BIM技術(shù)在蘭州西站站房工程建設(shè)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐

史建中

BIM技術(shù)在蘭州西站站房工程建設(shè)中的應(yīng)用研究與實(shí)踐

史建中

摘 要：BIM作為建筑全生命周期管理的有效工具，提供了良好的管理平臺(tái)。對(duì)BIM技術(shù)在蘭州西站站房工程中的應(yīng)用研究與實(shí)踐進(jìn)行探討，在工程設(shè)計(jì)、組織設(shè)備采購(gòu)、工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等諸多方面，開展了BIM的初步應(yīng)用。同時(shí)，闡述了蘭州西站站房工程建設(shè)中BIM應(yīng)用存在的問題及解決方法。關(guān)鍵詞：BIM；鐵路站房；建筑工程；施工；管理

1 概述

在蘭州西站站房工程建設(shè)中應(yīng)用了BIM技術(shù)。通過編寫“新建寶雞至蘭州鐵路客運(yùn)專線蘭州西站站房工程BIM實(shí)施方案”，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名專家咨詢審查，明確了研究應(yīng)用方向；研發(fā)、搭建了蘭州西站BIM建設(shè)管理平臺(tái)，解決了設(shè)計(jì)、咨詢、建設(shè)、施工、監(jiān)理等單位異地的協(xié)同作業(yè)問題；形成蘭州西站站房真實(shí)3D實(shí)物模型，對(duì)將建成后的站房站場(chǎng)可通過漫游，直觀了解各部實(shí)際結(jié)構(gòu)，提出方案優(yōu)化意見；通過多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，進(jìn)程可同步搭接優(yōu)化，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間；通過硬碰撞、軟碰撞檢測(cè)，解決差錯(cuò)漏碰，避免返工窩工；通過模擬時(shí)序搭建，提前掌握施工工序同步、搭接的效果，提高施工效率；通過不斷錄入詳盡數(shù)據(jù)和記錄工程實(shí)施中的實(shí)際數(shù)據(jù)，修正模型，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供既可視又詳盡的站房、設(shè)備技術(shù)履歷；實(shí)現(xiàn)BIM模型輕量化，能夠使BIM模型在主流計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，通過基于BIM模型的維護(hù)管理系統(tǒng)開發(fā)，把站房建設(shè)中所有有用的信息整合到一個(gè)系統(tǒng)，使信息都能交互；實(shí)現(xiàn)管線管網(wǎng)智能判斷，通過建筑自動(dòng)控制系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、檢測(cè)、報(bào)警數(shù)據(jù)與BIM無縫結(jié)合；能利用智能終端設(shè)備獲取的電子標(biāo)簽顯示對(duì)應(yīng)的BIM設(shè)備工程模型，并獲得相應(yīng)設(shè)備的屬性、狀態(tài)及運(yùn)維工單信息；實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)備的維保周期自動(dòng)生成設(shè)備維保計(jì)劃表，兌現(xiàn)閉環(huán)管理流程；實(shí)現(xiàn)在運(yùn)維階段信息模型中設(shè)備的替換功能。

2 BIM在蘭州西站站房工程建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 方案展示匯報(bào)評(píng)審

通過向清華大學(xué)土木系張建平、華中科技大學(xué)BIM工程中心何關(guān)培、中建技術(shù)中心李云貴等國(guó)內(nèi)知名專家咨詢審查，對(duì)“新建寶雞至蘭州鐵路客運(yùn)專線蘭州西站站房工程BIM實(shí)施方案”提出完善意見，為BIM技術(shù)研究應(yīng)用實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖的明確表達(dá)，對(duì)西站站房工程的整體布局，對(duì)車站南北廣場(chǎng)的劃分可以進(jìn)行三維立體的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)站房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)可以提前體驗(yàn)。由于BIM模型提供了豐富的信息資源，可以讓建設(shè)、施工、運(yùn)維等各方準(zhǔn)確掌握該項(xiàng)目的工程情況。蘭州西站站房工程及南北廣場(chǎng)模型見圖1，蘭州西站站房?jī)?nèi)部機(jī)電設(shè)備模型見圖2。

