■ 王永義 李延 劉偉

BIM協(xié)同平臺在鐵路工程建造階段的應(yīng)用研究

■ 王永義 李延 劉偉

以鐵路工程建造階段BIM應(yīng)用需求為切入點，闡述BIM協(xié)同平臺承載可視化交底、施工方案模擬、施工組織設(shè)計和流程管理等實際應(yīng)用價值。BIM協(xié)同平臺的設(shè)計主要采用C/S架構(gòu)，根據(jù)參與方不同設(shè)置登錄權(quán)限，基于系統(tǒng)集成化和信息協(xié)同的理念，BIM協(xié)同平臺共分為8大模塊，實現(xiàn)了基于BIM的多參與方協(xié)同工作。

BIM；協(xié)同平臺；系統(tǒng)集成；C/S架構(gòu)；可視化交底

隨著鐵路BIM技術(shù)的深入推進(jìn)，單純建立BIM模型已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程建造的實際需求。BIM技術(shù)最初在建筑領(lǐng)域得以大力推廣，主要原因是其較好地解決了機電安裝工程各專業(yè)的碰撞問題，但這一價值點在鐵路工程建造階段應(yīng)用并不廣泛，因為鐵路橋梁、隧道、路基等工程對碰撞檢測價值點需求較低。這就意味著鐵路工程BIM技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)急需一個較好的突破口，而BIM協(xié)同平臺的應(yīng)用逐步走入了人們的視野。

1 協(xié)同平臺承載的BIM應(yīng)用價值

1.1 優(yōu)化二維設(shè)計，查缺補漏

與傳統(tǒng)二維設(shè)計相比，BIM設(shè)計信息在不同工程階段及不同專業(yè)間傳遞沒有損失，傳遞效果更佳。據(jù)2007年美國一個統(tǒng)計資料顯示，數(shù)據(jù)互用性不足使建設(shè)項目平均增加3.1%的成本和3.3%的工期延誤。設(shè)計協(xié)同使對圖和后期修改工作量大減，設(shè)計工作重心前移，突出方案比選和技術(shù)優(yōu)化，一旦模型關(guān)聯(lián)關(guān)系確定，修改便利，一處修改，處處更新。計算與繪圖相融合。多方、多專業(yè)在同一平臺上工作，實現(xiàn)了高效協(xié)同與統(tǒng)一。項目成果既可以以二維形式輸出表達(dá)，也可以以三維信息模型方式交付。

如果設(shè)計成果以二維圖紙成果交付，通過BIM軟件將二維圖紙三維化后，一些空間碰撞可以直觀反映出來，查漏補缺，及時對設(shè)計考慮不周之處進(jìn)行優(yōu)化，避免施工時影響進(jìn)度和質(zhì)量。1.2 施工過程中的可視化交底

利用BIM技術(shù)，BIM協(xié)同平臺將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維模型在平臺客戶端顯示出來，并進(jìn)行交互處理。平臺可視化技術(shù)在鐵路行業(yè)的作用非常大，如傳統(tǒng)施工藍(lán)圖，只是將構(gòu)筑物信息在圖紙上以二維方式表達(dá)，但真正便于人們理解的三維實體只能通過腦海中將二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維實體，這個過程就可能存在理解偏差，最終導(dǎo)致建造出來的樣子偏離設(shè)計意圖。尤其對于一些體量大、造型奇特、施工方案復(fù)雜的工程，這種偏差造成的損失往往是巨大的。BIM平臺不僅吸取了BIM技術(shù)的三維化特點優(yōu)勢，而且通過時間軸驅(qū)動，將各類資源和模型實時互動，隨時直觀查詢和交底施工過程中的各類信息數(shù)據(jù)。

1.3 重大施工方案虛擬建造

通過BIM三維信息模型，可以事先進(jìn)行過程模擬演示?？扇?、局部、單個節(jié)點，可反復(fù)推敲設(shè)計施工方案，可多方案比較，選擇最優(yōu)方案，達(dá)到最佳效果，避

免失誤，防范風(fēng)險。模擬過程使參與各方溝通更容易，使建設(shè)各方更直接使用信息模型，技術(shù)交底更便利，放樣更簡便，決策周期更短、更科學(xué)。

