張揚

（滬昆鐵路客運專線浙江有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310008）

杭州南站地處杭州市南部，是集國鐵、地鐵和城市公共汽車交通、出租車以及社會車輛等多樣化交通方式為一體的現(xiàn)代化綜合性客運交通樞紐中心（見圖1）。該站為杭長、杭甬、杭黃高鐵的主要節(jié)點站，杭長、杭甬、杭黃高鐵及滬昆、蕭甬鐵路均經(jīng)過該站。BIM技術(shù)在杭州南站站房建設(shè)全過程的深度應(yīng)用被列為原中國鐵路總公司工管中心組織的全路16個BIM試點項目之一。在杭州南站站房建設(shè)過程中，堅持以安全質(zhì)量為核心，以標(biāo)準(zhǔn)化管理為抓手，以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)，積極探索BIM技術(shù)在建設(shè)全過程的深度應(yīng)用，提升了建設(shè)管理水平，實現(xiàn)了建設(shè)“精品工程”的目標(biāo)。

1 工程規(guī)模及結(jié)構(gòu)概況

新建杭州南站站房為線側(cè)式+高架候車方案，旅客流線為上進下出。站房總建筑面積46 973 m2（不含市政及地鐵工程），站臺雨棚31 950 m2。高架候車廳兩側(cè)利用管廊上空預(yù)留商業(yè)夾層面積4 904 m2。東、西站房面寬均為109 m，建筑高度為27 m。高架候車廳面寬84 m，進深192 m。全站共7臺21線。站房結(jié)構(gòu)形式為混合結(jié)構(gòu)，高架層（9 m）下部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部為鋼結(jié)構(gòu)。高架候車廳下部采用預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部采用格構(gòu)柱鋼桁架結(jié)構(gòu)，主體屋面采用桁架結(jié)構(gòu)鋁鎂錳板屋面。杭州南站站房結(jié)構(gòu)剖面示意見圖2。

圖1 杭州南站地理位置示意圖

2 BIM技術(shù)深度應(yīng)用的必要性

2.1 站房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工與拼裝精度要求高

杭州南站站房設(shè)計采用結(jié)構(gòu)通透的建筑手法，追求結(jié)構(gòu)及建筑的寫實風(fēng)格，構(gòu)思獨特，特別是鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計（見圖3），突出體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)美學(xué)與建筑美學(xué)相結(jié)合的和諧、美觀的獨特創(chuàng)意設(shè)計思想。該設(shè)計方案的實施，從鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工、拼裝到表面美化，不但需要精益求精、專注細節(jié)，更需要具有全過程的高精度施作保障。采用BIM技術(shù)，可有效達到指導(dǎo)和事先管控的目的，從而實現(xiàn)建造精品工程的目標(biāo)[1-3]。

2.2 鋼屋蓋和灰空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大

杭州南站站房高架層上部鋼結(jié)構(gòu)的工程量大，也最為復(fù)雜。為確保高架站房下部高鐵、普鐵的運營安全，高架候車層底板及下部混凝土結(jié)構(gòu)完成后，桁架結(jié)構(gòu)的鋼屋蓋必須采用分節(jié)拼裝逐節(jié)滑移工法施工，施工難度大、就位精度高。鋼屋蓋節(jié)段滑移與24根“十”字鋼柱及其柱頭的連接若不采取精密測量和空間計算，難以保證施工精度。而且，進站灰空間（見圖4）施工時下面正線均已開通，鋼構(gòu)件施工中必須確保一次拼裝焊接成功，因此安全管控、桿件加工及拼裝精度要求高、施工難度大。采用BIM技術(shù)，可對鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的桿件加工、拼裝、就位的施工進行精細化管理和可視化預(yù)想，確保施作中質(zhì)量安全得到有效把控。