2.2 BIM建設(shè)管理平臺(tái)

BIM建設(shè)管理平臺(tái)以BIM體系下的相關(guān)技術(shù)作為支撐，對(duì)工程建設(shè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視管理。主要功能為：模型發(fā)布、交付確認(rèn)、變更確認(rèn)、模型的流水段劃分、工程量模型化提取、基于BIM的施工全過程等。由于西站BIM整體模型大，日常查看、修改不方便；設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、監(jiān)理等職能人員不在同一地域或同一地方辦公，無法便捷地對(duì)工程情況進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流。通過基于BIM的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的無損分割、拼接，以解決在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于BIM模型大數(shù)據(jù)的傳輸問題，解決了各單位之間的遠(yuǎn)程協(xié)同、溝通問題，并使問題可追朔。BIM建設(shè)管理平臺(tái)界面見圖3。

圖1 蘭州西站站房工程及南北廣場(chǎng)

圖2 蘭州西站站房?jī)?nèi)部機(jī)電設(shè)備

2.3 復(fù)雜工藝模擬、設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)于復(fù)雜工程，傳統(tǒng)的二維是無法完全表達(dá)其結(jié)構(gòu)信息的，BIM技術(shù)可以三維立體地展示工程結(jié)構(gòu)及各專業(yè)之間的關(guān)系。在蘭州西站站房工程建設(shè)過程中同濟(jì)設(shè)計(jì)院采用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)計(jì)，對(duì)很多機(jī)電設(shè)備設(shè)施之間的碰撞在設(shè)計(jì)期進(jìn)行大量處理，為施工后期的優(yōu)化返工、材料浪費(fèi)作出較大貢獻(xiàn)。采用BIM模型進(jìn)行工程施工也可以為施工單位合理安排工序及指導(dǎo)施工提供幫助，在站房工程的建筑施工過程中，可以結(jié)合BIM模型提前預(yù)留機(jī)電管道的安裝墻洞，從而為整個(gè)工程的成本降低起了重要作用。機(jī)電設(shè)備橋架的管槽見圖4。

在特殊工藝施工過程中BIM技術(shù)為現(xiàn)場(chǎng)人員提供了有效的指導(dǎo)，可以預(yù)先通過設(shè)計(jì)方或?qū)I(yè)人員對(duì)復(fù)雜工程的安裝進(jìn)行模擬，通過模擬指導(dǎo)可以讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員快速掌握其安裝方法和注意要點(diǎn)，同時(shí)也可以為監(jiān)理提供直觀的參考依據(jù)，從而為工程進(jìn)度和質(zhì)量提供了可靠保障。復(fù)雜環(huán)梁施工指導(dǎo)見圖5，主梁施工指導(dǎo)及注意事項(xiàng)見圖6。

圖3 BIM建設(shè)管理平臺(tái)界面

圖4 機(jī)電設(shè)備橋架的管槽

圖5 復(fù)雜環(huán)梁施工指導(dǎo)

圖6 主梁施工指導(dǎo)及注意事項(xiàng)

2.4 4D施工模擬

進(jìn)度是工程建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵要素，BIM技術(shù)在西站站房工程中的4D施工模擬為工程的進(jìn)度安排提供了有效幫助，現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理人員通過該平臺(tái)可以在電腦中預(yù)先安排各專業(yè)工程之間的施工安裝順序，并會(huì)同相關(guān)工序技術(shù)人員進(jìn)行虛擬搭接、平行作業(yè)反復(fù)優(yōu)化搭建，通過模擬發(fā)現(xiàn)不合理并及時(shí)處理調(diào)整，按最佳方式固化4D流程，達(dá)到在計(jì)算機(jī)中完成一套合理的施工安排，避免了在現(xiàn)場(chǎng)中返工、窩工現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)到了20個(gè)月蘭州西站20多萬m2站房工程全面建成“全國(guó)高鐵示范站”并投用的目的。西站站房4D施工模擬平臺(tái)見圖7。

圖7 西站站房4D施工模擬平臺(tái)

