BIM技術在牡丹江動車所建設工程中的應用

李 濤（中鐵城建集團第三工程有限公司，天津 300450）

牡丹江動車所建設工程（圖1）為牡丹江至佳木斯鐵路工程的標段之一，總建筑面積39488m2，包含牡丹江西動車運用所、牡丹江樞紐、12棟生產和生活房屋、2棟相關配套工程，建成后對于我國東北地區高速鐵路網的完善具有重要意義，實現了黑龍江省高鐵網的互聯互通。

圖1 動車所鳥瞰圖

1 施工難點

1.1 不良地質條件

本工程地質包含松軟土、凍脹土及膨脹巖土，工程性質極差，不可預見因素較多。

1.2 工期緊，任務重

本工程工期僅2年時間，且地點位于東北寒冷地區，有效工期較短，工程任務重，涵蓋了房建、鋼結構、給排水、電氣、設備基礎、管溝等專業，不同部位、不同工種、不同專業交叉作業，造成施工組織管理難度大、協調量大。

1.3 空間造型復雜

本工程檢查庫及整備庫結構形式為單層雙跨門式剛架輕型鋼結構，建筑結構跨度較大；鋼結構工程的吊裝與高空焊接施工等，屬于高空作業，具有一定的風險性，鋼構加工制作、運輸及安裝過程中管理難度大。

2 BIM技術工作規劃及目標

動車所工程相對于普通住宅項目，各專業穿插量較大，復雜程度較大，隨著施工進度的進展，信息量也逐漸增加。面對大量的施工信息量，傳統的施工技術管理已不能有效的控制，通過運用BIM技術輔助施工，以BIM技術管理平臺為基礎，控制施工大數據，以工程安全、質量管理為核心，實現工程動態化管理。

本工程建設前期，成立BIM實施小組，以項目經理作為BIM小組第一負責人，由BIM技術負責人、現場生產經理、BIM土建鋼筋工程師、BIM鋼結構工程師、BIM安裝工程師組成，明確BIM小組成員職責，工程各階段具體BIM實施目標及內容。在施工過程中全面開展BIM技術應用工作，在深化設計、施工模擬、進度計劃等方面充分利用BIM可視化、協調、模擬、優化、出圖的優勢，并將合同信息、進度信息集成于BIM管理平臺，將BIM技術應用于建筑設計、施工、運維的全階段周期。

根據本工程的特點及動車所鐵路建設信息化管理的要求，以BIM管理應用平臺為基礎，逐步實現以下三階段目標：

（1）項目策劃階段：確定項目BIM實施目標，制定策劃階段的應用及BIM應用點方案。

（2）項目實施階段：基于模型的圖紙審核，動車所專項優化，管線優化出圖，工藝模擬、工程量統計快速輔助成本管理。

（3）項目竣工階段：竣工模型交付于甲方，提供建造工程中的相關信息。

3 模型創建與圖紙審核

根據本工程的地形及工程特點、施工組織設計、動車所節點工期等的要求，為保證模型的準確性及完整性，將建筑、結構、安裝等專業分開建模。依據項目特點及體量，分級對待，找到適合的BIM模型精度；根據局部節點的復雜性和精細要求，增加了鋼筋模型、鋼柱連接處的細部模型、鋼結構屋面、施工縫的細部做法、安裝管道模型局部細節等，為日后鋼筋下料、施工、機電安裝及綜合管線的優化等提供了最有力的保障。

模型創建的過程就是審核、認識及發現圖紙問題的過程。相對于傳統施工圖紙審核的缺陷性，基于BIM的圖紙審核在空間立體上更加突出，對圖紙審查的效率也大大提高。在三維模型中進行的，通過BIM軟件進行碰撞檢查，可以很直觀地找出圖紙不合理的地方，各工程構件之間的空間關聯關系；通過軟件的漫游審查功能，以第三人視角可對模型內部的構件碰撞、凈高及管道預留洞口等問題進行查看，在施工前期通過BIM技術平臺，各個專業通過軟件協同工作，實現各個專業的有機合作及圖紙問題交集匯總，并與設計院商討，避免了后期返工和資源浪費，提高了圖紙質量。

