BIM協(xié)同平臺在鐵路工程建造階段的應用研究

■ 王永義 李延 劉偉

BIM協(xié)同平臺在鐵路工程建造階段的應用研究

■ 王永義 李延 劉偉

以鐵路工程建造階段BIM應用需求為切入點，闡述BIM協(xié)同平臺承載可視化交底、施工方案模擬、施工組織設計和流程管理等實際應用價值。BIM協(xié)同平臺的設計主要采用C/S架構，根據(jù)參與方不同設置登錄權限，基于系統(tǒng)集成化和信息協(xié)同的理念，BIM協(xié)同平臺共分為8大模塊，實現(xiàn)了基于BIM的多參與方協(xié)同工作。

BIM；協(xié)同平臺；系統(tǒng)集成；C/S架構；可視化交底

隨著鐵路BIM技術的深入推進，單純建立BIM模型已經(jīng)遠遠不能滿足工程建造的實際需求。BIM技術最初在建筑領域得以大力推廣，主要原因是其較好地解決了機電安裝工程各專業(yè)的碰撞問題，但這一價值點在鐵路工程建造階段應用并不廣泛，因為鐵路橋梁、隧道、路基等工程對碰撞檢測價值點需求較低。這就意味著鐵路工程BIM技術進一步推進急需一個較好的突破口，而BIM協(xié)同平臺的應用逐步走入了人們的視野。

1 協(xié)同平臺承載的BIM應用價值

1.1 優(yōu)化二維設計，查缺補漏

與傳統(tǒng)二維設計相比，BIM設計信息在不同工程階段及不同專業(yè)間傳遞沒有損失，傳遞效果更佳。據(jù)2007年美國一個統(tǒng)計資料顯示，數(shù)據(jù)互用性不足使建設項目平均增加3.1%的成本和3.3%的工期延誤。設計協(xié)同使對圖和后期修改工作量大減，設計工作重心前移，突出方案比選和技術優(yōu)化，一旦模型關聯(lián)關系確定，修改便利，一處修改，處處更新。計算與繪圖相融合。多方、多專業(yè)在同一平臺上工作，實現(xiàn)了高效協(xié)同與統(tǒng)一。項目成果既可以以二維形式輸出表達，也可以以三維信息模型方式交付。

如果設計成果以二維圖紙成果交付，通過BIM軟件將二維圖紙三維化后，一些空間碰撞可以直觀反映出來，查漏補缺，及時對設計考慮不周之處進行優(yōu)化，避免施工時影響進度和質量。1.2 施工過程中的可視化交底

利用BIM技術，BIM協(xié)同平臺將二維數(shù)據(jù)轉換成三維模型在平臺客戶端顯示出來，并進行交互處理。平臺可視化技術在鐵路行業(yè)的作用非常大，如傳統(tǒng)施工藍圖，只是將構筑物信息在圖紙上以二維方式表達，但真正便于人們理解的三維實體只能通過腦海中將二維圖紙轉換為三維實體，這個過程就可能存在理解偏差，最終導致建造出來的樣子偏離設計意圖。尤其對于一些體量大、造型奇特、施工方案復雜的工程，這種偏差造成的損失往往是巨大的。BIM平臺不僅吸取了BIM技術的三維化特點優(yōu)勢，而且通過時間軸驅動，將各類資源和模型實時互動，隨時直觀查詢和交底施工過程中的各類信息數(shù)據(jù)。

1.3 重大施工方案虛擬建造

通過BIM三維信息模型，可以事先進行過程模擬演示。可全部、局部、單個節(jié)點，可反復推敲設計施工方案，可多方案比較，選擇最優(yōu)方案，達到最佳效果，避

免失誤，防范風險。模擬過程使參與各方溝通更容易，使建設各方更直接使用信息模型，技術交底更便利，放樣更簡便，決策周期更短、更科學。

1.4 施工組織模擬

傳統(tǒng)建造過程中，進度、資源與設計不是自動關聯(lián)，而運用BIM技術，可將進度加入到BIM模型中，形成4D技術，再加入資源形成5D技術。可實時關注項目進度和成本情況，可實施最大化的精細管理與施工組織，使信息化和標準化更好結合。未來5D技術力圖實現(xiàn)四大目標：節(jié)省5%～15%的建造成本；縮短5%～15%的項目工期；提高20%～30%的項目質量；降低項目決策風險，提高投資效益。

