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        BIM技術(shù)在大型站房改擴建工程中的應(yīng)用

        2021-09-27 06:20:58黃浩曹晗丁仕洪江明慧鄒孔慶柳小宏
        鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2021年4期
        關(guān)鍵詞:站房天橋幕墻

        黃浩,曹晗,丁仕洪,江明慧,鄒孔慶,柳小宏

        (中鐵四局集團鋼結(jié)構(gòu)建筑有限公司,安徽合肥 230088)

        1 項目概述

        六安站站房改擴建工程位于六安市裕安區(qū),施工內(nèi)容主要包括新建過渡站房、天橋、出站地道、社會通道以及拆除既有站房并新建站房、站場改造。工程總用地面積為5.2萬m2,新建站房建筑面積為2萬m2,結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻+網(wǎng)架,合同造價2.6億元。項目竣工圖見圖1。

        圖1 項目竣工圖

        2 BIM技術(shù)應(yīng)用原因

        六安站為安徽省經(jīng)停列車數(shù)量排名前三的高鐵站。新建出站地道跨鐵路既有線施工,新建天橋跨鐵路既有線頂推施工,施工過程中安全風(fēng)險非常高。項目屬于寧西二線站后工程Ⅰ類變更項目,車站不能封站施工,臨時站房過渡、站場改造、旅客疏解及接觸網(wǎng)過渡方案復(fù)雜。

        新建站房呈雄偉的漢式風(fēng)格,古典元素與現(xiàn)代建筑工藝相結(jié)合,既流暢又不失古樸美,幕墻及室內(nèi)裝飾深化設(shè)計是難點。綜合性工程管線錯綜復(fù)雜,鐵路與市政接口以及建筑自身接口復(fù)雜。如何與土建、裝修專業(yè)配合,合理利用安裝空間是難點。

        3 BIM技術(shù)應(yīng)用說明

        3.1 應(yīng)用目標(biāo)

        基于項目重難點,BIM技術(shù)主要應(yīng)用于深化設(shè)計、制造加工、施工管理和竣工等階段[1],應(yīng)用目標(biāo)主要有以下4個方面:

        (1) 保證新建地道和天橋跨鐵路既有線施工安全性。

        (2) 提高旅客疏解和站場改造方案的合理性與科學(xué)性。

        (3) 提高鋼結(jié)構(gòu)、機電及幕墻裝飾深化設(shè)計質(zhì)量和效率。

        (4) 探索應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無人機、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等新科技與BIM技術(shù)的融合,拓展BIM技術(shù)應(yīng)用范圍。

        3.2 實施方案

        為高效、合理、深入地發(fā)展BIM技術(shù),在項目實施前,參照中鐵四局集團鋼結(jié)構(gòu)建筑有限公司BIM技術(shù)實施標(biāo)準(zhǔn)化文件編制了《六安站站房改擴建工程BIM技術(shù)實施方案》,對深化設(shè)計、工作方式、協(xié)同流程、施工管理、交付標(biāo)準(zhǔn)等作了詳細規(guī)定。

        3.3 應(yīng)用措施

        建立統(tǒng)一的《土建專業(yè)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)》《鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)》《機電專業(yè)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)》《幕墻專業(yè)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)》,主要包含應(yīng)用文件目錄和命名、建模精度、單位坐標(biāo)、模型色彩、軟件選用、交付標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

        制定各階段BIM技術(shù)應(yīng)用成果交付計劃、BIM技術(shù)應(yīng)用實施計劃和BIM技術(shù)應(yīng)用保證措施,保證《六安站站房改擴建工程BIM實施方案》在項目中有效實施。

        4 BIM常規(guī)技術(shù)應(yīng)用

        4.1 場地應(yīng)用

        (1)施工總平面布置。對施工現(xiàn)場中的臨設(shè)、生產(chǎn)加工區(qū)域、大型設(shè)備安裝,在傾斜攝影模型中以動態(tài)方式進行合理布局,為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ),提高施工效率及質(zhì)量(見圖2)。

        圖2 施工總平面布置

        (2)旅客疏解路線方案。借助BIM技術(shù)制定各施工階段的旅客疏解方案,詳細論證,確保旅客乘車和施工安全(見圖3)。

        圖3 旅客疏解路線方案

        4.2 土建專業(yè)應(yīng)用

        (1)圖紙審查。在土建模型建立過程中,查出重要圖紙問題28處。利用三維模型提高與設(shè)計單位的溝通效率(見圖4)。

        圖4 圖紙審查

        (2)方案設(shè)計優(yōu)化。對地道支護樁及便梁布置進行建模,借助BIM的可視化特性,可以協(xié)助方案編制和施工演示,從而實現(xiàn)地道施工方案優(yōu)化(見圖5)。