圖2 杭州南站站房結(jié)構(gòu)剖面示意圖

2.3 站房施組復(fù)雜，工期管理壓力大

杭州南站主站房規(guī)模中等，但在僅為84 m×192 m的狹小空間中，站房結(jié)構(gòu)及雨棚施工卻涉及杭甬、杭長、滬昆、越江4個車場7條運營正線。為保障運營安全，地下基坑開挖和上下混凝土結(jié)構(gòu)施工需分為5個部分交替進行，雨棚施工也只能隨基坑開挖同步實施，相應(yīng)的線路轉(zhuǎn)場過渡方案需先期完成。工期控制及施工組織難度極大，最短的基坑和結(jié)構(gòu)施工周期僅有8個月。因此，對建設(shè)單位的精細化管理水平提出了較高要求。采用BIM技術(shù)，特別是工期控制的四維管理理念的運用，可對各分部工程的實施時間、結(jié)構(gòu)搭接預(yù)留、結(jié)構(gòu)施工的實時進度進行可視化預(yù)想、對照和決策，可為建設(shè)管理提供有效且先進的精細化管理手段[4-6]。

2.4 提高建設(shè)管理質(zhì)量，落實精品化要求

圖3 站房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖4 站房的灰空間結(jié)構(gòu)

站房建設(shè)涉及專業(yè)眾多。由于杭州南站站房設(shè)計方案的特點，管線綜合與結(jié)構(gòu)的關(guān)系、建筑美觀與精細化施作的關(guān)系，均可通過BIM技術(shù)的深度應(yīng)用，實現(xiàn)各相關(guān)方之間的信息溝通及協(xié)同設(shè)計，提升施工圖和深化設(shè)計質(zhì)量，解決復(fù)雜結(jié)點構(gòu)造加工和安裝難題，提高裝修施工質(zhì)量，減少后期施工變更帶來的浪費和工期的延誤，從而達到全面提高成品質(zhì)量，提高施工效率，節(jié)約建設(shè)成本，提升建設(shè)質(zhì)量的目的，落實精品化的要求。

3 BIM技術(shù)深度應(yīng)用的組織管理

在杭州南站站房建設(shè)中，深刻認識到BIM技術(shù)深度應(yīng)用對實現(xiàn)質(zhì)量目標(biāo)的重要性，充分發(fā)揮建設(shè)單位的主導(dǎo)作用開展全面策劃，組成了建設(shè)單位為主導(dǎo)、設(shè)計單位為主體、施工單位合作的研發(fā)、應(yīng)用協(xié)作團隊，開展建設(shè)全過程的BIM深度研發(fā)應(yīng)用工作。

3.1 成立專項組織機構(gòu)強力推動

在建筑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)提升建設(shè)管理水平在國內(nèi)外已有多年歷史，但在鐵路站房建設(shè)管理中的運用尚處在起步階段，建設(shè)管理、設(shè)計、施工、監(jiān)理各方對其技術(shù)的先進性和有效性認識不一。在以傳統(tǒng)粗放、經(jīng)驗為主要管理手段的環(huán)境中，各參與方、各層級管理人員對運用BIM技術(shù)開展精細化管理、全面提升工程建設(shè)質(zhì)量、實現(xiàn)工程精品化的重要作用與意義的認識還較為模糊。為此，在建設(shè)開始就全面動員部署B(yǎng)IM研發(fā)應(yīng)用工作，以強力推動各方的認識達成統(tǒng)一。以“全面規(guī)劃、重點突破”為策略，進行杭州南站BIM技術(shù)應(yīng)用的組織策劃、目標(biāo)制定和成果應(yīng)用工作。成立了以建設(shè)單位為主導(dǎo)，中國鐵路設(shè)計集團有限公司為總體單位，各參建單位參加的領(lǐng)導(dǎo)小組和工作機構(gòu)。明確項目推進過程中各方的角色、職責(zé)和工作流程，堅持“設(shè)計為施工服務(wù)、施工為運營服務(wù)”的原則，分層推進，分期實施。建設(shè)單位主要領(lǐng)導(dǎo)任領(lǐng)導(dǎo)小組組長，深入開展統(tǒng)一思想、協(xié)調(diào)推進、研究方向、規(guī)劃制定及成果審定、應(yīng)用等工作。杭州南站BIM開發(fā)組織結(jié)構(gòu)見圖5。