1.5 流程管理

通過建立建筑信息模型，實施項目的數(shù)字化安全管理、質量管理、技術管理與經(jīng)濟管理。技術方面包含深化設計、進度管理、工作面管理、圖紙管理、場地管理、管線和構件碰撞檢查及運營維護等；經(jīng)濟方面包含工程量計算、預算管理、合同管理、成本管理和勞務管理等。

2 BIM協(xié)同平臺的信息處理

在鐵路工程建造階段，BIM技術可優(yōu)化管理效率和管理流程，增強項目風險控制能力，實現(xiàn)精細化管理，而BIM協(xié)同平臺就是實現(xiàn)以上價值點的實際載體，平臺的信息處理能力高低直接影響B(tài)IM價值發(fā)揮的好壞。

2.1 平臺數(shù)據(jù)信息處理架構

由于鐵路工程BIM模型數(shù)據(jù)量較大，為保證平臺流暢運行，系統(tǒng)采用C/ S結構，用戶通過客戶端實時訪問BIM協(xié)同平臺數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)的分析和處理通過服務端實現(xiàn)，客戶端（主要為PC端和移動端）和服務端通過網(wǎng)絡的連接實時交互數(shù)據(jù)。信息處理架構見圖1。

2.2 平臺數(shù)據(jù)的來源和輸出

圖1 信息處理架構

鐵路工程建造階段的數(shù)據(jù)量非常大，數(shù)據(jù)格式非常多而復雜，有很多現(xiàn)實困難。目前的困難是沒有找準切入口，也就是基礎數(shù)據(jù)采集，不解決基礎數(shù)據(jù)的來源問題，后面的業(yè)務報表、統(tǒng)計分析都是無源之水。BIM協(xié)同平臺很好地解決了工程項目基礎數(shù)據(jù)的采集問題，為工程項目信息化提供了很好的切入口和底層數(shù)據(jù)庫。

（1）平臺數(shù)據(jù)的來源。傳統(tǒng)信息化平臺（如ERP系統(tǒng)），施工現(xiàn)場操作人員往往只是按照上級的要求錄入一些數(shù)據(jù)，增加了額外工作量，且無法直接從這些工作中受益。BIM協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)來源主要為兩條線：一條是計劃線，將項目的日計劃、周計劃、月計劃、季度計劃和年計劃等導入平臺，自動和BIM模型進行匹配；另一條是電子施工日志，主要分為技術日志、安全日志和質量日志。施工技術日志可對施工技術信息進行添加、修改、刪除操作，包括技術情況、機械情況、施工內容、材料情況和人員情況的添加、修改、刪除操作；施工安全日志可對施工安全信息進行添加、修改、刪除操作，包括施工安全日志編號、施工安全管理檢查、施工作業(yè)安全檢查、危險源識別及控制的添加、修改、刪除操作；施工質量日志可對施工質量信息進行添加、修改、刪除操作，包括工種持證上崗情況、設備符合要求情況、原材料送檢情況、其他項目、檢驗批檢測項、自檢存在問題及整改情況、上級部門檢查問題和質量事故的添加、修改、刪除操作。

（2）平臺數(shù)據(jù)的輸出。錄入BIM協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析、處理后，

利用網(wǎng)絡計劃法、S曲線法、香蕉曲線法等形成圖表，便于人們對當前項目的進度、安全、質量等方面進行直觀理解和判斷。由于鐵路項目大多為野外作業(yè)，施工環(huán)境惡劣，信息化軟、硬件條件較差，現(xiàn)場環(huán)境變化頻繁，故BIM協(xié)同平臺在PC端數(shù)據(jù)輸出的基礎上，還應加強移動端查詢BIM協(xié)同平臺數(shù)據(jù)的能力，移動端BIM應用是施工現(xiàn)場的實際需要，更有利于發(fā)揮BIM在溝通、數(shù)據(jù)查詢方面的價值。

