基于BIM的鐵路車站綜合體改擴建工程施工管理應用研究

連茜椰，何越磊，程巖，路宏遙，劉俊

基于BIM的鐵路車站綜合體改擴建工程施工管理應用研究

連茜椰1，何越磊1，程巖2，路宏遙1，劉俊1

(1. 上海工程技術大學 城市軌道交通學院，上海 201600；2. 中國鐵路上海局集團有限公司 上海鐵路樞紐工程建設指揮部，上海 200040)

鐵路車站綜合體改擴建工程具有多專業協作、多部門監管和多條件制約等特點，施工進度難以控制、資源浪費、材料損耗嚴重、工程資料管理滯后等問題在此類工程中凸顯。利用BIM(Building Information Modeling)創建信息、管理信息、共享信息的優勢，從施工進度動態管控、綜合管線碰撞檢查、物資材料管理以及工程資料管理收集4個方面研究BIM技術在鐵路車站綜合體施工管理中的具體應用，并通過實際工程案例驗證該方法的可行性。研究結果表明：BIM技術提高鐵路車站綜合體的施工管理效率達到50%，對鐵路車站綜合體改擴建工程施工在信息共享、進度管理、快捷施工上提供了有效的技術手段。

鐵路車站綜合體；改擴建工程；施工管理；BIM

隨著城市交通的飛速發展，鐵路車站綜合體作為疏導交通的中樞紐帶在居民出行中扮演著重要角色。為了方便旅客出行并且最大化滿足客運需求，對鐵路車站綜合體進行擴能改建勢在必行。但是，在改擴建施工中不僅涉及接觸網、信號、電力、通信等眾多專業，且需要不影響列車線路正常運營，改擴建施工具有多專業協作、多部門監管、多條件制約、信息量龐雜等特點。為了減少施工對運營交通的影響，需要在短期時間內保質保量地完成鐵路車站綜合體改擴建工程的施工作業。在如此復雜的施工環境和條件下，傳統的建設管理方式已然無法滿足鐵路車站綜合體改擴建工程施工管理的需要。BIM技術實現了項目全生命周期內信息地不斷更新和協同管理，使不同參與方之間信息互聯互通，不僅有效地縮短了項目建設周期，而且對降低成本、提升工程質量也有顯著作用[1]。目前，國內外針對BIM在鐵路車站綜合體施工管理方面已展開部分研究。曾紹武等[2]通過研發地鐵BIM 4D管理系統平臺，對地鐵車站實現三維可視化交底、施工過程模擬、4D施工動態管理、工程量提取、4D動態沉降監測等功能。歐陽業偉等[3]研究了基于BIM在地鐵工程中應用可視化施工過程模擬、4D虛擬建造技術、圖像化施工進度管理以及碰撞檢測進行施工進度管理，并結合具體案例驗證了該方法的可行性。周少東等[4]針對傳統的地鐵管理模式，構建出基于BIM環境下的進度、成本、質量和安全的集成管理系統，實現集成管理控制的目標。這些研究為施工管理提出了解決方案，促進了BIM技術在我國鐵路車站綜合體施工管理上的發展，現有研究雖然在施工管理上做了很多的探索，但針對鐵路車站改建施工管理方面還欠缺研究經驗，有較大的探索空間。基于此，本文提出BIM技術在鐵路車站綜合體改擴建施工管理方面的實施流程和應用措施，從施工進度動態管控、綜合管線碰撞檢查、物資材料管理以及工程資料可視化管理4個方面進行綜合分析，并通過具體的工程實例驗證了該管理方法的實用價值，以期為鐵路建設管理工作提供有效的技術管理手段。

1 引入BIM技術的必要性分析

鐵路車站綜合體改擴建工程緊鄰地鐵、公交、出租車等多模式交通交匯區，為減少施工對城市居民交通、生活方面的影響，使旅客出行更加便利，對工期要求嚴格。但由于不同專業穿插施工，需各工種之間緊密協作，進度編制以及跟蹤困難問題比較顯著，專業作業面之間相互“打架”的情況經常發生，對工期造成影響。項目部通常無法及時掌控施工現場實際進度，無法預測并解決施工區域可能出現的延誤情況[5]。

