劉洋

（中鐵九局集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110051）

0 引言

廣深港高鐵是我國(guó)“八橫八縱”高速鐵路京哈—京港澳通道的南端部分，聯(lián)絡(luò)廣州和深圳鐵路樞紐，并將香港特別行政區(qū)接入全國(guó)高速鐵路網(wǎng)?；㈤T站是廣深港高鐵中間站，站房形式為線正下式，有“空中火車站”之稱［1］。為提高鐵路運(yùn)力、優(yōu)化乘車環(huán)境，自2017 年起對(duì)既有虎門站站房進(jìn)行改造，工程總建筑面積1.51 萬m2，其中既有建筑面積1.03 萬m2，新增進(jìn)站廳建筑面積2 605.17 m2、出站廳建筑面積2 236.41 m2、站臺(tái)防飄雨棚488.15 m2及配套的電力、通信、給排水、暖通等專業(yè)的改造。改造工程主要技術(shù)難點(diǎn)為新舊站房建筑結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、管線綜合等多專業(yè)的協(xié)調(diào)對(duì)接以及改造期間正常乘降的施工干擾等。應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)玻璃幕墻、專項(xiàng)方案、進(jìn)度工藝等進(jìn)行深化設(shè)計(jì)與仿真模擬，有效保證改造施工期間的安全與質(zhì)量，為BIM 技術(shù)在高速鐵路既有站房改造工程中的應(yīng)用提供較好的借鑒經(jīng)驗(yàn)，也為Bentley 平臺(tái)在建筑工程中的應(yīng)用總結(jié)了完整的技術(shù)體系［2-3］。

1 AECOsim Building Designer 技術(shù)體系框架及模型創(chuàng)建

Bentley 平臺(tái)軟件工作前期核心是工作環(huán)境和種子文件的創(chuàng)建，設(shè)置正確的工作環(huán)境在項(xiàng)目實(shí)施前至關(guān)重要［4］。工作環(huán)境的設(shè)置是為了滿足工程項(xiàng)目實(shí)施需求，項(xiàng)目不同，需求也不相同。在Bentley軟件平臺(tái)中，這些需求歸結(jié)于一些資源文件，如構(gòu)件類型、類別樣式、界面資源以及啟動(dòng)特定的程序或圖庫(kù)等。Bentley軟件工作核心資源文件、操作界面設(shè)置文件等目錄均保存在WorkSpace 下的子目錄（見圖1）。AECOsim Building Designer 定義的信息模型屬性是通過Datagroup+Part 的方式來設(shè)置的，Datagroup 定義了不同的構(gòu)件類型，不同類型具有不同屬性［5］，即區(qū)別不同型號(hào)；Part包含構(gòu)件的線性、線寬等基本屬性和渲染材質(zhì)、填充圖案等有特別需求的高級(jí)屬性（見圖2）。工作環(huán)境應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制，新建項(xiàng)目工作環(huán)境需在WorkSpace文件夾下的BuildingDatasets、Interfaces、Project以及Users 目錄分別建立相關(guān)資源、項(xiàng)目界面、項(xiàng)目和用戶文件，并在文件字符命令中修改相應(yīng)參數(shù)，使新建的資源文件、項(xiàng)目文件和用戶文件分別一一對(duì)應(yīng)，方便調(diào)用。

圖1 WorkSpace目錄結(jié)構(gòu)樹

圖2 構(gòu)件信息表達(dá)理論

在本地的工作模式下，采取將WorkSpace 共享映射的方式，修改指向路徑，方便和建立項(xiàng)目所有BIM 技術(shù)人員工作環(huán)境的協(xié)同。非參數(shù)化構(gòu)件的創(chuàng)建需要三維實(shí)體的操作，建模方法基于MicroStation 并將繪制出的構(gòu)件存儲(chǔ)為cell單元，文件格式上cel和dgn文件格式圴可被Bentley 各軟件編輯，因此，可以直接打開cel文件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行創(chuàng)建或編輯一個(gè)單元［6］。