3 應用案例分析

以寶蘭客專石鼓山隧道為例進行案例分析。

（1）臨建模型及工程量。完成了石鼓山隧道2#攪拌站、四工區(qū)駐地的臨建模型（見圖2、圖3），并根據(jù)所建立的模型進行了工程量統(tǒng)計。

（2）BIM模型在Skyline平臺展示（見圖4）。

（3）整合BIM模型與地質模型（見圖5）。

（4）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)整合。首先通過中建交通寶蘭客專《施工監(jiān)測信息系統(tǒng)》把施工過程中監(jiān)控量測數(shù)據(jù)生成報告，然后把生成的監(jiān)控量報告載入相應斷面的隧道三維模型中，通過點擊隧道三維模型中的測量斷面達到調出監(jiān)控量報告的目的（見圖6）。

（5）超前地質預報數(shù)據(jù)整合。超前地質預報報告載入相應斷面的隧道三維模型中，通過點擊隧道三維模型中的斷面達到調出超前地質預報報告的目的（見圖7）。

（6）檢驗批資料載入隧道三維模型。為了便于施工資料管理和控制，在施工過程中把檢驗批載入到隧道BIM模型中（見圖8）。

（7）施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控。為了實現(xiàn)石鼓山隧道施工的安全管理，安裝了隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)（見圖9），通過通信光纜把監(jiān)控信號時時傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上。

圖2 2#攪拌站臨建模型

圖5 BIM模型與地質模型初步整合

圖6 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)載入BIM模型

圖7 超前地質預報載入BIM模型

圖8 檢驗批資料載入BIM模型

圖9 隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（8）三維施工模擬及交底。對設計模型轉換為施工模型，并對施工過程進行三維動態(tài)模擬，以便能更有效地進行三維交底（見圖10）。

（9）施工工序轉換的施工模擬。對三臺階臨時仰拱法轉換為雙側壁導坑法的施工工序進行了模擬（見圖11）。

在以上應用的基礎上，項目集成各項研究成果（如將GIS模型、BIM模型和地質模型有效集成和關聯(lián)），將可視化交底、進度管理、監(jiān)控量測、超前地質預報、視頻監(jiān)控等有機結合，定制開發(fā)了BIM協(xié)同平臺（見圖12）。

隧道BIM協(xié)同平臺的應用，一方面給項目參與各方提供了三維直觀的交流平臺，提高了管理效率；另一方面可以使項目管理工作重心更偏向管理，將一些機械的技術工作交給計算機完成，從而將更多精力放在管理上。如在進度控制環(huán)節(jié)，項目管理人員將著重分析進度偏差形成的原因、應采取的措施和如何預防進度偏差，而不會將大量時間用于編制進度計劃和調整計劃；在成本管理環(huán)節(jié)，項目管理人員將著重對隧道經(jīng)濟指標進行分析，而不再將一半以上的時間用于工程量計算和統(tǒng)計上。

圖10 三臺階臨時橫撐法施工模擬及交底

圖11 三臺階臨時仰拱法轉雙側壁導坑法施工模擬

圖12 BIM協(xié)同平臺界面

4 結束語

BIM是鐵路工程數(shù)字建造歷史上的一個革新。BIM協(xié)同平臺實現(xiàn)了基于BIM的多參與方協(xié)同工作，平臺的推廣是鐵路工程BIM技術由建模為主向應用為主轉型的重要標志，也是BIM技術切實提高鐵路工程建造階段管理信息化水平和工作效率的切入點。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要[J].中國勘察設計，2011(6)：52-57.

[2] 張建平，曹銘.基于IFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統(tǒng)[J].工程力學，2005，22(增刊)：220-227.

王永義：中建交通建設集團有限公司，總工程師，北京，100142

李 延：西蘭鐵路客運專線陜西有限責任公司，工程師，陜西 西安，710043

劉 偉：中建交通建設集團有限公司，工程師，北京，100142

責任編輯高紅義

U25；TP319

A

1672-061X（2014）05-0023-04