BIM技術在大型站房改擴建工程中的應用

黃浩，曹晗，丁仕洪，江明慧，鄒孔慶，柳小宏

（中鐵四局集團鋼結構建筑有限公司，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，施工內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，結構形式為框架剪力墻+網架，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技術應用原因

六安站為安徽省經停列車數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、旅客疏解及接觸網過渡方案復雜。

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

3 BIM技術應用說明

3.1 應用目標

基于項目重難點，BIM技術主要應用于深化設計、制造加工、施工管理和竣工等階段[1]，應用目標主要有以下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性。

（3） 提高鋼結構、機電及幕墻裝飾深化設計質量和效率。

（4） 探索應用大數據、物聯網、無人機、虛擬現實、增強現實等新科技與BIM技術的融合，拓展BIM技術應用范圍。

3.2 實施方案

為高效、合理、深入地發展BIM技術，在項目實施前，參照中鐵四局集團鋼結構建筑有限公司BIM技術實施標準化文件編制了《六安站站房改擴建工程BIM技術實施方案》，對深化設計、工作方式、協同流程、施工管理、交付標準等作了詳細規定。

3.3 應用措施

建立統一的《土建專業BIM建模標準》《鋼結構專業BIM建模標準》《機電專業BIM建模標準》《幕墻專業BIM建模標準》，主要包含應用文件目錄和命名、建模精度、單位坐標、模型色彩、軟件選用、交付標準等內容。

制定各階段BIM技術應用成果交付計劃、BIM技術應用實施計劃和BIM技術應用保證措施，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常規技術應用

4.1 場地應用

（1）施工總平面布置。對施工現場中的臨設、生產加工區域、大型設備安裝，在傾斜攝影模型中以動態方式進行合理布局，為后續施工奠定基礎，提高施工效率及質量（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 土建專業應用

（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計單位的溝通效率（見圖4）。

圖4 圖紙審查

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

圖5 方案設計優化

（3）技術交底。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，使現場人員更容易理解，減少返工（見圖6）。

圖6 技術交底

（4）工程量計算。三維展示梁柱鋼筋節點，指導現場施工和檢查驗收。基于模型快捷輸出鋼筋和混凝土工程量，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聯，從而實現4D虛擬建造過程，分析影響施工工期的主要因素，實現施工進度可視化管理，達到優化施工進度、節約成本的目的（見圖8）。

圖8 進度管理

（6）成本管理。將新建站房進度、清單、模型關聯，形成資金曲線和資源曲線，實現在模型中進行關鍵時間節點的資金、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場承重腳手架安全設計驗算，自動輸出施工方案和計算書，較傳統方式準確率和效率顯著提升（見圖10）。

圖10 安全管理

（8）質量管理。在施工現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，及時發現問題、解決問題（見圖11）。

圖11 質量管理

4.3 鋼結構專業應用

（1）深化設計。建立基本站臺雨棚、天橋、屋面網架模型，深化鋼結構復雜節點，并通過三維模型生成二維加工圖紙[2]（見圖12）。

圖12 深化設計

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

圖13 站房拉梁合理優化

（3）排版套料及數字化加工。建立天橋鋼結構模型，導入SmartNest中排版套料，生成G代碼用于數字化加工制造，排版效率提高280%，料損降低1.8%[3]（見圖14）。

圖14 排版套料及數字化加工

（4）結構仿真計算。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構進行仿真計算，不僅為施工工藝提供理論依據，而且保證施工安全（見圖15）。

圖15 結構仿真計算

（5）天橋施工比選和模擬。新建天橋跨既有線施工，且與站房結構工序交叉施工。采用BIM技術反復推演，在保證安全和工期的基礎上，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 機電專業應用

（1）管線碰撞檢查。項目涉及機電管線系統組成多，管線布置較復雜，因此使用MagiCAD建立三維機電管線模型，導出詳細的碰撞檢查報告，提交合理的管線綜合優化方案，杜絕因碰撞造成的拆改，保證模型與現場施工高度一致。預先發現機電專業管道碰撞問題1 750處，其中關鍵碰撞問題32處（見圖17）。

圖17 管線碰撞檢查

（2）指導管線洞口預留預埋。BIM軟件自動識別生成孔洞，輸出二維圖紙指導現場預留預埋施工，避免后期二次鉆孔開洞、返工等情況發生（見圖18）。

圖18 指導管線洞口預留預埋

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

圖19 綜合支吊架設計

4.5 幕墻裝飾專業應用

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

圖20 外幕墻和內裝飾方案比選

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

圖21 站房檐口方案比選

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

圖22 輔助樣板選區和施工

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

圖23 裝飾參數化模型庫

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

圖24 地面鋪磚

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

圖25 幕墻參數化布置

4.6 竣工階段應用

參照GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工應用標準》相關規定，將BIM及資料交付建設單位。

5 BIM創新技術應用

5.1 BIM+安全監測平臺

新建出站地道便梁架設、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，安全風險非常高。常規的人工監測效率低、風險高，項目無法實施，因此創新采用BIM+安全監測平臺的新方式進行監測[4]（見圖26）。

圖26 既有線基坑安全監測平臺

將采集的位移、應力等數據實時集成至平臺，監測效率提高2倍以上，降低安全成本，實現數據分析和智能化分級預警，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 監測數據展示

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、物聯網、大數據分析等現代化技術手段，實現天橋鋼結構從加工到安裝全過程跟蹤管控，準確率提高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導入至傾斜攝影模型，真實模擬現場實際狀態，用于土方計算、進場路線、臨建規劃、尺寸測量等應用，效果顯著[6]（見圖29）。

圖29 土方計算和場地規劃

5.4 BIM+VR技術

將Revit模型與VR技術結合，在站房室內裝飾階段，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[7]（見圖30）。

圖30 虛擬現實

5.5 BIM+AR技術

利用AR技術將BIM與圖紙建立對應關系，施工人員只需掃描圖紙，即可看到其對應的三維模型，用于技術討論和現場查看模型（見圖31）。

圖31 增強現實

6 應用效果及展望

6.1 應用效果

項目應用BIM技術解決遇到的施工難題，保質保量完成施工任務，共節約施工成本150萬元，縮短工期約60 d。BIM技術的應用改變了項目管理方式，提升了管理水平，BIM技術進一步落地。創新研發安全監測平臺、二維碼物料管理平臺，對傾斜攝影模型、虛擬現實、增強現實進行了深入應用，有效提升了建筑品質。

6.2 應用展望

目前我國已發布4個BIM技術相關標準，應清醒地認識到：

（1）我國BIM技術仍處于探索階段，還缺乏BIM技術落地的有效途徑。

（2）現階段BIM技術平臺集成度不夠，落地應用難，BIM技術應用重點在各單項上，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的結合一定會加快建設行業信息化進程。