1.4 施工組織模擬

傳統(tǒng)建造過程中，進(jìn)度、資源與設(shè)計不是自動關(guān)聯(lián)，而運用BIM技術(shù)，可將進(jìn)度加入到BIM模型中，形成4D技術(shù)，再加入資源形成5D技術(shù)?？蓪崟r關(guān)注項目進(jìn)度和成本情況，可實施最大化的精細(xì)管理與施工組織，使信息化和標(biāo)準(zhǔn)化更好結(jié)合。未來5D技術(shù)力圖實現(xiàn)四大目標(biāo)：節(jié)省5%～15%的建造成本；縮短5%～15%的項目工期；提高20%～30%的項目質(zhì)量；降低項目決策風(fēng)險，提高投資效益。

1.5 流程管理

通過建立建筑信息模型，實施項目的數(shù)字化安全管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理與經(jīng)濟管理。技術(shù)方面包含深化設(shè)計、進(jìn)度管理、工作面管理、圖紙管理、場地管理、管線和構(gòu)件碰撞檢查及運營維護(hù)等；經(jīng)濟方面包含工程量計算、預(yù)算管理、合同管理、成本管理和勞務(wù)管理等。

2 BIM協(xié)同平臺的信息處理

在鐵路工程建造階段，BIM技術(shù)可優(yōu)化管理效率和管理流程，增強項目風(fēng)險控制能力，實現(xiàn)精細(xì)化管理，而BIM協(xié)同平臺就是實現(xiàn)以上價值點的實際載體，平臺的信息處理能力高低直接影響B(tài)IM價值發(fā)揮的好壞。

2.1 平臺數(shù)據(jù)信息處理架構(gòu)

由于鐵路工程BIM模型數(shù)據(jù)量較大，為保證平臺流暢運行，系統(tǒng)采用C/ S結(jié)構(gòu)，用戶通過客戶端實時訪問BIM協(xié)同平臺數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)的分析和處理通過服務(wù)端實現(xiàn)，客戶端（主要為PC端和移動端）和服務(wù)端通過網(wǎng)絡(luò)的連接實時交互數(shù)據(jù)。信息處理架構(gòu)見圖1。

2.2 平臺數(shù)據(jù)的來源和輸出

圖1 信息處理架構(gòu)

鐵路工程建造階段的數(shù)據(jù)量非常大，數(shù)據(jù)格式非常多而復(fù)雜，有很多現(xiàn)實困難。目前的困難是沒有找準(zhǔn)切入口，也就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，不解決基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源問題，后面的業(yè)務(wù)報表、統(tǒng)計分析都是無源之水。BIM協(xié)同平臺很好地解決了工程項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集問題，為工程項目信息化提供了很好的切入口和底層數(shù)據(jù)庫。

（1）平臺數(shù)據(jù)的來源。傳統(tǒng)信息化平臺（如ERP系統(tǒng)），施工現(xiàn)場操作人員往往只是按照上級的要求錄入一些數(shù)據(jù)，增加了額外工作量，且無法直接從這些工作中受益。BIM協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)來源主要為兩條線：一條是計劃線，將項目的日計劃、周計劃、月計劃、季度計劃和年計劃等導(dǎo)入平臺，自動和BIM模型進(jìn)行匹配；另一條是電子施工日志，主要分為技術(shù)日志、安全日志和質(zhì)量日志。施工技術(shù)日志可對施工技術(shù)信息進(jìn)行添加、修改、刪除操作，包括技術(shù)情況、機械情況、施工內(nèi)容、材料情況和人員情況的添加、修改、刪除操作；施工安全日志可對施工安全信息進(jìn)行添加、修改、刪除操作，包括施工安全日志編號、施工安全管理檢查、施工作業(yè)安全檢查、危險源識別及控制的添加、修改、刪除操作；施工質(zhì)量日志可對施工質(zhì)量信息進(jìn)行添加、修改、刪除操作，包括工種持證上崗情況、設(shè)備符合要求情況、原材料送檢情況、其他項目、檢驗批檢測項、自檢存在問題及整改情況、上級部門檢查問題和質(zhì)量事故的添加、修改、刪除操作。

（2）平臺數(shù)據(jù)的輸出。錄入BIM協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析、處理后，

利用網(wǎng)絡(luò)計劃法、S曲線法、香蕉曲線法等形成圖表，便于人們對當(dāng)前項目的進(jìn)度、安全、質(zhì)量等方面進(jìn)行直觀理解和判斷。由于鐵路項目大多為野外作業(yè)，施工環(huán)境惡劣，信息化軟、硬件條件較差，現(xiàn)場環(huán)境變化頻繁，故BIM協(xié)同平臺在PC端數(shù)據(jù)輸出的基礎(chǔ)上，還應(yīng)加強移動端查詢BIM協(xié)同平臺數(shù)據(jù)的能力，移動端BIM應(yīng)用是施工現(xiàn)場的實際需要，更有利于發(fā)揮BIM在溝通、數(shù)據(jù)查詢方面的價值。