4 專業深化設計

本工程各專業極其復雜，包含站場、給排水、電力、接觸網、房建（建筑、結構）等十個專業。項目設備管線眾多，安裝復雜，建筑結構需預留預埋位置眾多，如何保質保量地完成機電管線安裝工作是本工程的重點難點。

相對于傳統施工做法的局限性，BIM小組作為中心樞紐，恰好可以解決各專業相互交叉、相互制約的問題。通過BIM軟件進行各專業模型的碰撞檢查，并充分與各方溝通，不但能夠徹底消除軟、硬碰撞，優化工程設計，減少在施工階段可能存在的錯誤和返工，且可優化凈高，為管線綜合優化提供方案。在施工各方手續復雜，程序和設計變更短時間內難以實現的情況下，運用此技術，可防止施工過程造成的浪費，節約工期的同時減少成本。

本工程通過對碰撞檢查結果逐一確認，共發現有效碰撞322處，且針對這322處碰撞進行分區域歸納總結為59項。經過牡丹江動車所BIM設計團隊與施工圖設計團隊兩輪對接，針對所有碰撞問題，給出了明確的調整意見或說明，形成了《室外綜合管線碰撞優化報告》。

管線綜合優化后，總體效果既能滿足設計要求與驗收規范，又能考慮交叉施工的合理性以及維修方便，確定管線在有限空間內的最合理布置位置和標高，避免交叉作業出現返工；提高項目部與各方的溝通效率（包括與甲方進行設計優化方案的確認及對施工作業班組的技術交底）。其中圖2（a)為消防井與站場排水槽沖突，圖2（b）為優化后的調整方案，經過甲方和設計院認可后，利用系統導出平面圖和剖面圖指導現場施工，并且以三維的方式對現場施工班組進行交底。圖2（c）為接觸網基礎、拉線基礎與站場排水槽沖突，圖2（d）為優化后的效果，通過BIM軟件對沖突的部位進行調整，保證各專業的正常運作。

圖2 設計方案優化前后對比

5 施工模擬

傳統施工技術交底多以二維平面圖紙和文檔為主，存在著交底內容不夠直觀、交底內容理解有偏差、復雜的結構難以精確表達等問題。本項目車輛所的檢查庫及整備庫管線綜合比較復雜，利用BIM 技術的特性，對場地規劃、進度模擬、鋼結構吊裝及安裝的三維施工模擬進行制作，向施工人員進行三維技術交底。將建造施工順序、施工工藝等信息附加在BIM模型之上，對動車所鋼構件、際洲板吊裝等施工過程的可視化模擬，進行多方案分析和優化，實現最終施工方案的準確性及可視化交底。

通過三維可視化技術交底，施工班組能很快理解設計意圖和施工方案，保證了工序的正常運轉和安裝質量的規范化，滿足現場一次拼裝和吊裝成功率的同時保證了施工目標的順利實現，也提高了工作效率。

5.1 場地規劃

傳統的場地規劃，由于缺少直觀的表達形式，無法反映真實場景的多處問題。動車所作為車輛進出的密集地，在整體項目的規劃階段，需考慮場地的功能、流線等多種條件，場地布置、車輛運行及動車組的安全運營是運營方考慮的重中之重。在軌道的鋪設設計中，運用BIM技術對車輛流線分析，避免軌道車輛出現交錯等問題。利用BIM的三維可視化，通過BIM軟件在模型中搭建場地設計模型，確定建筑物的空間方位和外觀，建立建筑物與周邊配套設施模型，分析其交互關系。