此外，鐵路車站綜合體擴建工程也是城市的永久標志性工程，作為鐵路領域的重點建設項目，由于質量水平備受廣大社會民眾關注，因此對質量管理方法提出了更加嚴格的要求。鐵路車站綜合體改擴建工程包含多個系統，各工種之間很容易發生碰撞，相互影響施工質量。

鐵路車站綜合體改擴建工程涉及接觸網、信號、電力、通信等眾多專業，施工過程中產生大量的工程資料。

在改建施工的同時還需要不影響列車線路正常運營，因此該類工程受到各專業、各條線、各部門以及鐵路運輸等多條件相互制約影響。

鐵路車站綜合體改擴建工程的多專業協作、多部門監管、多條件制約等特點，加大了改擴建工程施工管理的難度，施工進度難以控制、資源浪費、材料損耗嚴重、工程資料管理滯后等問題在此類工程中凸顯。給改擴建工程施工管理造成巨大壓力，直接影響整個項目的經濟和社會效益。

基于BIM的創建信息、管理信息、共享信息的優勢[6?8]，將BIM應用于鐵路車站綜合體改擴建施工管理中，從施工進度動態管控、綜合管線碰撞檢查、物資材料管理及工程資料管理收集4個方面進行綜合管理，基于BIM的鐵路車站綜合體改擴建施工管理模式，改變了傳統的施工管理理念，提高了鐵路項目管理的集成化程度。

2 BIM在鐵路車站綜合體改擴建施工管理中的實施流程

基于BIM技術的鐵路車站綜合體施工管理是在創建BIM模型的基礎上[9?10]，從進度、管線、物資材料以及工程資料4個方面進行探索研究，圖1為研究過程技術路線圖，為鐵路綜合體改擴建工程施工管理提供了新的管理理念，加快了鐵路工程建設效率。

圖1 研究過程技術路線

2.1 施工進度動態管控

進度管理是鐵路車站綜合體改擴建工程施工管理中的一項重要環節。傳統的鐵路車站綜合體進度管理辦法多采用網絡計劃圖、甘特圖以及施工組織進度管理等二維方式，不能詳盡地表達施工各階段構筑物的邏輯關系。BIM4D虛擬施工為工程的三維可視化問題提供了新的解決方案。

基于BIM的4D虛擬施工是三維信息模型與時間維度的集成。其構建過程包括根據施工方案和施工進度目標等資料基于 WBS(工作結構分解)制訂進度計劃、創建鐵路車站綜合體三維建筑信息模型以及三維建筑信息模型與進度計劃進行關聯。在進度管理中，根據BIM4D虛擬施工可以按照改擴建工程的施工方案模擬實際的建設過程，通過反復模擬整個施工過程，發現施工過程存在的問題并進行4D模型的調整，進而優化施工方案，對工程進度實現三維動態管理，進而指導施工作業。

2.2 綜合管線碰撞檢查

目前，鐵路建設施工階段，項目人員通常依據建設圖紙直接組織施工，但是平面圖紙在設計時的“錯、漏、碰、缺”問題時有發生，當施工期間碰到發生沖突時，隨即停工對方案加以修改，然后進行返工，導致資源浪費、工期延誤等問題。鐵路車站綜合體改擴建工程聚集了各專業綜合管線，其數量巨大、走向錯綜復雜，施工時極易產生交叉沖突。在BIM平臺中對鐵路車站綜合體改擴建工程各專業綜合管線進行碰撞檢查，發現問題后組織設計協調會議處理碰撞及設計協調問題。根據碰撞檢測結果和項目實際情況調整管線的空間布局，管線調整優化完成后，可以在BIM平臺中導出新的平、立、剖面圖紙，直接指導施工。提前顯露并解決施工期間可能出現的問題，降低正式施工時出現問題的可能性，以達到節省資源、縮短工期的目的。

