同時能夠提高工程質量；同時，依據BIM模型深化圖紙設計，對各節點進行編號，極大地提高了安裝效率。

圖9 屋面方案優化

圖10 管線綜合

3.2.4 精裝、幕墻深化設計

高鐵站房工程造型復雜，業主方高度重視精裝與幕墻工程深化設計與施工質量，確保濟青高鐵全線實現藝術品工程。我單位充分利用BIM技術的可視化與仿真性，建模排版中，要求墻地頂對縫，末端點位成行成列均勻有規程排布，精裝與幕墻工程交接合理美觀。對于幕墻(圖11、12)、精裝修(圖13)施工中造型復雜的節點部位，通過圖紙深化設計并且建立三維信息模型，發現圖紙中施工前期存在的問題，全面提高工程質量。在裝飾裝修深化設計的同時，積極與參見各方探討藝術表現形式，并邀請當地高校藝術類教授進行指導，助力濟青高鐵站房藝術品工程的建設。

圖11 幕墻節點深化1

圖12 幕墻節點深化2

圖13 精裝節點深化

3.2.5 濟青高鐵BIM平臺5D管控

工程利用濟青高鐵業主方平臺基于itwo 4.0開發，于2017年12月份上線，自濟青高鐵公司至各標段、各施工單位，沿線站房工程均納入平臺化管理；模型校核階段，在上傳模型之前，需要對模型進行檢查，檢查圖模一致性和信息完整性；應用自主開發的REVIT內置插件——“ITWO 3D”，在上傳平臺之前進行模型信息完整性檢查與修改，并一鍵上傳至平臺比原有的人工上傳的方式簡便而且可靠了許多；通過提前定義構件算量規則，能夠實現構件與算量預匹配(圖14)，進而實現一鍵算量，提高算量效率；通過導入施工進度計劃，通過緊前緊后的邏輯關系，系統自動生成進度前鋒線(圖15)，匹配關鍵路徑，同時還支持與實際進度的對比；完成算量計價工作后，將成本與進度計劃掛接，最終實現5D虛擬，并根據結果調整進度、優化成本控制，完成虛擬建造，優化現場進度，完成了各種資源的提前部署；同時，將中鐵建工集團有限公司安全質量隱患排查系統的數據集成至濟青高鐵站房BIM平臺，實現施工過程數據集成，為業主、監理、施工單位管控安全質量提供幫助。

圖14 成本管理

圖15 進度前鋒線

3.2.6 BIM+VR的應用

我單位在應用BIM技術精裝修深化設計時，所有材質均采用真實材料貼圖(圖16)，并利用先進的VR技術，更加直觀真實地反應原始施工模型，為業主和設計單位選材提供便利及依據，確保了藝術品工程的建立。

圖16 精裝VR

另外，利用VR技術進行VR安全體驗，減少了人工、材料資源浪費的同時讓體驗者能夠感官感受事故發生的瞬間，強化體驗者對安全事故的感性認識，讓安全生產的觀念深入人心，激發項目管理人以及施工人員參加安全教育學習的興趣，并掌握相應的防范知識以及應急措施。

3.2.7 BIM+三維放樣、三維掃描、二維碼、無人機、智慧工地等應用

BIM技術與設備相結合，利用三維放樣將數據轉化為現場精準點位，提高作業質量；利用三維掃描實時、有效地監控施工進展，確保電氣、水管和HVAC系統的安裝符合質量規格；利用二維碼對項目模型構件對象創建二維碼，可在移動端瀏覽查看該對象的三維狀態及其相關的信息數據；利用無人機航拍技術拍攝到的照片一方面可以通過處理生成地圖，方便施工場地布置；智慧工地系統集成項目安全、質量、生產、勞務、視頻監控、智慧用電等內容，為項目高效管控提供先進化管理手段。

4 項目應用效果

4.1 現場技術管控

(1)現場平面布置動態化：減少了現場材料轉運，平面布置科學高效；

(2)進度計劃管理：及時有效地發現進度偏差；

(3)移動端輔助應用：可視化移動端輔助管理；

(4)二次結構自動排版：大幅提升了砌體施工的質量和速度，一次性精確備料，減少了現場砌體材料倒運，預估經濟效益90萬元；

(5)碰撞檢查：提前發現各專業存在的碰撞問題，提前解決，掃清施工障礙；

(6)深化設計：優化了現場施工深化效率和質量，減少了現場返工；

(7)方案模擬：群塔布置模擬、鋼結構吊裝模擬、跨正線施工模擬等；

(8)三維技術交底：三維可視化直觀形象給現場工人交底；

(9)精裝修排版：通過BIM+VR身臨其境的體驗優勢，所見即所得，對精裝修排版精雕細琢，打造站房藝術品工程；

(10)管線綜合：為安裝工程預制裝配化施工提供技術基礎，提高質量，縮短工期。

4.2 成本管理

(1)工程量計算：減少了算量人員，降低了項目材料工程量偏差；

(2)成本管控：綜合分析現場成本變化因素，重點管控對成本影響較大分項。

5 總結

5.1 創新點

(1)幕墻、裝飾裝修工程采用正向BIM深化設計，利用BIM技術三維可視化特性直接進行深化設計，同時所有模型采取真實材質貼圖，加入當地人文藝術色彩以打造藝術品工程，利用VR技術真實還原模型場景，為業主、設計選取方案提供幫助。

(2)模型校核階段，自主開發的REVIT內置插件——“ITWO 3D”，在上傳平臺之前進行模型信息完整性檢查與修改，并一鍵上傳至平臺比原有的人工上傳的方式簡便而且可靠了許多。

(3)為了輔助計價，在濟青高鐵BIM平臺中預先錄入了鐵路定額庫，山東省地方定額庫。基于定額庫，將模型與工程量清單掛接，完成計價工作。

5.2 經驗

現場BIM技術應用，應充分考慮各施工工序合理穿插，提前協調各施工隊伍的施工順序，以確保BIM技術切實得以落地。同時應加強對裝飾裝修工程節點深化設計，全部復雜節點均應以三維圖紙進行技術交底，以滿足現場施工需要。