BIM技術在鐵路站房項目建設管理中的綜合應用研究

(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

青島至連云港高速鐵路正線長194.39km，總投資238億元，其中山東境內186.6km，江蘇境內8km。建設標準為國鐵Ⅰ級雙線電氣化快速鐵路，是以城際客運為主兼顧中長途旅客運輸、客貨并重的鐵路干線，沿途共設紅島、洋河口、青島西、董家口、兩城、奎山鎮(日照西)、嵐山西7個車站，其中洋河口和兩城為越行站，跨越山東、江蘇兩省沿海的青島、日照和連云港3個省轄市。建成以后，全線輸送貨物能力為每年3 500萬t，客車每天80對。青島西站站房工程主要包含土建、裝修、標識、采暖通風、室內給排水、室外給排水、電力、FAS、BAS系統等專業，站房面積53 916m2。

2 BIM項目組織與應用環境搭建

2.1 BIM的作用

本項目具有工期短、質量要求高、參建單位多等特點，因此在項目全生命周期中引入BIM技術，建立BIM云協同管理平臺[1]。BIM在本項目中發揮的作用如下：在設計階段解決多方溝通、協調問題[2]，切實控制設計質量，通過模擬項目的建設過程對項目進行優化，避免下階段的工程風險；在施工階段進行多專業協調、多專業集成、多功能整合，在施工組織設計、重大施工方案動態模擬、施工技術方案確定、新技術整合應用、施工進度模擬優化、工程安全、質量、文明施工管理、現場數據采集、后臺處理、施工過程資料電子化管理等過程通過信息化管理手段提升項目施工精細化管理水平；通過BIM技術提高竣工交付的信息化能力，完成整個鐵路系統的BIM竣工模型，實現鐵路系統工程資料信息電子化、空間可視化、結構安全監測數據化、設備構件平臺化及現場管理信息集成化，為鐵路智慧化運營管理提供模型及信息基礎[3]。

2.2 實施方案

為了能有效地利用BIM技術，就必須在項目開始階段采用規范的BIM標準，使項目各參與方都能以統一標準建立并應用BIM模型，避免因個人或企業習慣不同帶來的理解誤差。BIM應用標準主要內容包括：明確BIM實施組織架構及職責、明確BIM應用計劃、明確BIM模型建模專業及信息交換格式、明確項目各階段BIM應用目標及流程、進行協同BIM平臺搭建[4]、制定BIM模型建立標準及竣工交付標準等[5]。

2.3 團隊組織

BIM組織架構的建立即BIM團隊的構建，是項目目標能否實現的重要影響因素，是項目準確高效運轉的基礎。故在鐵路工程項目實施階段前期應根據BIM技術的特點結合鐵路工程項目本身特征組建項目級BIM團隊，從而更好地實現BIM項目上傳下達和執行[6-7]。青連鐵路站房項目BIM實施具體團隊組織架構如圖1所示。

圖1 青連鐵路站房BIM技術應用組織架構

2.4 軟硬件環境

BIM實施基礎設施指在BIM工作中所需要的各種生產要素，包括BIM實施環境、BIM硬件資源及BIM軟件平臺[8-10]。在本項目中，通過搭建BIM云協同管理平臺進行各參與方協同辦公，云平臺搭建的硬件環境及軟件架構如圖2、圖3所示。

圖2 青島西站站房BIM技術應用硬件環境

3 BIM應用

3.1 BIM模型創建

青連鐵路站房BIM模型創建根據青連鐵路站房工程BIM模型標準，通過BIM建模軟件Autodesk Revit創建青連鐵路站房及雨棚工程項目的全專業模型。整個項目模型分為建筑、結構、給排水、暖通、電氣、幕墻、內裝、線路等多個專業模型，如圖4所示。

圖4 青島西站站房建筑分層BIM模型

在根據圖紙對工程項目進行建模的過程中，BIM可輔助發現二維圖紙存在的問題。BIM建立模型的過程就是輔助審圖和預施工的過程，相對于傳統的審圖，BIM的優勢在于將多個專業模型整合在一起，各專業圖紙之間存在的問題一目了然[11-12]。在青連鐵路站房工程BIM技術應用實施中，對項目進行各專業建模及碰撞檢查后，發現了以下施工圖紙的問題：結構機電類矛盾；結構預留洞不明；平面詳圖不一致；平面系統不一致；標注不明；系統信息不明；平面系統不同層；標注疑問；圖形、標注信息不一致；圖紙不一致；尺寸不一致；建筑結構不一致；結構錯位等。

3.2 BIM+GIS技術應用

本項目在規劃階段通過無人機航拍建立項目地理信息模型，生成GIS模型(如圖5所示)，對青連鐵路站場專業設計提供地形依據。將GIS模型與BIM模型數據整合，對站場做整體施工場地規劃，對施工現場塔吊的布置方案提供了設置依據，使塔吊布置更加合理，極大地提高塔吊的工作效率與覆蓋范圍；輔助施工場地布置設計及施工方案的確立，使各專業加工區域、堆放區域布置更加合理與安全[13-15]。

圖5 青島西站站房BIM+GIS模型

3.3 機電深化設計(管線綜合)