信息社會高校思想政治教育面臨的困境及出路 … …………………………………… 晁鐘丹，牛余鳳（2．108）

2.3 物資材料管理

在傳統的物料管理模式下，項目管理部門根據施工現場具體情況定制相應的物資管理流程和規范。整體步驟是通過施工現場的施工員、材料員以及保管員等人來共同完成[11?13]。鐵路車站綜合體改擴建工程施工現場復雜多樣，使其施工現場物資材料管理周期較長、類型龐雜、方式繁瑣。材料管理伴有核算不精準、申報審核不嚴格以及變更手續拖延處理等問題，造成材料大量損耗、現場堆積、停工待料以致增加工程成本。

在建立鐵路車站綜合體三維信息模型時接觸網、柱子、站臺等構件屬性信息例如強度等級、材質、規格等已經包含其中，鐵路車站綜合體改擴建工程進行物資材料管理，在BIM5D平臺中可以根據進度計劃、部位、不同材料類型快速查詢所需工程量，項目部在安排物資計劃時，根據施工人員要求按流水段劃分或者時間迅速計算需要的物資數量進而協助相關負責人員編寫采購方案。不僅確保了施工與工期的連續性，而且能更好的利用流動資金、降低物資的二次搬運以及庫存量。作為發放材料部門的參照，可以防止漏發、錯發、多發的情況發生，降低對材料的浪費。

2.4 工程資料管理收集

鐵路車站綜合體改擴建施工周期較長，隨著工程的不斷開展會產生大量多專業資料文檔，但是傳統的施工資料一般保存在紙質媒介上，在漫長的建設過程中，建設工程從開始到竣工的施工依據很難查找，造成大量資料丟失、管理不協調等問題，依據BIM信息化的管理模式，建立鐵路車站綜合體模型化信息管理系統，實現模型和資料相集成，對于提高鐵路車站資料管理水平意義重大。

首先，建立鐵路車站綜合體三維信息模型，然后根據《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》對改擴建工程資料進行分類整合，最后在基礎設施智慧服務系統(infrastructure Smart Service System，iS3)平臺上進行二次開發，將施工中的各類信息及時錄入平臺與模型進行關聯，可以在系統中快速查詢構件對應的圖紙信息、現場施工照片、檢驗批、施工流程等各種資料并進行多方協調溝通，宏觀掌控工程信息，將資料電子化、系統化，更加實現工程資料可視化的管理方式。不僅為施工階段的資料管理提供了技術手段，同時也為后期的竣工檔案資料歸檔提交提供了有力的支撐材料[14?15]。

3 案例分析

京滬線某鐵路車站綜合體由普速站房、高架站房和站場三部分組成，普速站房結構兩層，總面積3 000 m2，高架站房結構一層，總面積6 000 m2，站場規模為4臺7線，改擴建工程涉及接觸網、信號、電力、通信等多個專業穿插進行施工作業，工程量浩大，協調相對困難。

京滬線某鐵路車站綜合體交匯處包括地鐵、公共汽車、出租車等許多交通出行方式，為減少對城市生活、交通影響，確保改建工程按時按質順利開展，需要進行多方溝通對工程統籌規劃，合理安排，運用信息化手段進行施工管理。

1) 由于京滬線某鐵路車站綜合體在不影響既有京滬線正常運營下進行工程建設，改擴建工程分為4個階段進行過渡施工。在京滬線某鐵路車站綜合體施工前，將建立好的車站三維模型與施工進度信息進行鏈接，以動態的方式展示整個站改過渡方案，形成如圖2所示虛擬4D施工動畫。通過有效管理、審視整個工程的施工過程，對編制不合理的工期及計劃及時進行調整，優化施工方案，利于項目決策。

圖2 虛擬4D站改施工

通過對土建、照明、通信、信息、給排水等施工班組進行進度指導，需要150人次，利用4D虛擬施工視頻輔助進行施工指導需75人次，時間節省了將近30%，工作效率大約提高了2倍。

