(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250000)

1 工程概況

青島至連云港高速鐵路正線長(zhǎng)194.39km，總投資238億元，其中山東境內(nèi)186.6km，江蘇境內(nèi)8km。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)雙線電氣化快速鐵路，是以城際客運(yùn)為主兼顧中長(zhǎng)途旅客運(yùn)輸、客貨并重的鐵路干線，沿途共設(shè)紅島、洋河口、青島西、董家口、兩城、奎山鎮(zhèn)(日照西)、嵐山西7個(gè)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(gè)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(duì)。青島西站站房工程主要包含土建、裝修、標(biāo)識(shí)、采暖通風(fēng)、室內(nèi)給排水、室外給排水、電力、FAS、BAS系統(tǒng)等專業(yè)，站房面積53 916m2。

2 BIM項(xiàng)目組織與應(yīng)用環(huán)境搭建

2.1 BIM的作用

本項(xiàng)目具有工期短、質(zhì)量要求高、參建單位多等特點(diǎn)，因此在項(xiàng)目全生命周期中引入BIM技術(shù)，建立BIM云協(xié)同管理平臺(tái)[1]。BIM在本項(xiàng)目中發(fā)揮的作用如下：在設(shè)計(jì)階段解決多方溝通、協(xié)調(diào)問題[2]，切實(shí)控制設(shè)計(jì)質(zhì)量，通過模擬項(xiàng)目的建設(shè)過程對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化，避免下階段的工程風(fēng)險(xiǎn)；在施工階段進(jìn)行多專業(yè)協(xié)調(diào)、多專業(yè)集成、多功能整合，在施工組織設(shè)計(jì)、重大施工方案動(dòng)態(tài)模擬、施工技術(shù)方案確定、新技術(shù)整合應(yīng)用、施工進(jìn)度模擬優(yōu)化、工程安全、質(zhì)量、文明施工管理、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、后臺(tái)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(xiàng)目施工精細(xì)化管理水平；通過BIM技術(shù)提高竣工交付的信息化能力，完成整個(gè)鐵路系統(tǒng)的BIM竣工模型，實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)工程資料信息電子化、空間可視化、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)化、設(shè)備構(gòu)件平臺(tái)化及現(xiàn)場(chǎng)管理信息集成化，為鐵路智慧化運(yùn)營(yíng)管理提供模型及信息基礎(chǔ)[3]。

2.2 實(shí)施方案

為了能有效地利用BIM技術(shù)，就必須在項(xiàng)目開始階段采用規(guī)范的BIM標(biāo)準(zhǔn)，使項(xiàng)目各參與方都能以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建立并應(yīng)用BIM模型，避免因個(gè)人或企業(yè)習(xí)慣不同帶來的理解誤差。BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：明確BIM實(shí)施組織架構(gòu)及職責(zé)、明確BIM應(yīng)用計(jì)劃、明確BIM模型建模專業(yè)及信息交換格式、明確項(xiàng)目各階段BIM應(yīng)用目標(biāo)及流程、進(jìn)行協(xié)同BIM平臺(tái)搭建[4]、制定BIM模型建立標(biāo)準(zhǔn)及竣工交付標(biāo)準(zhǔn)等[5]。

2.3 團(tuán)隊(duì)組織

BIM組織架構(gòu)的建立即BIM團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建，是項(xiàng)目目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的重要影響因素，是項(xiàng)目準(zhǔn)確高效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。故在鐵路工程項(xiàng)目實(shí)施階段前期應(yīng)根據(jù)BIM技術(shù)的特點(diǎn)結(jié)合鐵路工程項(xiàng)目本身特征組建項(xiàng)目級(jí)BIM團(tuán)隊(duì)，從而更好地實(shí)現(xiàn)BIM項(xiàng)目上傳下達(dá)和執(zhí)行[6-7]。青連鐵路站房項(xiàng)目BIM實(shí)施具體團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 青連鐵路站房BIM技術(shù)應(yīng)用組織架構(gòu)

2.4 軟硬件環(huán)境

BIM實(shí)施基礎(chǔ)設(shè)施指在BIM工作中所需要的各種生產(chǎn)要素，包括BIM實(shí)施環(huán)境、BIM硬件資源及BIM軟件平臺(tái)[8-10]。在本項(xiàng)目中，通過搭建BIM云協(xié)同管理平臺(tái)進(jìn)行各參與方協(xié)同辦公，云平臺(tái)搭建的硬件環(huán)境及軟件架構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 青島西站站房BIM技術(shù)應(yīng)用硬件環(huán)境