3 應(yīng)用案例分析

以寶蘭客專石鼓山隧道為例進(jìn)行案例分析。

（1）臨建模型及工程量。完成了石鼓山隧道2#攪拌站、四工區(qū)駐地的臨建模型（見圖2、圖3），并根據(jù)所建立的模型進(jìn)行了工程量統(tǒng)計。

（2）BIM模型在Skyline平臺展示（見圖4）。

（3）整合BIM模型與地質(zhì)模型（見圖5）。

（4）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)整合。首先通過中建交通寶蘭客?！妒┕けO(jiān)測信息系統(tǒng)》把施工過程中監(jiān)控量測數(shù)據(jù)生成報告，然后把生成的監(jiān)控量報告載入相應(yīng)斷面的隧道三維模型中，通過點擊隧道三維模型中的測量斷面達(dá)到調(diào)出監(jiān)控量報告的目的（見圖6）。

（5）超前地質(zhì)預(yù)報數(shù)據(jù)整合。超前地質(zhì)預(yù)報報告載入相應(yīng)斷面的隧道三維模型中，通過點擊隧道三維模型中的斷面達(dá)到調(diào)出超前地質(zhì)預(yù)報報告的目的（見圖7）。

（6）檢驗批資料載入隧道三維模型。為了便于施工資料管理和控制，在施工過程中把檢驗批載入到隧道BIM模型中（見圖8）。

（7）施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控。為了實現(xiàn)石鼓山隧道施工的安全管理，安裝了隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)（見圖9），通過通信光纜把監(jiān)控信號時時傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。

圖2 2#攪拌站臨建模型

圖5 BIM模型與地質(zhì)模型初步整合

圖6 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)載入BIM模型

圖7 超前地質(zhì)預(yù)報載入BIM模型

圖8 檢驗批資料載入BIM模型

圖9 隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（8）三維施工模擬及交底。對設(shè)計模型轉(zhuǎn)換為施工模型，并對施工過程進(jìn)行三維動態(tài)模擬，以便能更有效地進(jìn)行三維交底（見圖10）。

（9）施工工序轉(zhuǎn)換的施工模擬。對三臺階臨時仰拱法轉(zhuǎn)換為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工序進(jìn)行了模擬（見圖11）。

在以上應(yīng)用的基礎(chǔ)上，項目集成各項研究成果（如將GIS模型、BIM模型和地質(zhì)模型有效集成和關(guān)聯(lián)），將可視化交底、進(jìn)度管理、監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報、視頻監(jiān)控等有機結(jié)合，定制開發(fā)了BIM協(xié)同平臺（見圖12）。

隧道BIM協(xié)同平臺的應(yīng)用，一方面給項目參與各方提供了三維直觀的交流平臺，提高了管理效率；另一方面可以使項目管理工作重心更偏向管理，將一些機械的技術(shù)工作交給計算機完成，從而將更多精力放在管理上。如在進(jìn)度控制環(huán)節(jié)，項目管理人員將著重分析進(jìn)度偏差形成的原因、應(yīng)采取的措施和如何預(yù)防進(jìn)度偏差，而不會將大量時間用于編制進(jìn)度計劃和調(diào)整計劃；在成本管理環(huán)節(jié)，項目管理人員將著重對隧道經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行分析，而不再將一半以上的時間用于工程量計算和統(tǒng)計上。

圖10 三臺階臨時橫撐法施工模擬及交底

圖11 三臺階臨時仰拱法轉(zhuǎn)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工模擬

圖12 BIM協(xié)同平臺界面

4 結(jié)束語

BIM是鐵路工程數(shù)字建造歷史上的一個革新。BIM協(xié)同平臺實現(xiàn)了基于BIM的多參與方協(xié)同工作，平臺的推廣是鐵路工程BIM技術(shù)由建模為主向應(yīng)用為主轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志，也是BIM技術(shù)切實提高鐵路工程建造階段管理信息化水平和工作效率的切入點。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要[J].中國勘察設(shè)計，2011(6)：52-57.

[2] 張建平，曹銘.基于IFC標(biāo)準(zhǔn)和工程信息模型的建筑施工4D管理系統(tǒng)[J].工程力學(xué)，2005，22(增刊)：220-227.

王永義：中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，總工程師，北京，100142

李 延：西蘭鐵路客運專線陜西有限責(zé)任公司，工程師，陜西 西安，710043

劉 偉：中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，工程師，北京，100142

責(zé)任編輯高紅義

U25；TP319

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1672-061X（2014）05-0023-04