譚立新

（中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司，江西南昌 530029）

0 引言

BIM技術(shù)可通過建立構(gòu)筑物三維信息模型，實現(xiàn)三維信息展示，具有協(xié)調(diào)性和模擬性等特點。將BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)，能有效提高施工效率、降低安全風(fēng)險、提升施工質(zhì)量。近年來，越來越多的工程實踐證明，BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)具有巨大的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。

2015年9月，原中國鐵路總公司對柳州站既有站房改擴(kuò)建工程進(jìn)行了初步設(shè)計批復(fù)，批復(fù)施工總工期為54個月。同時，要求建設(shè)、設(shè)計單位結(jié)合車站運(yùn)營組織方案，優(yōu)化、完善施工組織設(shè)計，加強(qiáng)施工過程控制，確保施工質(zhì)量與既有線安全。基于施工要求，將柳州站既有站房改擴(kuò)建工程與BIM技術(shù)深入融合，對施工組織方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，為保障既有線安全、提升施工質(zhì)量提供了有力的技術(shù)支撐[3-4]。

1 工程概述

柳州站位于廣西省柳州市市中心老城區(qū)，是中南、西南地區(qū)重要的鐵路交通樞紐之一，其站場規(guī)模為11站臺面11線（含正線2條），12道為機(jī)走線兼到發(fā)線、13—16道為貨車線。柳州站既有站房位于線路東側(cè)，為側(cè)線平式站房，旅客乘降“東進(jìn)東出”，站房設(shè)施老化、周邊路網(wǎng)擁堵；站房西側(cè)臨靠鵝山，自然環(huán)境優(yōu)美，但城區(qū)老舊、市政道路狹窄擁堵，為典型“臟、亂、差”棚戶區(qū)，與優(yōu)美環(huán)境反差極大；站房東西兩側(cè)不互通，交通十分不便。

柳州站既有站房改擴(kuò)建工程原設(shè)計方案為：既有站房原位拆除重建（規(guī)模5.49萬m2，簡稱東站房）；在1—12道修建高架候車室（規(guī)模2.48萬m2，簡稱東高架）。該方案存在以下局限性：

（1）站房規(guī)模偏小，不適應(yīng)鐵路交通樞紐發(fā)展需求；

（2）站房東側(cè)單側(cè)改造與城市整體改造規(guī)劃不匹配；

（3）站房東西兩側(cè)不互通，城區(qū)風(fēng)貌和站區(qū)品質(zhì)均無法有效提升，不能更好地增強(qiáng)市民、旅客的獲得感、幸福感；

（4）單側(cè)站房、單側(cè)高架的站房造型與柳州市“崛起龍城”的形象嚴(yán)重不匹配；

（5）站房拆除重建施工期間，旅客乘降組織困難。

基于“站城融合”新理念，優(yōu)化與提升設(shè)計方案，在線路西側(cè)對稱增設(shè)西站房（簡稱西站房），13—16道上方增設(shè)高架候車室（簡稱西高架），形成東西對稱、站場上方全部采用高架候車的方案。新站房由東站房、西站房和高架站房3部分組成，總建筑面積11.4萬m2，新建旅客出站地道1座，并承擔(dān)東西廣場聯(lián)通的市政功能。當(dāng)?shù)卣畣訓(xùn)|西側(cè)棚戶區(qū)、市政道路、站前廣場、輕軌等配套設(shè)施建設(shè)，與站房同步投入使用。

2 BIM優(yōu)化施工組織方案

針對柳州站既有站場建設(shè)高架站房的特點，對已完工的南昌站、廈門站等既有站房和站場改造工程經(jīng)驗進(jìn)行學(xué)習(xí)、借鑒，通過半場封閉平推施工，解決站場施工與既有站臺同步運(yùn)營的矛盾，并通過新建對側(cè)站房，解決客運(yùn)過渡問題。

在柳州站既有站房改擴(kuò)建工程施工組織方案中，將南昌站半場封閉平推式兩階段施工方案與廈門站新建南站房半場客運(yùn)過渡、分步開通的方案相結(jié)合，融合“站城一體化”“一站一景”建設(shè)理念，最終確定“兩階段三步驟”施工組織方案：

（1）“兩階段”。高架候車室及站場施工按東、西半場兩大階段進(jìn)行。即第一階段，封鎖站場西半場，同步施工西站房、西高架，工期14個月；第二階段，開通西半場，封鎖東半場，拆除既有站房，同步施工東站房、東高架，工期28個月。總工期42個月。

