基于BIM技術(shù)應(yīng)用的鐵路曲線換軌工程投標(biāo)優(yōu)勢(shì)

薛 澤

蘭州交通大學(xué) 甘肅 蘭州 730070

1 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信息化技術(shù)應(yīng)用到了工程領(lǐng)域，這些信息化技術(shù)極大地改變了施工現(xiàn)場(chǎng)的信息獲取能力、信息傳遞方式以及信息存儲(chǔ)加工等方面，應(yīng)用這些信息化技術(shù)可以很好的解決工程中所遇到的難以估計(jì)的復(fù)雜情況，更加有利于實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)代化、專業(yè)化管理，例如：在較短的工期內(nèi)完成和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、在過于復(fù)雜的施工環(huán)境下合理的安排施工的進(jìn)程、在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程中有效的安排施工工序等。

在這些信息化技術(shù)中BIM 技術(shù)師是近幾年興起并逐步推廣的一個(gè)重要的信息化手段，所謂BIM也就是我們通常意義上說的建筑信息模型，其主要是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為模型基礎(chǔ)，建立建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物信息，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)[1]。

2 BIM技術(shù)在鐵路大修工程中的優(yōu)勢(shì)

（1）精準(zhǔn)計(jì)算工程量。工程量是計(jì)算和編制施工造價(jià)預(yù)算的基礎(chǔ)，是工程初期階段對(duì)工程設(shè)計(jì)、工程造價(jià)影響十分大的一個(gè)工程數(shù)據(jù)，同時(shí)也是編制施工組織方案與編寫響應(yīng)文件的重要控制性因素，在原有的鐵路大修工程中，工程量的計(jì)算方法是由施工方委派一組經(jīng)驗(yàn)豐富的施工一線組織人員，作為施工工程量評(píng)估小組，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地的勘測(cè)從而評(píng)估出本次工程的工程量，以作為日后施工的工程評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，但是這種方法由于人工、設(shè)備等多種原因，往往會(huì)導(dǎo)致工程量評(píng)估誤差較大，對(duì)不可預(yù)見性因素的估計(jì)不足，很難對(duì)工程項(xiàng)目有一個(gè)明確、清楚的估計(jì)，導(dǎo)致在招投標(biāo)過程中的成本評(píng)估和造價(jià)計(jì)算發(fā)生偏差，影響公司在工程招投標(biāo)過程中的準(zhǔn)確判斷，同時(shí)出現(xiàn)偏差的工程量也會(huì)在一定程度上影響到施工組織方案的編寫，這樣的現(xiàn)象發(fā)生極大的影響到了施工方對(duì)工程項(xiàng)目的精準(zhǔn)化、專業(yè)化判斷。而利用BIM技術(shù)可以對(duì)工程量進(jìn)行精確的預(yù)估，軟件通過匹配工程圖紙，進(jìn)行三維模型繪制，以最直觀的方式對(duì)工程量進(jìn)行展現(xiàn)，通過軟件自帶的插件還可以精確的計(jì)算出各分項(xiàng)工程的工程量，以鐵路軌道更換為例，通過使用BIM建模可以很大程度上的精準(zhǔn)估計(jì)需要開挖的道砟量，同時(shí)對(duì)于鋼軌的平移距離估計(jì)也是十分準(zhǔn)確的，由于使用軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算，極大程度上避免了人為因素的影響，應(yīng)用這種方法不僅大大提高了工程量計(jì)算的效率，在準(zhǔn)確程度上也是遠(yuǎn)超人工計(jì)算方法的[2]。

（2）精確估計(jì)項(xiàng)目材料使用量。在鐵路軌道更換等大修工程中，由于需要使用大量的鋼軌、混凝土軌枕以及道砟，對(duì)于一整個(gè)子項(xiàng)目而言往往材料成本會(huì)在整個(gè)項(xiàng)目工程預(yù)算中占很大的比重，甚至有的同類項(xiàng)目工程中這個(gè)方面的比重可以達(dá)到整個(gè)項(xiàng)目的一半以上，所以如何更加清晰準(zhǔn)確的估計(jì)項(xiàng)目施工中的材料使用量，對(duì)于前期招投標(biāo)過程中的預(yù)算編制有著十分深遠(yuǎn)的意義的。通過使用BIM技術(shù)，可以更加快速的統(tǒng)算出在各個(gè)施工階段各項(xiàng)施工的材料理論用量，例如：在一個(gè)軌道更換項(xiàng)目中，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的建模，可以很好的估計(jì)出目前工程狀態(tài)下使用的鋼軌長(zhǎng)度，道砟的立方體積，以及混凝土軌枕的預(yù)設(shè)位置和使用量，這些數(shù)據(jù)在日后的預(yù)算編制過程中可以起到很好的指導(dǎo)性，在對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行分析后材料的使用量?jī)H需備足一定的施工損耗和不可抗力影響的冗余即可，所有材料的購(gòu)置與運(yùn)輸也可以嚴(yán)格按照限額編制，這樣做就可以更加精確的估計(jì)材料使用成本[3]。