        圖5 方案設(shè)計優(yōu)化

        (3)技術(shù)交底。新建出站地道跨鐵路既有線施工,刷新了我國站點改造復(fù)雜程度的新高度。在地道開挖的同時,地面上列車仍然正常開行,地道施工風(fēng)險極大。通過BIM可以向施工人員形象展示地道主要施工方法,使現(xiàn)場人員更容易理解,減少返工(見圖6)。

        圖6 技術(shù)交底

        (4)工程量計算。三維展示梁柱鋼筋節(jié)點,指導(dǎo)現(xiàn)場施工和檢查驗收?;谀P涂旖葺敵鲣摻詈突炷凉こ塘?,較手工計算效率大大提高(見圖7)。

        圖7 工程量計算

        (5)進度管理。將進度計劃與新建站房模型關(guān)聯(lián),從而實現(xiàn)4D虛擬建造過程,分析影響施工工期的主要因素,實現(xiàn)施工進度可視化管理,達到優(yōu)化施工進度、節(jié)約成本的目的(見圖8)。

        圖8 進度管理

        (6)成本管理。將新建站房進度、清單、模型關(guān)聯(lián),形成資金曲線和資源曲線,實現(xiàn)在模型中進行關(guān)鍵時間節(jié)點的資金、資源對比和分析,提高對項目成本和工程造價的管理能力(見圖9)。

        圖9 成本管理

        (7)安全管理。利用模板腳手架軟件完成現(xiàn)場承重腳手架安全設(shè)計驗算,自動輸出施工方案和計算書,較傳統(tǒng)方式準(zhǔn)確率和效率顯著提升(見圖10)。

        圖10 安全管理

        (8)質(zhì)量管理。在施工現(xiàn)場使用手機端查看六安站站房輕量化BIM,可以隨時校核實體建筑,及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題(見圖11)。

        圖11 質(zhì)量管理

        4.3 鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)用

        (1)深化設(shè)計。建立基本站臺雨棚、天橋、屋面網(wǎng)架模型,深化鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點,并通過三維模型生成二維加工圖紙[2](見圖12)。

        圖12 深化設(shè)計

        (2)站房拉梁合理優(yōu)化。站房懸挑拉梁原設(shè)計為混凝土結(jié)構(gòu),為保證工期及施工安全,將混凝土變更為鋼結(jié)構(gòu),同時為后續(xù)檐口鋁板龍骨安裝提供便利條件(見圖13)。

        圖13 站房拉梁合理優(yōu)化

        (3)排版套料及數(shù)字化加工。建立天橋鋼結(jié)構(gòu)模型,導(dǎo)入SmartNest中排版套料,生成G代碼用于數(shù)字化加工制造,排版效率提高280%,料損降低1.8%[3](見圖14)。

        圖14 排版套料及數(shù)字化加工

        (4)結(jié)構(gòu)仿真計算。新建天橋和地道施工前,利用Midas對天橋頂推和地道基坑支護結(jié)構(gòu)進行仿真計算,不僅為施工工藝提供理論依據(jù),而且保證施工安全(見圖15)。

        圖15 結(jié)構(gòu)仿真計算

        (5)天橋施工比選和模擬。新建天橋跨既有線施工,且與站房結(jié)構(gòu)工序交叉施工。采用BIM技術(shù)反復(fù)推演,在保證安全和工期的基礎(chǔ)上,選擇頂推施工工藝,提前做好各種保護措施(見圖16)。

        圖16 天橋施工比選和模擬

        4.4 機電專業(yè)應(yīng)用

        (1)管線碰撞檢查。項目涉及機電管線系統(tǒng)組成多,管線布置較復(fù)雜,因此使用MagiCAD建立三維機電管線模型,導(dǎo)出詳細的碰撞檢查報告,提交合理的管線綜合優(yōu)化方案,杜絕因碰撞造成的拆改,保證模型與現(xiàn)場施工高度一致。預(yù)先發(fā)現(xiàn)機電專業(yè)管道碰撞問題1 750處,其中關(guān)鍵碰撞問題32處(見圖17)。

        圖17 管線碰撞檢查

        (2)指導(dǎo)管線洞口預(yù)留預(yù)埋。BIM軟件自動識別生成孔洞,輸出二維圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場預(yù)留預(yù)埋施工,避免后期二次鉆孔開洞、返工等情況發(fā)生(見圖18)。

        圖18 指導(dǎo)管線洞口預(yù)留預(yù)埋

        (3)綜合支吊架設(shè)計。站房走廊內(nèi)管線復(fù)雜,設(shè)計4層綜合支吊架,美觀大方,有效解決有限空間內(nèi)支架排布混亂問題,加快施工進度(見圖19)。