（2）“三步驟”。旅客乘降分為“西進(jìn)東出”“西進(jìn)西出”和“東西進(jìn)出”。

2.1 WBS分解

根據(jù)柳州站既有站房模型存儲屬性信息生成項目結(jié)構(gòu)樹，項目結(jié)構(gòu)樹層級為“項目—標(biāo)段—構(gòu)筑物”，再根據(jù)模型構(gòu)件中存儲的實例化的模型實體結(jié)構(gòu)編碼，生成構(gòu)筑物到構(gòu)件的結(jié)構(gòu)樹。模型實體結(jié)構(gòu)依據(jù)鐵路BIM聯(lián)盟《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（簡稱IFD）表53進(jìn)行分解[5]。在建模過程中，模型每個構(gòu)件都添加了默認(rèn)施工工藝編碼，通過“標(biāo)準(zhǔn)工藝-工序”映射表進(jìn)行構(gòu)件和工序的自動掛接，單個構(gòu)件中的1項施工工序為工作任務(wù)分解的最小單元。

工程量計算采用自動算量與人工算量結(jié)合的方式，自動算量使用三維圖形引擎提供的體積、長度、面積等計算接口得出所需構(gòu)件幾何信息，再通過調(diào)用算量公式庫中的計算公式算出相應(yīng)工作量。當(dāng)構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，難以通過圖形引擎計算時，可采用人工算量方式，根據(jù)構(gòu)件中存儲的幾何屬性信息或二維圖紙中的幾何信息編輯相應(yīng)的公式進(jìn)行算量。算量完成后，系統(tǒng)通過構(gòu)件唯一ID將工作量與構(gòu)件工序關(guān)聯(lián)。項目WBS分解界面見圖1。

圖1 項目WBS分解

應(yīng)用以上方法對柳州站既有站房改擴(kuò)建工程施工進(jìn)行WBS分解。首先進(jìn)行工程實體分解，再進(jìn)行構(gòu)件與工序的自動掛接，使WBS分解與BIM模型緊密結(jié)合。實體結(jié)構(gòu)分解，是根據(jù)BIM模型中存儲的實例化IFD編碼自動生成，工序與構(gòu)件的關(guān)聯(lián)根據(jù)“工藝-工序”映射表自動完成，過程中無須人工參與，極大減少計劃編制人員工作量。另外，當(dāng)發(fā)生設(shè)計變更時，只需將更新后的BIM模型導(dǎo)入到系統(tǒng)即可自動完成WBS分解。

2.2 計劃編制與資源配置

由于施工方案復(fù)雜，需要考慮施工區(qū)域內(nèi)的資源排布情況。資源強(qiáng)度過高會導(dǎo)致人員、設(shè)備、物料等排布不開，造成施工效率降低。另外，由于人員、設(shè)備及其他條件限制，當(dāng)一個施工區(qū)域內(nèi)的某項工作尚未完成，不能開始下一個區(qū)域內(nèi)工作，即區(qū)域之間也可能存在施工的前置關(guān)系。因此，在進(jìn)行施工計劃編制前，需要先對施工場地進(jìn)行區(qū)域劃分，區(qū)域劃分可在BIM模型或模型實體結(jié)構(gòu)分解樹上進(jìn)行。區(qū)域劃分完成后，需要設(shè)置各區(qū)域之間施工的前置關(guān)系及各區(qū)域內(nèi)的資源強(qiáng)度限制。設(shè)置完成后，區(qū)域施工前置關(guān)系及區(qū)域資源強(qiáng)度限制將作為計劃編制與資源配置優(yōu)化的附加限制條件，使計劃編制及資源配置更加科學(xué)合理，提高計劃的可執(zhí)行性。

完成區(qū)域劃分與配置后，即可針對某一區(qū)域內(nèi)的一項工作任務(wù)（施工工序）進(jìn)行初始計劃的編制和資源配置工作。

2.3 進(jìn)度跟蹤與控制

進(jìn)度填報人員通過移動終端或個人電腦填報電子施工日志，內(nèi)容包括當(dāng)日各項施工任務(wù)完成量、臨時增加任務(wù)完成情況及當(dāng)日施工現(xiàn)場環(huán)境信息。日志提交后，系統(tǒng)根據(jù)填報信息更新施工進(jìn)度。另外，系統(tǒng)會統(tǒng)計當(dāng)日實際施工功效信息，計算出哪些工作任務(wù)不能在計劃工期內(nèi)完成，提示計劃編制人員及時增加滯后任務(wù)的資源強(qiáng)度，并對滯后任務(wù)增派人員、機(jī)械及物料資源，以提高該任務(wù)的施工功效（見圖2）。通過建立以BIM為核心的既有站房改造工程施工組織管理體系，將施工與運(yùn)輸從空間上錯開，優(yōu)化流水施工段，減小干擾、降低風(fēng)險、節(jié)省工期，實現(xiàn)工程管理信息化、科學(xué)化和精細(xì)化[6-10]。