3 BIM應(yīng)用

3.1 BIM模型創(chuàng)建

青連鐵路站房BIM模型創(chuàng)建根據(jù)青連鐵路站房工程BIM模型標(biāo)準(zhǔn)，通過BIM建模軟件Autodesk Revit創(chuàng)建青連鐵路站房及雨棚工程項(xiàng)目的全專業(yè)模型。整個(gè)項(xiàng)目模型分為建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、幕墻、內(nèi)裝、線路等多個(gè)專業(yè)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(jù)圖紙對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行建模的過程中，BIM可輔助發(fā)現(xiàn)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(yù)施工的過程，相對(duì)于傳統(tǒng)的審圖，BIM的優(yōu)勢(shì)在于將多個(gè)專業(yè)模型整合在一起，各專業(yè)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(shù)應(yīng)用實(shí)施中，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行各專業(yè)建模及碰撞檢查后，發(fā)現(xiàn)了以下施工圖紙的問題：結(jié)構(gòu)機(jī)電類矛盾；結(jié)構(gòu)預(yù)留洞不明；平面詳圖不一致；平面系統(tǒng)不一致；標(biāo)注不明；系統(tǒng)信息不明；平面系統(tǒng)不同層；標(biāo)注疑問；圖形、標(biāo)注信息不一致；圖紙不一致；尺寸不一致；建筑結(jié)構(gòu)不一致；結(jié)構(gòu)錯(cuò)位等。

3.2 BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目在規(guī)劃階段通過無人機(jī)航拍建立項(xiàng)目地理信息模型，生成GIS模型(如圖5所示)，對(duì)青連鐵路站場(chǎng)專業(yè)設(shè)計(jì)提供地形依據(jù)。將GIS模型與BIM模型數(shù)據(jù)整合，對(duì)站場(chǎng)做整體施工場(chǎng)地規(guī)劃，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊的布置方案提供了設(shè)置依據(jù)，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(chǎng)地布置設(shè)計(jì)及施工方案的確立，使各專業(yè)加工區(qū)域、堆放區(qū)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(jī)電深化設(shè)計(jì)(管線綜合)

青連鐵路站房BIM項(xiàng)目中，機(jī)電管線多，截面尺寸大，存在專業(yè)間的碰撞點(diǎn)多，以青島西站為例檢測(cè)碰撞2 340處，經(jīng)理整理歸納后90余處；同時(shí)，后期運(yùn)營(yíng)單位及項(xiàng)目建設(shè)單位對(duì)走廊、房間等公共區(qū)域的凈高要求高，導(dǎo)致機(jī)電管線排布區(qū)域狹小，并且本項(xiàng)目要求工期短，極大地增加了施工難度與壓力。在機(jī)電管線調(diào)整前，首先根據(jù)BIM方案中機(jī)電管線優(yōu)化工作流程，對(duì)各管線間存在的碰撞點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),并形成碰撞報(bào)告，發(fā)現(xiàn)大量碰撞點(diǎn)后，及時(shí)與設(shè)計(jì)方、施工方機(jī)電負(fù)責(zé)人及監(jiān)理單位組織討論會(huì)開展技術(shù)討論，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件確定機(jī)電管線綜合排布原則[16]。根據(jù)管線綜合排布原則開展機(jī)電管線優(yōu)化工作，通過整合各專業(yè)模型進(jìn)行調(diào)整，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)管線間的相對(duì)零碰撞，同時(shí)保證機(jī)電管線的功能性，保證設(shè)計(jì)凈高要求，再將機(jī)電優(yōu)化成果對(duì)施工方相關(guān)作業(yè)人員及技術(shù)人員進(jìn)行三維技術(shù)交底，同時(shí)利用BIM技術(shù)進(jìn)行出圖輔助施工，降低返工率，節(jié)約物料，時(shí)間、人工等成本(如圖6所示)。

圖6 青島西站站房機(jī)電深化設(shè)計(jì)BIM模型部分示意

3.4 內(nèi)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(guī)模大，復(fù)雜程度高，建成后人流量大，建設(shè)單位及各參建方對(duì)內(nèi)裝的施工效果尤為關(guān)注?；贐IM技術(shù)，在確定精裝方案后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)即將采用的各項(xiàng)裝修材料現(xiàn)場(chǎng)采集其信息，包括材質(zhì)、圖案及截面尺寸等，進(jìn)行內(nèi)裝模型的再次深化，整合各專業(yè)BIM模型。不僅能夠直接通過模型進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽，還可以導(dǎo)入漫游軟件中，對(duì)模型進(jìn)行美觀可視化渲染，將精裝方案與效果對(duì)各參與方進(jìn)行展示與比選，最終將精裝方案精益求精。同時(shí)，對(duì)站房進(jìn)出站路徑，安全逃生路徑，辦公環(huán)境放置進(jìn)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(nèi)裝深化模型制作的進(jìn)出站漫游動(dòng)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(shù)的項(xiàng)目進(jìn)度管理

青連鐵路站房工程規(guī)模大、復(fù)雜程度高，工期尤為緊張，項(xiàng)目各參與方對(duì)工程進(jìn)度的把控尤為重視。在總控時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求下，以BIM方式表達(dá)、推敲、驗(yàn)證進(jìn)度計(jì)劃的合理性，尋找最優(yōu)化的施工方案，充分準(zhǔn)確顯示施工進(jìn)度中各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的計(jì)劃形象進(jìn)度，以及對(duì)進(jìn)度實(shí)際實(shí)施情況的追蹤表達(dá)，進(jìn)行施工過程多視點(diǎn)的模擬動(dòng)畫，為施工進(jìn)度的管理提供依據(jù)。通過在BIM云平臺(tái)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(jié)合項(xiàng)目施工方在平臺(tái)中對(duì)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度信息、施工日志等施工信息進(jìn)行錄入，與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，通過BIM模型可視化特性進(jìn)行表達(dá)，達(dá)到對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，從而縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量[17]。