3.2 搭建BIM綜合管理平臺

充分發(fā)揮設(shè)計優(yōu)勢，搭建BIM綜合管理平臺，為協(xié)同設(shè)計和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。中國鐵路設(shè)計集團有限公司成立了杭州南站站房BIM技術(shù)應(yīng)用總體設(shè)計組，集中了設(shè)計和計算機應(yīng)用人員，在建設(shè)單位指導(dǎo)下，開發(fā)了杭州南站BIM綜合管理平臺，集成了工程概況、結(jié)構(gòu)數(shù)模、工期管理、裝飾裝修效果、各類可視化、管線校核、結(jié)構(gòu)與構(gòu)件查詢、施工應(yīng)用、圖紙查詢和云存儲功能，較好地實現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計、協(xié)同運用的目標(biāo)。設(shè)計單位研發(fā)建立了全結(jié)構(gòu)數(shù)模、輕量化模型、工期四維管理、裝飾裝修效果、管線校核、結(jié)構(gòu)與構(gòu)件查詢、圖紙查詢和云存儲等基本功能模塊，預(yù)留了深化設(shè)計、施工應(yīng)用和可視化交底接口，為各參建單位協(xié)同設(shè)計和深度應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

3.3 嚴(yán)格落實精細化施作要求

圖5 杭州南站BIM開發(fā)組織結(jié)構(gòu)

以BIM綜合管理平臺為基礎(chǔ)，深度開展施工管理的應(yīng)用工作，落實精細化施作的要求。參建的施工、監(jiān)理單位均成立了BIM技術(shù)深化應(yīng)用工作小組，在杭州南站BIM綜合管理平臺基礎(chǔ)上，開展BIM技術(shù)深度應(yīng)用研發(fā)工作。利用結(jié)構(gòu)數(shù)模、裝飾裝修效果模塊，施工單位開展深化設(shè)計和結(jié)構(gòu)安裝、復(fù)雜節(jié)點、裝飾裝修設(shè)計及效果渲染研究；利用結(jié)構(gòu)數(shù)模開展屋蓋滑移施工模擬和可視化交底研究；利用工期四維管理模型開展施工進度模擬、比對工作；利用結(jié)構(gòu)數(shù)模進行綜合管線碰撞檢查；利用構(gòu)件查詢開展“十”字柱加工控制和模擬研究，以及現(xiàn)場構(gòu)件的二維碼查詢應(yīng)用；利用輕量化模型，結(jié)合平板技術(shù)開展現(xiàn)場檢查、核對工作；利用激光技術(shù)，對安裝完成的鋼結(jié)構(gòu)開展與設(shè)計成果比對、校核檢查試驗；利用結(jié)構(gòu)數(shù)模開展工程數(shù)量統(tǒng)計試驗；建立鋼結(jié)構(gòu)焊縫信息模型，實現(xiàn)焊接質(zhì)量快速有效的可追溯等多項BIM技術(shù)的深度研發(fā)、應(yīng)用工作，較好地實現(xiàn)了施工中全面承接BIM總體設(shè)計深度應(yīng)用的要求，為施工的精細化施作打下了堅實基礎(chǔ)。

4 BIM技術(shù)深度應(yīng)用的主要內(nèi)容

4.1 杭州南站BIM綜合管理平臺

杭州南站BIM綜合管理平臺是BIM技術(shù)應(yīng)用功能集成平臺（見圖6），集成了項目概況、全站房數(shù)模（含輕量化模型）、各類查詢（構(gòu)件、管線、圖紙）、工期管理、施工應(yīng)用（含設(shè)計深化、工程數(shù)量統(tǒng)計、綜合管線及結(jié)構(gòu)校對、裝飾裝修效果、可視化交底）及云存儲功能。