2.5 多專業(yè)多工種施工工序模擬

大型站房工程施工比較復(fù)雜的項(xiàng)目包括機(jī)電設(shè)備的安裝，在同一個(gè)區(qū)域會(huì)同時(shí)出現(xiàn)給排水、消防、暖通、強(qiáng)弱電等專業(yè)的管線及設(shè)備，而且各專業(yè)設(shè)備之間的安裝要求均比較嚴(yán)格，如果不能合理安排多專業(yè)多工種的工作順序，將會(huì)造成返工浪費(fèi)、窩工延時(shí)等系列問題。BIM技術(shù)輔助現(xiàn)場(chǎng)工程管理人員對(duì)多專業(yè)多工種之間的施工順序進(jìn)行了合理安排，為工程施工提供有效幫助。多專業(yè)多工種之間的施工安裝順序見圖8。

圖8 多專業(yè)多工種之間的施工安裝順序

2.6 鋼結(jié)構(gòu)吊裝模擬

蘭州西站站房屋架采用鋼結(jié)構(gòu)，由于站房跨度大，鋼結(jié)構(gòu)安裝比較復(fù)雜，不合理的安裝將會(huì)造成質(zhì)量、安全等事故，因此對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝必須進(jìn)行嚴(yán)格把控。BIM技術(shù)通過信息模型的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)形式進(jìn)行再現(xiàn)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝進(jìn)行預(yù)先模擬，從而保證了工程的質(zhì)量及安全。吊裝鋼柱模擬見圖9。

圖9 吊裝鋼柱模擬

2.7 BIM模型碰撞檢測(cè)與優(yōu)化

通過BIM模型碰撞檢測(cè)，在設(shè)計(jì)階段協(xié)助設(shè)計(jì)院共計(jì)發(fā)現(xiàn)問題175處。其中建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)問題55處，機(jī)電設(shè)備管線問題120處，并在設(shè)計(jì)階段已全部解決，未將問題遺留至施工階段。建筑功能區(qū)域凈空不夠檢查見圖10。

在施工過程中施工單位結(jié)合BIM模型對(duì)西站站房中的機(jī)電工程進(jìn)行了碰撞檢測(cè)及施工深化，對(duì)檢測(cè)到的軟硬碰撞均做了調(diào)整，對(duì)安裝不合理之處，與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通優(yōu)化，最終達(dá)到站房機(jī)電系統(tǒng)的完整，布局整齊清晰，安裝結(jié)構(gòu)合理。西站站房機(jī)電管線工程見圖11。

圖10 建筑功能區(qū)域凈空不夠檢查

2.8 運(yùn)維單位通過BIM模型提前介入工程

在項(xiàng)目建設(shè)過程中，運(yùn)維單位已經(jīng)通過BIM模型對(duì)工程結(jié)構(gòu)有了清楚的認(rèn)識(shí)，提出了適合運(yùn)維要求的改進(jìn)意見，為竣工驗(yàn)收和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)運(yùn)維單提前介入后也對(duì)工程資料的電子化建立提出要求，為達(dá)到BIM在工程全周期管控發(fā)揮較大作用。

2.9 為運(yùn)維系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

在項(xiàng)目建設(shè)初期，樞紐指揮部就建立了一個(gè)蘭州樞紐BIM建設(shè)項(xiàng)目管理的服務(wù)器，在西站站房工程中設(shè)計(jì)、施工、建指及監(jiān)理通過此服務(wù)器完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目文件的交付、工程施工交底、工程深化、工程變更等一系列工作；在施工過程中，材料的進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)加工、出庫(kù)使用等信息均在BIM服務(wù)器上記錄；在設(shè)備采購(gòu)過程中，設(shè)備的使用說明書、廠家信息、設(shè)備檢修要求、采購(gòu)信息等同時(shí)錄入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)；通過照片及視頻的方式對(duì)隱蔽工程施工過程進(jìn)行記錄；對(duì)于變更及現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)信息模型不一致的地方進(jìn)行了及時(shí)修改并上傳。上述所有工程數(shù)據(jù)均在指揮部BIM服務(wù)器中存儲(chǔ)，并與BIM模型中的工程對(duì)象進(jìn)行逐一對(duì)應(yīng)，方便工程建設(shè)管理方查閱，也為運(yùn)營(yíng)維護(hù)系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖11 西站站房機(jī)電管線工程