圖8 青島西站站房云平臺(tái)4D虛擬建造過程

3.6 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目質(zhì)量管理

青連鐵路站房工程在項(xiàng)目質(zhì)量管理中，基于站房全專業(yè)BIM模型、BIM協(xié)同辦公平臺(tái)質(zhì)量管理模塊及鐵路工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，通過質(zhì)量管理信息與BIM模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在BIM協(xié)同辦公平臺(tái)中進(jìn)行工程質(zhì)量流程審批管理過程，提高項(xiàng)目信息化應(yīng)用水平(如圖9所示)。

圖9 青島西站站房云平臺(tái)項(xiàng)目質(zhì)量管理

通過青連鐵路站房BIM協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用移動(dòng)端APP，在施工現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)隨地查看BIM模型及相關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，不必再帶圖紙和紙版規(guī)范去現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量人員除可查看本專業(yè)圖紙和模型外，利用模型可同時(shí)查看相關(guān)專業(yè)的模型，了解其他專業(yè)的設(shè)計(jì)要求，將現(xiàn)場(chǎng)的建筑物實(shí)體與BIM模型對(duì)比，直觀快速地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問題(如圖10所示)。

圖10 青島西站站房云平臺(tái)APP端應(yīng)用

3.7 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目安全管理

在青連鐵路站房工程建設(shè)過程中，通過在協(xié)調(diào)辦公平臺(tái)集成鐵路工程風(fēng)險(xiǎn)源安全管理系統(tǒng)，建立項(xiàng)目完善的安全管理風(fēng)險(xiǎn)源審批流程，與質(zhì)量管理中的分部分項(xiàng)模塊進(jìn)行掛接，提前對(duì)工程建設(shè)中容易產(chǎn)生質(zhì)量安全問題的施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整理，結(jié)合BIM模型構(gòu)件可視化、可模擬特性，形成并行處理、信息集成、風(fēng)險(xiǎn)提前規(guī)避、問題責(zé)任到人的工程安全管理系統(tǒng)(如圖11所示)。

圖11 青島西站站房云平臺(tái)項(xiàng)目安全管理

4 總結(jié)

在青連鐵路站房工程中通過應(yīng)用BIM技術(shù)，發(fā)現(xiàn)各專業(yè)施工圖紙問題共記2 000余條，整理成數(shù)字化BIM報(bào)告提交設(shè)計(jì)單位，從施工前對(duì)問題進(jìn)行優(yōu)化，保證了施工圖紙質(zhì)量，減少了施工過程中的變更，提高了施工效率，保證了項(xiàng)目工期，節(jié)約了項(xiàng)目成本。通過在BIM云平臺(tái)中對(duì)BIM模型、施工組織計(jì)劃及項(xiàng)目清單進(jìn)行掛接形成了5D虛擬施工過程，在施工前對(duì)整個(gè)項(xiàng)目施工過程進(jìn)行模擬，提前發(fā)現(xiàn)原施工組織計(jì)劃中不合理的地方在施工前進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行可視化分析，對(duì)后期輔助材料進(jìn)場(chǎng)、驗(yàn)工計(jì)價(jià)提供依據(jù)，提高了項(xiàng)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(fā)現(xiàn)機(jī)電安裝、內(nèi)裝施工組織存在不合理的問題，通過BIM咨詢單位組織建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位進(jìn)行施組優(yōu)化討論會(huì)，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化后模擬、推敲，最終優(yōu)化工期30余天，為項(xiàng)目節(jié)約了成本，保證了項(xiàng)目建造工期。

房屋建筑工程是一項(xiàng)多專業(yè)的綜合性工程，新建站房更是具有體量大、技術(shù)新、管理水平要求較高的特點(diǎn)，以站房工程為例，各種專業(yè)接口錯(cuò)綜復(fù)雜，工序交叉，和線路工程準(zhǔn)確無誤的對(duì)接，更是工程施工中的一大難點(diǎn)，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的大規(guī)模推進(jìn)，也帶來了越來越多的BIM應(yīng)用需求。本項(xiàng)目BIM技術(shù)的運(yùn)用，降低了返工概率，實(shí)現(xiàn)了施工階段各專業(yè)的高效協(xié)同管理，提高了施工質(zhì)量和效率。未來，BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用會(huì)越發(fā)深入和廣泛，將會(huì)為相關(guān)管理部門提供科學(xué)高效決策提供幫助，也必將為推進(jìn)鐵路全專業(yè)的信息化、現(xiàn)代化進(jìn)程作出重要貢獻(xiàn)。