4.2 工期四維管理

圖6 杭州南站BIM綜合管理平臺界面

圖7 工期四維管理功能界面

工期四維（X、Y、Z、T）管理功能主要用于建設(shè)單位對工程進度管理的決策（見圖7）。在工程建設(shè)期間，建設(shè)單位召開建設(shè)例會時，堅持應(yīng)用工期四維管理功能討論各類問題，通過直觀的BIM數(shù)據(jù)構(gòu)建的四維工程形象和現(xiàn)場實際進度的照片（或視頻）比對，可有效提高各方對工期進度、工序安排、結(jié)構(gòu)施工形象的溝通效率和準(zhǔn)確性，并有針對性地分析解決現(xiàn)場存在問題，確?，F(xiàn)場施工有序推進。該功能依據(jù)指導(dǎo)性施組，既可連續(xù)查詢也可獨立查詢某段時間或單個時間點預(yù)想的工程四維形象進度，也可通過現(xiàn)場定時攝錄的視頻或照片與預(yù)想的定時形象進度進行比對，確認現(xiàn)場的工程實際進度與指導(dǎo)性施組的吻合情況，進而提出相關(guān)的決策意見。

4.3 輕量化模型

輕量化模型主要用于對工程實施過程中的現(xiàn)場實時管控。建設(shè)、施工、監(jiān)理、設(shè)計管理人員采用平板電腦和BIM的輕量化模型，可在施工現(xiàn)場進行實時查詢、復(fù)核施工精度和裝飾裝修效果，保障施工結(jié)果與設(shè)計相吻合，達到實時、清晰、直觀、全面掌握現(xiàn)場工程質(zhì)量的要求，實現(xiàn)現(xiàn)場實時把握質(zhì)量控制要點，提高設(shè)計的實現(xiàn)度，降低質(zhì)量管理隱患概率，從而有效規(guī)避質(zhì)量管理風(fēng)險。

4.4 深化設(shè)計

杭州南站工程中利用BIM技術(shù)完成了土建結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、重要節(jié)點及室內(nèi)裝修等專業(yè)的深化設(shè)計。通過BIM技術(shù)進行深化，將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型，使設(shè)計想法更清晰直觀地表現(xiàn)出來，有助于設(shè)計單位對成果的檢驗和施工單位對建筑和結(jié)構(gòu)的理解及實現(xiàn)。同時許多問題在施工前消化解決，通過優(yōu)化設(shè)計和調(diào)整施工方案，避免了施工浪費，節(jié)約了工期。在各種復(fù)雜施工節(jié)點導(dǎo)出的詳圖，對于施工質(zhì)量控制提供了根本性的技術(shù)保障措施[7-10]。

4.5 綜合管線設(shè)計

傳統(tǒng)綜合管線設(shè)計和施工存在的相關(guān)問題是站房施工中的一大難題。利用BIM技術(shù)可在管線綜合平衡設(shè)計時，利用其碰撞檢測功能，將碰撞點盡早反饋給設(shè)計人員進行設(shè)計優(yōu)化。優(yōu)化排布后的綜合管線模型解決了因管線沖突引起的設(shè)計變更和材料浪費，可在三維環(huán)境下觀察管線之間的排布關(guān)系，并可任意生成所需要位置的剖切圖，通過量測獲得管線準(zhǔn)確的安裝位置，更加有效地避免了在施工時出現(xiàn)碰撞再采取滯后措施的現(xiàn)象，大大提高了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，降低了由于施工協(xié)調(diào)造成的成本增長和工期延誤。

在杭州南站項目中，專業(yè)工程師利用BIM技術(shù)對綜合管線進行4次虛擬碰撞檢測。從檢測結(jié)果（見表1）可以看出，從最初的5 299條碰撞問題減少到最后的2條。在實際施作時，現(xiàn)場基本杜絕了改砸溝槽管洞等現(xiàn)象。

4.6 可視化技術(shù)

可視化交底主要是在施工前，針對關(guān)鍵施工、復(fù)雜節(jié)點以及裝飾裝修效果等重要工序，通過模擬視頻的形式，更直觀地對施工人員進行交底，同時更利于各參建方進行溝通、討論與決策。本工程重點開展了對鋼屋蓋桁架分段滑移施工可視化模擬施工、“十”字鋼格構(gòu)柱加工可視化模擬等應(yīng)用工作。特別是通過鋼屋蓋桁架分段滑移施工可視化模擬，可清晰地查看桁架滑移過程中天窗空檔期的?？课恢?、頂推、落位、合龍等各項工況（見圖8）。通過模擬和對桁架單元劃分、頂推、落位等施工方案的反復(fù)優(yōu)化，為鋼屋蓋滑移施工實現(xiàn)順暢、安全、高精度就位奠定了堅實基礎(chǔ)。