圖2 進(jìn)度跟蹤界面

3 施工質(zhì)量安全管理

3.1 塔吊可視化監(jiān)控

由于柳州站既有站房場地狹小、吊裝量大且周期長。作為貫穿工程建設(shè)始終的大型起重設(shè)備，塔吊的安裝部位必須合理有效，且應(yīng)保證其安全、持續(xù)運(yùn)行?；贐IM群塔作業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)操控BIM塔吊模型，對其運(yùn)行幅度、高度、回轉(zhuǎn)角、質(zhì)量、力矩、風(fēng)速、傾斜角等不同數(shù)據(jù)類型的測量、分析，有效避免塔吊在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)自身危險、與障礙物碰撞危險、塔吊間碰撞危險等。在對塔吊幅度、高度及回轉(zhuǎn)位置實時檢測的同時，通過無線組網(wǎng)技術(shù)將同一施工環(huán)境下的多臺塔吊組成一個無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，使不同塔吊的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)在塔吊間傳遞。系統(tǒng)具備自診斷功能，塔吊自動檢測電機(jī)電流、電壓、溫度等，若出現(xiàn)過壓、過流或溫度過高等危險情況，通過繼電器將電源斷開，從而保護(hù)電機(jī)。每個塔吊可以基于本塔吊及其他塔吊數(shù)據(jù)進(jìn)行防碰撞計算，實現(xiàn)距離預(yù)警和高度預(yù)警，并基于計算結(jié)果進(jìn)行語音報警，在緊急情況下切斷不安全方向動作的電源，避免碰撞事故發(fā)生（見圖3）。

圖3 塔吊可視化監(jiān)控界面

3.2 鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測

將現(xiàn)代化管理手段與先進(jìn)通信技術(shù)結(jié)合，對焊接生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。通過系統(tǒng)對工廠和現(xiàn)場“兩階段”焊縫質(zhì)量進(jìn)行管理，實時記錄和上傳焊縫類型、每類合格數(shù)、檢測日期、結(jié)論、探傷報告、探傷參數(shù)等信息，管理焊縫檢測進(jìn)度，形成構(gòu)件“焊縫地圖”，方便建設(shè)單位和施工單位對焊縫質(zhì)量的綜合及時管理，提高焊接的自動化程度與管控水平，防止焊工誤操作，實現(xiàn)主要、關(guān)鍵部位焊接過程的監(jiān)控和事后追溯。

3.3 既有線施工管理

在施工過程中，大量信息來源于不同專業(yè)、不同資料和不同系統(tǒng)，導(dǎo)致各專業(yè)上報施工計劃時無法全面考量其他專業(yè)的設(shè)備信息，業(yè)務(wù)處室審核時也需要利用多種途徑查閱不同資料，依靠人員經(jīng)驗無法最優(yōu)地編制施工計劃并判定施工對運(yùn)輸?shù)挠绊?。因此，在施工過程管理中應(yīng)用施工輔助管理模塊，融合多個系統(tǒng)，可實現(xiàn)運(yùn)輸和施工雙贏。

相關(guān)業(yè)務(wù)單位利用施工模塊化管理輔助平臺的圖形化界面編制施工計劃（見圖4），以及平臺會簽、審核施工計劃，經(jīng)過審核的施工計劃上傳至運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)，由運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行下達(dá)。

圖4 施工模塊化管理輔助平臺界面

根據(jù)模塊提供的規(guī)則，自動檢測是否正確標(biāo)識施工影響范圍（見圖5），有無“漏、錯、多”等情況，利用知識庫方法逐漸建立和積累施工影響范圍的規(guī)則。

圖5 施工影響范圍查看界面

施工模塊化管理輔助平臺利用鄰近的歷史運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，結(jié)合下一階段施工計劃，分析施工與運(yùn)輸?shù)年P(guān)系，為施工計劃的制定提供輔助決策手段。綜合判斷一個調(diào)度區(qū)段或某個樞紐站安排施工天窗的最合理方案，剔除影響該區(qū)段通過能力的主要施工天窗，杜絕短板效應(yīng)，做到合理平行安排多項施工，實現(xiàn)“天窗全停又不全停，全給又不全給”。同時，隨著運(yùn)輸情況變化，最大化、合理化安排施工天窗，確保行車設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)良好，實現(xiàn)運(yùn)輸和施工的雙贏。施工計劃可視化填報與審批界面見圖6。