        圖19 綜合支吊架設(shè)計

        4.5 幕墻裝飾專業(yè)應(yīng)用

        (1)外幕墻和內(nèi)裝飾方案比選。對新建站房室外幕墻和內(nèi)裝飾進行仿真對比,提交到業(yè)主及設(shè)計單位確定最佳裝修方案(見圖20)。

        圖20 外幕墻和內(nèi)裝飾方案比選

        (2)站房檐口方案比選。站房檐口深化設(shè)計時,建立多種方案模型,利用可視化技術(shù)確定最佳裝修方案,并指導(dǎo)鋁板加工和安裝(見圖21)。

        圖21 站房檐口方案比選

        (3)輔助樣板選區(qū)和施工。首先建立站房BIM裝飾模型,通過虛擬漫游擇優(yōu)選定吊頂和石材幕墻樣板區(qū)域,并且輔助現(xiàn)場吊頂幕墻定位安裝以及工程量計算(見圖22)。

        圖22 輔助樣板選區(qū)和施工

        (4)裝飾參數(shù)化模型庫。建立室外幕墻和室內(nèi)裝飾參數(shù)化模型庫,提高模型修改效率(見圖23)。

        圖23 裝飾參數(shù)化模型庫

        (5)地面鋪磚。利用鋪磚工具,精裝模型瓷磚的鋪貼和統(tǒng)計效率提高40%(見圖24)。

        圖24 地面鋪磚

        (6)幕墻參數(shù)化布置。創(chuàng)新使用Dynamo工具,石材幕墻龍骨和埋件布置效率提高60%(見圖25)。

        圖25 幕墻參數(shù)化布置

        4.6 竣工階段應(yīng)用

        參照GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定,將BIM及資料交付建設(shè)單位。

        5 BIM創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

        5.1 BIM+安全監(jiān)測平臺

        新建出站地道便梁架設(shè)、基坑開挖、鋼支撐安裝和地道施工時,平均每10 min有1輛列車通過,安全風(fēng)險非常高。常規(guī)的人工監(jiān)測效率低、風(fēng)險高,項目無法實施,因此創(chuàng)新采用BIM+安全監(jiān)測平臺的新方式進行監(jiān)測[4](見圖26)。

        圖26 既有線基坑安全監(jiān)測平臺

        將采集的位移、應(yīng)力等數(shù)據(jù)實時集成至平臺,監(jiān)測效率提高2倍以上,降低安全成本,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和智能化分級預(yù)警,方便管理人員及時采取有效措施,保證施工安全(見圖27)。

        圖27 監(jiān)測數(shù)據(jù)展示

        5.2 BIM+二維碼物料管理平臺

        二維碼物料管理平臺融合BIM、信息化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代化技術(shù)手段,實現(xiàn)天橋鋼結(jié)構(gòu)從加工到安裝全過程跟蹤管控,準(zhǔn)確率提高70%,工作效率提高50%[5](見圖28)。

        圖28 二維碼物料管理

        5.3 BIM+傾斜攝影模型

        將BIM導(dǎo)入至傾斜攝影模型,真實模擬現(xiàn)場實際狀態(tài),用于土方計算、進場路線、臨建規(guī)劃、尺寸測量等應(yīng)用,效果顯著[6](見圖29)。

        圖29 土方計算和場地規(guī)劃

        5.4 BIM+VR技術(shù)

        將Revit模型與VR技術(shù)結(jié)合,在站房室內(nèi)裝飾階段,項目各方沉浸式瀏覽模型,輔助裝飾方案比選,有效提升候車大廳的建筑品質(zhì)[7](見圖30)。

        圖30 虛擬現(xiàn)實

        5.5 BIM+AR技術(shù)

        利用AR技術(shù)將BIM與圖紙建立對應(yīng)關(guān)系,施工人員只需掃描圖紙,即可看到其對應(yīng)的三維模型,用于技術(shù)討論和現(xiàn)場查看模型(見圖31)。

        圖31 增強現(xiàn)實

        6 應(yīng)用效果及展望

        6.1 應(yīng)用效果

        項目應(yīng)用BIM技術(shù)解決遇到的施工難題,保質(zhì)保量完成施工任務(wù),共節(jié)約施工成本150萬元,縮短工期約60 d。BIM技術(shù)的應(yīng)用改變了項目管理方式,提升了管理水平,BIM技術(shù)進一步落地。創(chuàng)新研發(fā)安全監(jiān)測平臺、二維碼物料管理平臺,對傾斜攝影模型、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實進行了深入應(yīng)用,有效提升了建筑品質(zhì)。

        6.2 應(yīng)用展望

        目前我國已發(fā)布4個BIM技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)清醒地認識到:

        (1)我國BIM技術(shù)仍處于探索階段,還缺乏BIM技術(shù)落地的有效途徑。

        (2)現(xiàn)階段BIM技術(shù)平臺集成度不夠,落地應(yīng)用難,BIM技術(shù)應(yīng)用重點在各單項上,解決工程項目實際問題、提升工作效率[8]。

        (3)BIM技術(shù)日新月異,其與VR、AR、MR、GIS、無人機、3D打印、3D掃描和智慧工地等新技術(shù)的結(jié)合一定會加快建設(shè)行業(yè)信息化進程。

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