3 BIM應(yīng)用存在的問題及解決方法

3.1 模型數(shù)據(jù)的來源及各階段數(shù)據(jù)的繼承性

作為一個(gè)BIM應(yīng)用項(xiàng)目，最重要的是數(shù)據(jù)問題。如果沒有一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)來源則無法建立一套完整的BIM工程應(yīng)用。對(duì)此，在西站站房工程BIM應(yīng)用過程中，由蘭州樞紐指揮部牽頭，同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院及參建的施工單位及監(jiān)理單位，并聘請(qǐng)鐵一院作為BIM咨詢方，共同組建BIM數(shù)據(jù)的應(yīng)用鏈來保證數(shù)據(jù)的創(chuàng)建及各階段的繼承。

該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段就要求設(shè)計(jì)方出BIM施工文件，并經(jīng)甲方認(rèn)可BIM格式的施工文件，這使得對(duì)BIM數(shù)據(jù)的建立從政策上做出明確的要求，在由同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院完成的BIM文件交付甲方時(shí)，甲方組織咨詢方、施工方及監(jiān)理單位對(duì)數(shù)據(jù)的完整性、正確性進(jìn)行審核，最終交付施工單位使用。

設(shè)計(jì)期的數(shù)據(jù)交付甲方后為了較好地繼承到施工期直至后期的運(yùn)維階段，由指揮部組織委托BIM咨詢單位開發(fā)了“蘭州西站BIM建設(shè)管理平臺(tái)”，各單位項(xiàng)目文件交付及應(yīng)用需要通過此平臺(tái)進(jìn)行，可以保證各階段數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行傳輸及繼承。

3.2 各參建單位之間基于BIM的溝通與協(xié)同

在工程建設(shè)管理過程中，各參建單位之間的信息溝通比較頻繁，有些工作甚至需要多個(gè)單位協(xié)作才能完成，傳統(tǒng)方式使得這些工作復(fù)雜而不易進(jìn)行，有些簡(jiǎn)單的工作需要參與單位人員親自到現(xiàn)場(chǎng)才能完成，造成時(shí)間和成本浪費(fèi)。西站站房建設(shè)過程中采用BIM建設(shè)管理平臺(tái)進(jìn)行溝通和協(xié)作，使原本比較復(fù)雜的事情可以在異地輕松處理，表現(xiàn)最為突出的管線碰撞問題，通過協(xié)同平臺(tái)得到了很好的解決。

3.3 綜合管線各專業(yè)施工流程不順、不暢的問題

綜合管線施工過程中較為嚴(yán)重的問題就是各專業(yè)施工流程不順、不暢的問題，對(duì)于管線安裝工程需要多個(gè)專業(yè)按照一定順序協(xié)同進(jìn)行，不合理的施工安排會(huì)導(dǎo)致管線安裝后，后續(xù)工程無法安裝，或者本應(yīng)處于后續(xù)工程的安裝到先序工程之前，這些問題都會(huì)導(dǎo)致返工和窩工現(xiàn)象的發(fā)生，西站綜合管線各專業(yè)采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬安裝工序及指導(dǎo)學(xué)習(xí)安裝工藝，保證了現(xiàn)場(chǎng)安裝工程的有序合理完成，使得工程返工降到最低。

4 結(jié)束語

BIM是IT技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域運(yùn)用所產(chǎn)生的最新成果，已經(jīng)深刻地影響了建筑業(yè)的方方面面。在此，主要對(duì)BIM技術(shù)在蘭州西站站房工程中應(yīng)用研究與實(shí)踐進(jìn)行探討，在工程設(shè)計(jì)、組織設(shè)備采購(gòu)、工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等諸多方面，開展了BIM的初步應(yīng)用。BIM作為建筑全生命周期管理的有效工具，提供了良好的管理平臺(tái)；BIM技術(shù)在建造階段的關(guān)鍵作用，隨著BIM相關(guān)理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，必將發(fā)揮更大的作用。

5 參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．建質(zhì)［2011］67號(hào)2011—2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要[S]．

[2]全國(guó)BIM技能等級(jí)考評(píng)工作指導(dǎo)委員會(huì)（中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì)）．BIM技能等級(jí)考評(píng)大綱[S]，2012．

史建中：蘭州鐵路局蘭州樞紐工程建設(shè)指揮部，高級(jí)工程師，甘肅 蘭州，730000

責(zé)任編輯 盧敏

中圖分類號(hào)：U21；TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2015）05-0058-04