（3）碰撞檢驗(yàn)及施工組織編制。因?yàn)殍F路軌道更換等大修項(xiàng)目不同于其他鐵路新建項(xiàng)目，所有大修項(xiàng)目均是在既有鐵路線上進(jìn)行改造更換施工，其工程環(huán)境極為復(fù)雜，相較于其他鐵路新建項(xiàng)目，在施工過程中更多的還需要考慮到施工前本就已經(jīng)栽設(shè)好的接觸網(wǎng)支柱、電氣化鐵路設(shè)備、行車信號(hào)標(biāo)志牌以及警沖標(biāo)等其他對(duì)施工由干擾的物品，以防止在施工流程編制過程中所編制的施工方案與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的情況出入過大，導(dǎo)致方案最終無法在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榧扔芯€路的施工均是在“要點(diǎn)”時(shí)間段中進(jìn)行的（要點(diǎn)：與前后方車站溝通并且進(jìn)行登記，施工時(shí)間設(shè)置區(qū)間閉鎖，確保這一時(shí)間段無列車通過，在繁忙干線或者進(jìn)出頻繁的車站附近施工，這個(gè)時(shí)間往往是十分短暫的），這樣臨時(shí)更換方案的情況一旦發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致的工程施工任務(wù)的嚴(yán)重脫節(jié)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙借F路正線列車的運(yùn)行，導(dǎo)致列車大面積延誤的情況發(fā)生，造成不可挽回的結(jié)果。利用BIM技術(shù)，我們可以在前期對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致的勘察，盡可能細(xì)致的對(duì)施工場(chǎng)景進(jìn)行三維建模，通過模擬施工的方式對(duì)施工過程中的工藝流程進(jìn)行模擬，檢查所更換的軌道配件、機(jī)具是否與既有干擾物品干涉，提前做到施工流程將細(xì)化管理，杜絕投標(biāo)階段編制的施工組織無法指導(dǎo)施工的情況發(fā)生[4]。

（4）動(dòng)態(tài)信息的處理。在工程的招投標(biāo)階段我們?cè)龅竭^招標(biāo)單位臨時(shí)發(fā)函聲明工程量變更、施工限制性條件變更等情況的發(fā)生，在原來的方法中，一旦工程量或者其他重要信息發(fā)生了變更，所有的施工組織、造價(jià)預(yù)算全部需要推到重來，這將會(huì)耗費(fèi)極大的人力和時(shí)間成本，有的時(shí)候?qū)τ谝粋€(gè)大型項(xiàng)目工程，可能導(dǎo)致公司大部分人進(jìn)行了加班但依舊，沒法按時(shí)提交響應(yīng)文件，而導(dǎo)致失去投標(biāo)資格。使用BIM技術(shù)就很好的解決了這一問題，通過動(dòng)態(tài)信息的處理，在工程量的限制性條件變更的第一時(shí)間對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整，可以很快速的完成對(duì)施工方案和造價(jià)預(yù)算的調(diào)整[5]。

3 案例分析

3.1 工程概況

河北XP第二發(fā)電有限責(zé)任公司位于河北省平山縣境內(nèi)，距石家莊市區(qū)37km，本項(xiàng)目為鐵路曲線地段更換鋼軌工程,西二公司電廠站至XP站區(qū)間部分曲線地段的鋼軌磨耗嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行更換。

工程內(nèi)容包含工程的測(cè)量、方案設(shè)計(jì)、廢舊部件拆除、新部件安裝（包含備件、主材、輔材、耗材、施工器械等所有相關(guān)材料設(shè)備）、驗(yàn)收及移交、廢棄部件的清運(yùn)處置、建筑垃圾清運(yùn)、相關(guān)手續(xù)跑辦、協(xié)調(diào)處理施工過程中遇到的各種問題、文明施工等全部工作。

表1 標(biāo)段位置明細(xì)表

由于本此招標(biāo)過程中HG-006標(biāo)段情況比較復(fù)雜，軌道曲率大、既有不可移動(dòng)干擾物較多、施工環(huán)境復(fù)雜，下文均以此標(biāo)段為例進(jìn)行分析。

3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用在本案例中的優(yōu)勢(shì)分析

由于該工程標(biāo)段的中標(biāo)時(shí)間為2019年6月，當(dāng)時(shí)正處于公司首次嘗試BIM技術(shù)的應(yīng)用，所以在前期招投標(biāo)過程中存在較多新、舊方式對(duì)比，更有利于對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)分析。