青連鐵路站房BIM項目中，機電管線多，截面尺寸大，存在專業間的碰撞點多，以青島西站為例檢測碰撞2 340處，經理整理歸納后90余處；同時，后期運營單位及項目建設單位對走廊、房間等公共區域的凈高要求高，導致機電管線排布區域狹小，并且本項目要求工期短，極大地增加了施工難度與壓力。在機電管線調整前，首先根據BIM方案中機電管線優化工作流程，對各管線間存在的碰撞點進行檢測,并形成碰撞報告，發現大量碰撞點后，及時與設計方、施工方機電負責人及監理單位組織討論會開展技術討論，根據現場施工條件確定機電管線綜合排布原則[16]。根據管線綜合排布原則開展機電管線優化工作，通過整合各專業模型進行調整，在有限的空間內實現管線間的相對零碰撞，同時保證機電管線的功能性，保證設計凈高要求，再將機電優化成果對施工方相關作業人員及技術人員進行三維技術交底，同時利用BIM技術進行出圖輔助施工，降低返工率，節約物料，時間、人工等成本(如圖6所示)。

圖6 青島西站站房機電深化設計BIM模型部分示意

3.4 內裝效果漫游

青連鐵路站房工程作為大型鐵路綜合交通樞紐，站房規模大，復雜程度高，建成后人流量大，建設單位及各參建方對內裝的施工效果尤為關注。基于BIM技術，在確定精裝方案后，對現場即將采用的各項裝修材料現場采集其信息，包括材質、圖案及截面尺寸等，進行內裝模型的再次深化，整合各專業BIM模型。不僅能夠直接通過模型進行實時瀏覽，還可以導入漫游軟件中，對模型進行美觀可視化渲染，將精裝方案與效果對各參與方進行展示與比選，最終將精裝方案精益求精。同時，對站房進出站路徑，安全逃生路徑，辦公環境放置進行方案模擬，另建筑功能性得到最大程度利用。如圖7所示，為青連鐵路青島西站站房基于BIM內裝深化模型制作的進出站漫游動畫成果。

圖7 青島西站站房精裝修BIM模型效果漫游

3.5 基于BIM技術的項目進度管理

青連鐵路站房工程規模大、復雜程度高，工期尤為緊張，項目各參與方對工程進度的把控尤為重視。在總控時間節點要求下，以BIM方式表達、推敲、驗證進度計劃的合理性，尋找最優化的施工方案，充分準確顯示施工進度中各個時間點的計劃形象進度，以及對進度實際實施情況的追蹤表達，進行施工過程多視點的模擬動畫，為施工進度的管理提供依據。通過在BIM云平臺中通過BIM模型掛接施工組織信息形成4D虛擬施工過程(如圖8所示)，結合項目施工方在平臺中對項目實際進度信息、施工日志等施工信息進行錄入，與計劃進度進行對比，通過BIM模型可視化特性進行表達，達到對整個工程的施工進度、資源和質量進行統一管理和控制，從而縮短工期、降低成本、提高質量[17]。

圖8 青島西站站房云平臺4D虛擬建造過程

3.6 基于BIM技術的項目質量管理

青連鐵路站房工程在項目質量管理中，基于站房全專業BIM模型、BIM協同辦公平臺質量管理模塊及鐵路工程質量驗收規范，通過質量管理信息與BIM模型構件相關聯，實現在BIM協同辦公平臺中進行工程質量流程審批管理過程，提高項目信息化應用水平(如圖9所示)。

圖9 青島西站站房云平臺項目質量管理

通過青連鐵路站房BIM協同平臺應用移動端APP，在施工現場隨時隨地查看BIM模型及相關質量驗收規范，不必再帶圖紙和紙版規范去現場，現場質量人員除可查看本專業圖紙和模型外，利用模型可同時查看相關專業的模型，了解其他專業的設計要求，將現場的建筑物實體與BIM模型對比，直觀快速地發現現場質量問題(如圖10所示)。

圖10 青島西站站房云平臺APP端應用

3.7 基于BIM技術的項目安全管理

在青連鐵路站房工程建設過程中，通過在協調辦公平臺集成鐵路工程風險源安全管理系統，建立項目完善的安全管理風險源審批流程，與質量管理中的分部分項模塊進行掛接，提前對工程建設中容易產生質量安全問題的施工節點進行整理，結合BIM模型構件可視化、可模擬特性，形成并行處理、信息集成、風險提前規避、問題責任到人的工程安全管理系統(如圖11所示)。

圖11 青島西站站房云平臺項目安全管理

4 總結

在青連鐵路站房工程中通過應用BIM技術，發現各專業施工圖紙問題共記2 000余條，整理成數字化BIM報告提交設計單位，從施工前對問題進行優化，保證了施工圖紙質量，減少了施工過程中的變更，提高了施工效率，保證了項目工期，節約了項目成本。通過在BIM云平臺中對BIM模型、施工組織計劃及項目清單進行掛接形成了5D虛擬施工過程，在施工前對整個項目施工過程進行模擬，提前發現原施工組織計劃中不合理的地方在施工前進行優化，對項目成本進行可視化分析，對后期輔助材料進場、驗工計價提供依據，提高了項目施工效率。在青連鐵路青島西站站房工程中，通過5D虛擬建造，發現機電安裝、內裝施工組織存在不合理的問題，通過BIM咨詢單位組織建設單位、施工單位、監理單位進行施組優化討論會，對施工方案進行優化后模擬、推敲，最終優化工期30余天，為項目節約了成本，保證了項目建造工期。

房屋建筑工程是一項多專業的綜合性工程，新建站房更是具有體量大、技術新、管理水平要求較高的特點，以站房工程為例，各種專業接口錯綜復雜，工序交叉，和線路工程準確無誤的對接，更是工程施工中的一大難點，隨著我國鐵路建設的大規模推進，也帶來了越來越多的BIM應用需求。本項目BIM技術的運用，降低了返工概率，實現了施工階段各專業的高效協同管理，提高了施工質量和效率。未來，BIM技術在鐵路工程中的應用會越發深入和廣泛，將會為相關管理部門提供科學高效決策提供幫助，也必將為推進鐵路全專業的信息化、現代化進程作出重要貢獻。