圖6 施工計劃可視化填報與審批界面

施工模塊化管理輔助平臺的應(yīng)用，實現(xiàn)了施工過程中的工務(wù)、電務(wù)、行車設(shè)備信息綜合查詢，以及施工、維修組織的圖形化展示，實現(xiàn)了各專業(yè)計劃沖突檢測、影響范圍自動判別，輔助提高了施工計劃編制、審核工作效率。

4 應(yīng)用效果

與傳統(tǒng)管理相比，將BIM技術(shù)應(yīng)用于柳州站既有站房改擴(kuò)建工程，滿足了各單位對實時了解工程具體信息和可視化數(shù)據(jù)處理預(yù)警的需求，加強(qiáng)了參建各方的信息共享和對項目進(jìn)度的監(jiān)管力度，保證了現(xiàn)場施工進(jìn)度，大大減少了現(xiàn)場返工，為類似大中型高鐵站房施工提供了經(jīng)驗借鑒。柳州站既有站房改擴(kuò)建工程主要取得了以下應(yīng)用效果：

（1）高效兌現(xiàn)項目安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。2015年12月，西站房開始建設(shè)實施，并修建材料運(yùn)輸通道；2017年9月，啟用4—6站臺及西高架，拆除既有站房并啟動二階段站場施工；2018年12月，啟用2—3站臺及東高架；2019年6月，建成東站房，較批復(fù)工期提前1年完工。通過設(shè)計及施工方案的合理優(yōu)化，結(jié)合城市規(guī)劃建設(shè)，保障運(yùn)輸安全有序，確保站房的高效優(yōu)質(zhì)建設(shè)。柳州站既有站房改擴(kuò)建工程榮獲鐵路優(yōu)質(zhì)工程獎，正在申請國家優(yōu)質(zhì)工程。

（2）有效確保施工期間運(yùn)輸平穩(wěn)有序?？瓦\(yùn)部門利用平行徑路組織客車作業(yè)，第一階段，1、2道下行，4、5道上行，3道上下行；第二階段，7、8道下行，9、10、11道上行；特殊情況下，各股道均可組織上下行。通過合理的施工組織及客運(yùn)組織，在施工第2年，柳州站運(yùn)輸能力全面恢復(fù)且逐年提升；2019年，列車接發(fā)較施工前提高42%、年旅客發(fā)送量較施工前增加29%；完工后，柳州站最多聚集人數(shù)達(dá)4 500人，預(yù)測年旅客發(fā)送量為近期1 600萬人、遠(yuǎn)期2 180萬人。

（3）極大提升城市及站區(qū)品質(zhì)。施工期間，柳州市啟動?xùn)|西站前廣場建設(shè)；2019年10月，柳州站東西廣場已全部投用。目前，柳州市軌道交通正在建設(shè)中，柳州站城市交通綜合體功能日趨完善。以柳州站建設(shè)為契機(jī)，結(jié)合采用先期建設(shè)西站的過渡方案，將柳州站東西兩側(cè)站前廣場、輕軌、道路進(jìn)行一體化設(shè)計，站房施工和周邊城市改造同步實施，徹底解決了柳州站站區(qū)及周邊城區(qū)景觀環(huán)境“臟、亂、差”、城市道路擁堵嚴(yán)重等問題，很好地提升城市及站區(qū)形象，實現(xiàn)“站城一體化”。

5 結(jié)束語

在柳州站既有站房改擴(kuò)建工程中，以BIM技術(shù)為核心，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種信息化手段，以施組進(jìn)度為軸線，形象地展現(xiàn)其安全風(fēng)險源和質(zhì)量風(fēng)險，既滿足現(xiàn)場施工需求，又提高管理人員對于施工進(jìn)度、安全質(zhì)量風(fēng)險的處置效率，全方位提高站房工程管理水平與效率。通過“站城一體化”建設(shè)構(gòu)思，將城市建設(shè)和站房改造相融合，使鐵路交通與城市多功能交通無縫銜接，實現(xiàn)以車站為中心、周邊路網(wǎng)發(fā)達(dá)的綜合交通樞紐功能。在實施過程中，進(jìn)一步優(yōu)化東西站房檐口形式，并將柳州站西側(cè)的鵝山景觀建設(shè)與柳州站站房完美融合，以“開門見山，一站一景”的建筑理念，實現(xiàn)建筑藝術(shù)與實用功能及城市發(fā)展建設(shè)的有機(jī)結(jié)合。柳州站既有站房改擴(kuò)建工程及舊城改造，極大改善了交通出行條件及周邊環(huán)境，極大提升了人民群眾對現(xiàn)代化建設(shè)的獲得感、幸福感，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。