在AECOsim Building Designer 中參數(shù)化模型包括了以Parametric Frame Builder 工具創(chuàng)建的bxf 文件和以Parametric Cell Studio 工具創(chuàng)建的paz 文件。Frame Builder 創(chuàng)建構(gòu)件的建模過程實(shí)際上是執(zhí)行每行的語句命令，選中參數(shù)化構(gòu)件創(chuàng)建器不同的選項(xiàng)，就可以在右側(cè)相應(yīng)的窗口輸入不同的參數(shù)，然后點(diǎn)擊建立命令，即可生成對(duì)應(yīng)的語句命令行，多個(gè)語句命令行組合在一起，即完成整個(gè)構(gòu)件模型的建立。如數(shù)據(jù)組更新后，即可在放置門對(duì)象中找到所創(chuàng)建的自定義構(gòu)件并放置對(duì)象（見圖3），同時(shí)在放置門對(duì)象命令中可用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)該參數(shù)化構(gòu)件單元的外觀參數(shù)（見圖4）。

圖3 參數(shù)化構(gòu)件創(chuàng)建器Frame Builder

圖4 放置門對(duì)像及參數(shù)驅(qū)動(dòng)

2 高鐵站房改擴(kuò)建及施工過渡方案設(shè)計(jì)應(yīng)用

廣深港高鐵虎門站為“建橋合一”形式，東西新增站房部分和東側(cè)消防水池基礎(chǔ)均包含鉆孔樁、承臺(tái)。按照設(shè)計(jì)要求，新建進(jìn)站廳與既有站房連接處，二層屋面板需延伸至既有站房?jī)?nèi)，相應(yīng)在既有站房?jī)?nèi)增加梁板柱、基礎(chǔ)梁、樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用10 根人工挖孔樁，孔深25 m。根據(jù)設(shè)計(jì)意圖：由于站房改造，進(jìn)站樓梯區(qū)域?qū)⑹彝庾優(yōu)槭覂?nèi)環(huán)境，因此需將防火分區(qū)的面積控制在規(guī)定的5 000 m2以下。通過BIM輔助論證發(fā)現(xiàn)，由于運(yùn)營(yíng)站房?jī)?nèi)人流量大，且增加屋面板處于既有扶梯頂部，該扶梯是旅客進(jìn)站候車的唯一通道。經(jīng)過BIM 可視化三維模型動(dòng)態(tài)分析后認(rèn)為，在無法封閉唯一進(jìn)站通道的條件下，施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，施工干擾及潛在施工風(fēng)險(xiǎn)極大。為規(guī)避該處施工風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合BIM 技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境分析，并遵照《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案（見圖5），取消該處樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

圖5 進(jìn)站廳樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

虎門站站房改造工程中，新建出站廳原為虎門站舊站房消防水箱位置，為保證工期進(jìn)度與虎門站消防用水，必須提前做好管線遷改等過渡工作。原設(shè)計(jì)消防水池連接管道埋設(shè)1.25 m，位于新建出站平臺(tái)基礎(chǔ)梁下方。按照常規(guī)工序，秉著“先地下后地上”的原則，樁基礎(chǔ)施工完畢后需進(jìn)行溝槽開挖、管道安裝工作，再進(jìn)行承臺(tái)、基礎(chǔ)梁及上部構(gòu)造施工（見圖6（a））。受春運(yùn)影響，工期緊張，按原工序施工無法保證該站正常交付。應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)管線與結(jié)構(gòu)關(guān)系、進(jìn)度進(jìn)行模擬分析，將管道標(biāo)高抬高，在出站廳基礎(chǔ)承臺(tái)、基礎(chǔ)梁上方繞過（見圖6（b））。此方案避免管道遷改影響結(jié)構(gòu)主體施工，保證了主體工程施工工期，在春運(yùn)開始前順利達(dá)到交付條件。

圖6 出站廳樁基礎(chǔ)下管線設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

3 鋼結(jié)構(gòu)、管線綜合、幕墻深化設(shè)計(jì)應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)雨棚及消防疏散鋼結(jié)構(gòu)樓梯施工中，應(yīng)用 了 AECOsim Building Designer及ProStructures對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。原消防鋼結(jié)構(gòu)樓梯與二層標(biāo)高平臺(tái)間存在空隙，該空隙高差0.96 m，但設(shè)計(jì)文件給出的消防鋼梯配套玻璃欄桿高度應(yīng)為1.10 m，不滿足配套扶手安裝要求，應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)該處設(shè)計(jì)缺陷提早發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，有效避免了后期返工和材料浪費(fèi)（見圖7、圖8）。