5.2 進度模擬

以前項目進度管理是通過橫道圖、網絡計劃圖等，結合現場實際進度計算工程量，結合成本管理部門，分析成本、進度的狀況，需要項目管理人員花費較多的時間整理、分析、對比基礎資料，而且不直觀?；谝訠IM技術為核心施工管理平臺，創建信息化管理，通過電子施工日志記錄現場施工情況，并將工程進度信息與模型掛接，實現工程進度可視化及施工可控化。通過BIM軟件導入BIM模型和進度計劃表，使模型構件與工期任務點對應關聯，在虛擬仿真環境中進行動態模型的虛擬建造。進度計劃中輸入BIM模型，并與相應構件的BIM信息相關聯，即可形成一個BIM三維模型與成本、進度相聯動的五維模型。進度分析時，項目管理人員只需輸入實際進度，BIM進度管理軟件即可沿時間軸自動演示項目實際進度與計劃進度的對比情況及實際成本與計劃成本累計曲線的對比情況。

此項技術的運用，即可保證施工現場管理和施工進度能夠在時間與空間上步調一致，也能輔助項目技術管理人員合理安排施工進度與施工場地材料布置等，達到事半功倍的成效。在滿足施工工期的要求下對人、機、料、法、環五方面的各種資源展開優化分配，保證資源能夠得到充分的利用，提高生產產值。

5.3 3D作業指導書

結合現場實際情況和專項施工方案，與各方進行商討，利用三維動畫軟件進行3D作業指導書制作，制作詳細的施工工藝流程及注意要點。同時以二維碼形式展示3D作業指導書的內容，根據不同位置貼放不同的二維碼，施工人員可以掃描二維碼來查看3D作業指導書指導施工。

對動車所大型鋼結構吊裝及安裝方案中的工裝、設備進行建模，并將已建好的BIM模型導入三維動畫軟件中，進行高質量仿真的直觀的方案演示動畫，對復雜工序、工藝模擬的細節進行展示。直觀的方案演示動畫，不僅有利于在設計及專項施工方案交底，也可以提高專項施工方案評審的通過率，從而降低了由于工藝不清楚而造成重大安全問題和工程質量問題，利于項目工程降低施工成本，減輕技術管理人員及施作人員的壓力。

6 工程量統計

模型的建立的同時也是工程量累計，根據CAD圖紙所包含的數據、名稱等可分門別類地進行統計，方便工程技術人員提取工程量。相較于傳統的模式，在現場管理、物資采購、成本核算等方面的工作效率能顯著提高。

利用BIM模型準確計算各施工段的物資需求量，以便項目提報各施工階段物資需求計劃。通過BIM模型，可快速精確統計每個施工段及每個構件的工程量，進而在施工過程中可以做到點對點的材料運輸，材料一次性到位，減少二次搬運，減少因計算錯誤所產生的材料浪費，降低施工成本。項目管理人員通過BIM平臺可直接提取相應施工段的工程量，能更直觀有效地幫助現場技術人員解決工程量難計取的問題，也方便設計人員對成本和人員的核算。

7 施工資料信息化管理

基于動車所BIM建設管理平臺，實現對施工各階段資料與BIM模型的相對接，方便各方技術管理人員及時查看和管理資料，能快速地了解工程全方面的建設進展，也可上傳各類技術、影像、圖紙等資料，分類管理且關聯相關模型，設置查看權限，實現電子資料信息一體化，避免了因長時間累積而造成工程資料的遺漏，提升動車所工程的工程建設施工管理和信息共享能力。

8 結語

在中大型工程或較復雜的工程應用BIM技術，可大幅度提高施工管理的效率，減少了不可預見的風險，同時節約了資源。追求建筑信息時代的腳步，切實符合項目自身特點，從深化設計、施工模擬、工程量統計等成效高的應用點重點深入，探索BIM在施工領域的切實可行的內容及發展方向，是產生低成本、高標準、高效率工程的途徑之一。BIM的價值遠不止于此，需要各方各專業共同努力，完善涉及環節，推動BIM技術在建筑領域持續發展，才能緊隨當代信息時代的發展軌跡。