2) 在京滬線某鐵路車站綜合體施工時，將綜合管線通過專業軟件進行碰撞檢查，根據檢查結果提交碰撞報告如圖3所示，對檢查出的問題經過多方協調溝通進行修整優化。

綜合管線整體部署后，共解決了100多處管線碰撞問題，經計算項目成本節省約5萬元。

3) 京滬線某鐵路車站綜合體進行物資材料管理，通過輸入時間2018?08?04~2018?08?06對物資材料進行統計如圖4所示，根據統計結果制定采購信息。

圖3 碰撞檢查報告

圖4 按照時間查詢物資材料

利用BIM技術對現場物資材料進行管理，將鋼筋、混凝土等各個班組上報的物資數量與BIM技術物資統計量進行比對，并結合實際的完成量，通過對比發現人工預估的物資用量誤差為5%，經過核算節約材料成本大約為1%。

4) 京滬線某鐵路車站綜合體在進行資料管理時，將雨棚、雨棚柱以及站臺等構件與施工信息相集成，管理人員可以在系統中通過點擊構件直接查詢對應的資料文檔，如圖5，及時掌握項目進展 情況。

圖5 點擊構件查詢對應的資料文檔

在進行過程性文件的整理時，各階段資料整合需要10工天，利用鐵路車站綜合體模型化信息管理系統將過程性文件進行實時添加需要5工天，節省時間50%，提高效率2倍。

4 結論

1) 以實現鐵路車站綜合體規范化和精細化管理為目標，提出基于BIM技術的鐵路車站綜合體施工管理的實施流程，從施工進度動態管控、綜合管線碰撞檢查、物資材料管理以及工程資料管理收集四個方面進行深入研究，并通過實際應用實踐，促進了鐵路綜合體改擴建工程的信息化管理，提高了工程管理水平和核心競爭能力，實現了智慧建造的工程協同管理途經，為鐵路車站綜合體施工管理提供了有效的解決手段。為鐵路工程全生命周期的智能建造奠定了基礎。

2) 鐵路車站綜合體的工程實例應用表明，它適用于鐵路車站綜合體改擴建施工的集成化、信息化管理，同時也為軌道交通的施工管理模式提供了強有力的借鑒。

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Application research of BIM-based construction management in railway station complex reconstruction and extension project

LIAN Xiye1, HE Yuelei1, CHENG Yan2, LU Hongyao1, LIU Jun1

(1. School of Urban Rail Transit, Shanghai University of Engineering and Technology, Shanghai 201600, China; 2. Shanghai Railway Terminal Construction Headquarters, China Railway Shanghai Bureau Group Co., Ltd, Shanghai 200040, China)

The railway station complex reconstruction and expansion project has the characteristics of multi-disciplinary cooperation，multi-sector supervision and multi-condition constraints. The problems such as difficult construction control, waste of resources, serious material loss and lagging engineering data management are prominent in such projects. This paper takes advantage of BIM (Building Information Modeling) create information, manage information and share information. From the four aspects of construction schedule dynamic control, integrated pipeline collision inspection, goods and material management and engineering data management collection, the specific application of BIM technology in railway station complex construction management is studied. The feasibility of the method is verified by actual engineering cases. The results show that BIM technology improves the construction management efficiency of railway station complex by 50%.It provides an effective technical means for information sharing, schedule management and rapid construction of the railway station complex reconstruction and expansion project.

railway station complex; reconstruction and expansion project; construction management; BIM

U213.2＋44

A

1672 ? 7029(2020)04 ? 1036 ? 07

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20190607

2019?07?05

國家自然科學基金資助項目(51808333)；上海市科委重點支撐資助項目(16030501400)

何越磊(1972?)，男，遼寧錦州人，教授，博士，從事鐵道工程檢測技術研究；E?mail：hyldoc@163.com

(編輯 蔣學東)