改造工程最困難的問題是新舊管線的協(xié)調(diào)與設(shè)計(jì)，往往造成新設(shè)計(jì)管線與既有管線對(duì)接困難。針對(duì)此情況，在綜合管線施工前應(yīng)用三維掃描儀對(duì)既有管線進(jìn)行三維掃描，獲得站房既有建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過降噪處理和格式轉(zhuǎn)換后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入AECOsim Building Designer 進(jìn)行逆向建模和管綜檢查，有效解決了設(shè)計(jì)碰撞及新舊管線的設(shè)計(jì)銜接問題，提高了設(shè)計(jì)與施工效率（見圖9、圖10）。

圖7 消防疏散鋼結(jié)構(gòu)樓梯深化設(shè)計(jì)

圖8 消防樓梯與玻璃護(hù)欄深化設(shè)計(jì)

圖9 站房改造管線綜合布置

虎門站改造后骨架幕墻1 011 m2，主要為進(jìn)站廳南北兩側(cè)及西側(cè)建筑幕墻裝飾，形式為半隱框玻璃幕墻（豎明橫隱），幕墻位于既有橋墩間。幕墻加工前對(duì)既有橋梁建筑輪廓進(jìn)行三維掃描測(cè)量，發(fā)現(xiàn)幕墻完全按照設(shè)計(jì)文件尺寸制作，最外側(cè)骨架將與既有橋墩產(chǎn)生碰撞，遂采用AECOsim Building Designer 對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。將西側(cè)幕墻中部?jī)啥四粔﹂g距由原設(shè)計(jì)的2 250 mm 變更為2 175 mm，將西側(cè)幕墻南北兩側(cè)最外端幕墻間距由2 425 mm 變更為2 350 mm，將南北兩側(cè)幕墻西端幕墻間距由1 380 mm 變更為1 373.5 mm，并對(duì)幕墻中多種形式的節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行了優(yōu)化和碰撞檢查，對(duì)幕墻與進(jìn)站廳衛(wèi)生間西側(cè)墻體間縫隙加裝了護(hù)欄，提高了整體施工質(zhì)量和局部效果（見圖11、圖12）。

圖10 新管道模型與三維掃描點(diǎn)云模型對(duì)接

圖11 站房外幕墻尺寸深化設(shè)計(jì)

圖12 幕墻與進(jìn)站廳衛(wèi)生間西側(cè)墻體間縫隙

4 仿真模擬及工藝輔助應(yīng)用

采用Synchro PRO 將BIM 模型與CPM 計(jì)劃任務(wù)關(guān)聯(lián)，添加施工任務(wù)之間的邏輯關(guān)系，以及機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)路徑，在工程的不同時(shí)段、不同進(jìn)度階段的模型以不同的顏色顯示，進(jìn)行施工方案模擬、施工動(dòng)畫制作及發(fā)布，最終達(dá)到提高施工效率、優(yōu)化施工流水的目的。Synchro PRO 支持多種文件格式的導(dǎo)入，可直接讀取Project軟件編輯的進(jìn)度計(jì)劃（見圖13）。

圖13 Synchro PRO進(jìn)度仿真模擬

采用BIM-FILM 虛擬施工交底系統(tǒng)對(duì)施工工藝進(jìn)行模擬，以可視化的動(dòng)態(tài)操作提升技術(shù)交底效果。BIM虛擬施工系統(tǒng)是基于BIM 技術(shù)、結(jié)合3D 動(dòng)畫編輯技術(shù)，整合了建設(shè)工程行業(yè)通用的“施工模板”“素材庫(kù)”，支持常用的“標(biāo)注類模型”“構(gòu)件類模型”及“材料類模型”的自定義編輯、并且可以導(dǎo)入BIM、CAD、IFC、FBX、OBJ 等行業(yè)軟件常用模型文件格式，同時(shí)支持輸出效果圖、課程視頻、微課視頻、VR 全景視頻等多種格式，為工程交底和工藝提供了直觀的表現(xiàn)方式（見圖14）。

圖14 梁模板安裝施工工藝模擬

5 結(jié)束語

通過建立模型整合工程信息，并對(duì)BIM 模型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化達(dá)到實(shí)際使用需求，為整個(gè)工程提供可信賴的信息資源和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是今后基于BIM 技術(shù)進(jìn)行施工管理需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)［7］。依托實(shí)際工程對(duì)Bentley 平臺(tái)在建筑改造工程中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，在三維掃描、管線綜合、方案深化、工藝仿真等方面進(jìn)行有益嘗試，為項(xiàng)目的施工提供了較好的輔助手段，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，具有廣泛的推廣和借鑒價(jià)值。