3.2.1 工程量計(jì)算中的優(yōu)勢(shì)

在本標(biāo)段投標(biāo)過程中，根據(jù)招標(biāo)文件提供的標(biāo)段位置信息首先估算本標(biāo)段總長(zhǎng)410m，主要工程是410m舊線路拆除工程、舊線路道砟清理、新線路鋪設(shè)、新道砟鋪設(shè)、開通去搗固。

在工程量計(jì)算初期由公司的技術(shù)人員與施工負(fù)責(zé)人到現(xiàn)場(chǎng)勘察，將工程所在地段的地理環(huán)境及施工條件進(jìn)行了詳細(xì)的記錄，首先運(yùn)用人工估算的方式進(jìn)行了預(yù)估，回到公司后又由專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，利用BIM技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及施工過程進(jìn)行了建模，并對(duì)預(yù)估工程量進(jìn)行了校核和調(diào)差，具體計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 工程量計(jì)算結(jié)果表

在人工預(yù)估過程中，對(duì)工程量的評(píng)估依舊是基于直線軌道更換施工方法，結(jié)合曲線施工特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，但是未能考慮到本次工程拆除的舊軌道為木枕，新?lián)Q的混凝土軌枕在曲線鋪設(shè)時(shí)有較大的差異；而在應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建模過程中，更加嚴(yán)格的按照曲線混凝土軌枕鋪設(shè)的施工要求進(jìn)行了施工安排和工程量計(jì)算，經(jīng)過實(shí)際工程當(dāng)中對(duì)實(shí)際工程量的校核，針對(duì)道砟的清方量、道砟的補(bǔ)充量，以及搗固數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比如表3所示。

表3 道砟計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

圖1 道砟計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出使用BIM技術(shù)所計(jì)算出的工程量與實(shí)際工程量更加相符，其偏差均在5%以內(nèi)，而人工估計(jì)的工程量偏差卻在15%左右。BIM技術(shù)的利用在招投標(biāo)階段很好的預(yù)估了精確的工程量，為招投標(biāo)階段的施工成本估計(jì)和預(yù)算編制做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)為接下來的施工組織方案編制提供了良好的基礎(chǔ)。

3.2.2 施工組織編制中的優(yōu)勢(shì)

在本標(biāo)段的施工中由于線路毗鄰正線，且是XP電廠煤炭運(yùn)輸?shù)奈ㄒ魂P(guān)鍵性樞紐標(biāo)段，施工只能占用當(dāng)日0點(diǎn)前后的4個(gè)小時(shí)，在施工方案的制定中，為了達(dá)到快速完成工程的目標(biāo)，選擇了提前將軌道與枕木組合，隨后將預(yù)先組裝好的曲線軌排平移至所在位置的方案，但是這就對(duì)施工過程中的平移干涉性提出了較高的要求。

圖2 項(xiàng)目部分干涉檢查圖

在應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)此標(biāo)段進(jìn)行建模過程中，更加清晰的展現(xiàn)了項(xiàng)目施工階段部分施工方法的局限性，因?yàn)樵谇€線路兩旁有多處警沖標(biāo)之和知識(shí)標(biāo)牌，可能會(huì)影響到施工的進(jìn)行，使用Revit建立場(chǎng)地環(huán)境模型后，使用了Navisworks中的Clash Detective功能進(jìn)行了防干涉檢查，由于在此軟件中只可以進(jìn)行靜態(tài)的工程狀態(tài)檢測(cè)，所有在所有平移工程路徑中共設(shè)置了40個(gè)狀態(tài)進(jìn)行防碰撞檢查，利用BIM模型防干涉功能進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，可規(guī)避的點(diǎn)以其中一段的施工圖紙為例進(jìn)行標(biāo)出。

表4 標(biāo)段施工時(shí)間對(duì)比表

圖3 標(biāo)段施工時(shí)間對(duì)比表（a）

圖3 標(biāo)段施工時(shí)間對(duì)比表（b）

根據(jù)上述圖表可看出使用了BIM技術(shù)有效的提高了施工的工程效率，很大程度上避免了超過天窗時(shí)間點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，在相同工程環(huán)境下縮減了施工時(shí)間約10%至15%左右。

4 結(jié)束語

在鐵路曲線換軌工程招投標(biāo)以及項(xiàng)目施工組織方案編制過程中，通過應(yīng)用BIM技術(shù)可以很好的精確估計(jì)工程量，并對(duì)工程中較為難以控制的施工要點(diǎn)進(jìn)行提前安排，尤其是涉及到工程中由干涉存在的情況，很大程度上提高了項(xiàng)目前期成本估計(jì)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也提高了公司的招投標(biāo)工作效率。