5 體會與建議

5.1 各方目標(biāo)同向是成功的關(guān)鍵

目前由于受規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等行業(yè)限制，以及鐵路行業(yè)對站房建設(shè)管理辦法、概算中相關(guān)內(nèi)容滯后等因素的影響，站房建設(shè)實踐中全面開展BIM應(yīng)用的困難較大。特別是大型或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的站房建設(shè)，雖然BIM技術(shù)的應(yīng)用會給建設(shè)管理帶來較大的管理優(yōu)勢，但是若沒有參建各方積極配合和全力支持，BIM技術(shù)應(yīng)用是難以深入的。杭州南站站房建設(shè)在全建設(shè)周期中深度應(yīng)用BIM技術(shù)并取得了一些成果，首先得益于原中國鐵路總公司相關(guān)部門在關(guān)鍵時刻對該項工作給予的充分肯定和過程中的指導(dǎo)。其次是建設(shè)單位在建設(shè)過程中，圍繞建設(shè)“精品工程”要求，深入組織、把握方向、強力推動并對成果積極應(yīng)用，確保了BIM技術(shù)在杭州南站站房建設(shè)中得以開花結(jié)果。再則，設(shè)計單位在實施階段投入了大量資源開展研發(fā)工作，全面奠定了杭州南站站房建設(shè)BIM技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。同時，施工、監(jiān)理單位投入了充足的資源，完成大量承接應(yīng)用的二次開發(fā)工作，使得杭州南站站房建設(shè)BIM技術(shù)的深度應(yīng)用實現(xiàn)了落地生根。

圖8 鋼屋蓋滑移施工可視化模擬

表1 4次虛擬碰撞檢測結(jié)果單位：條

5.2 BIM應(yīng)用可有效提升工程建設(shè)管理水平

建設(shè)單位在項目管理工作中引入BIM技術(shù)，可有效提高建設(shè)單位和參建單位的工程管理水平。杭州南站站房建設(shè)全面引入BIM技術(shù)，利用杭州南站BIM綜合管理平臺，對設(shè)計深化、工期管理、現(xiàn)場質(zhì)量管理、構(gòu)件制造、工法創(chuàng)新以及數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計與校核開展深入的應(yīng)用實踐，實現(xiàn)了工期可控、質(zhì)量精品、成本效益達標(biāo)的建設(shè)目標(biāo)。這些成果的取得，得益于BIM技術(shù)提供了全新的管理手段，并通過新手段的運用，促使各方轉(zhuǎn)變了管理觀念，并摸索出一套新的管理模式，為今后在其他工程建設(shè)項目管理中進一步落實工程精品化的管理要求提供了新思路和新手段，也為進一步深化BIM技術(shù)在工程管理上的應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

5.3 相關(guān)建議

由建筑行業(yè)應(yīng)用BIM的案例和實踐經(jīng)驗可知，BIM技術(shù)對復(fù)雜工程可以較好地發(fā)揮管理的應(yīng)用價值。但鑒于BIM技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜性和資源投入的廣泛性，鐵路站房工程應(yīng)用BIM技術(shù)要結(jié)合工程的復(fù)雜程度和特點，有針對性地制定BIM應(yīng)用目標(biāo)，界定應(yīng)用的必要邊界，避免盲目引入BIM技術(shù)，造成不必要的人力、時間和成本的浪費。對于簡單的站房工程，建議為滿足全路實現(xiàn)信息化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的運維管理要求，宜開展竣工模型的構(gòu)建，為進一步開發(fā)基于BIM的運維管理系統(tǒng)打好基礎(chǔ)。對于復(fù)雜的站房工程，建議開展全生命周期的BIM技術(shù)應(yīng)用。