基于BIM技術應用的鐵路曲線換軌工程投標優勢

薛 澤

蘭州交通大學 甘肅 蘭州 730070

1 引言

隨著技術的發展，越來越多的信息化技術應用到了工程領域，這些信息化技術極大地改變了施工現場的信息獲取能力、信息傳遞方式以及信息存儲加工等方面，應用這些信息化技術可以很好的解決工程中所遇到的難以估計的復雜情況，更加有利于實現施工現場的現代化、專業化管理，例如：在較短的工期內完成和優化組織結構、在過于復雜的施工環境下合理的安排施工的進程、在結構復雜的工程中有效的安排施工工序等。

在這些信息化技術中BIM 技術師是近幾年興起并逐步推廣的一個重要的信息化手段，所謂BIM也就是我們通常意義上說的建筑信息模型，其主要是以建筑工程項目的各項相關信息數據為模型基礎，建立建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物信息，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點[1]。

2 BIM技術在鐵路大修工程中的優勢

（1）精準計算工程量。工程量是計算和編制施工造價預算的基礎，是工程初期階段對工程設計、工程造價影響十分大的一個工程數據，同時也是編制施工組織方案與編寫響應文件的重要控制性因素，在原有的鐵路大修工程中，工程量的計算方法是由施工方委派一組經驗豐富的施工一線組織人員，作為施工工程量評估小組，到現場進行實地的勘測從而評估出本次工程的工程量，以作為日后施工的工程評估標準，但是這種方法由于人工、設備等多種原因，往往會導致工程量評估誤差較大，對不可預見性因素的估計不足，很難對工程項目有一個明確、清楚的估計，導致在招投標過程中的成本評估和造價計算發生偏差，影響公司在工程招投標過程中的準確判斷，同時出現偏差的工程量也會在一定程度上影響到施工組織方案的編寫，這樣的現象發生極大的影響到了施工方對工程項目的精準化、專業化判斷。而利用BIM技術可以對工程量進行精確的預估，軟件通過匹配工程圖紙，進行三維模型繪制，以最直觀的方式對工程量進行展現，通過軟件自帶的插件還可以精確的計算出各分項工程的工程量，以鐵路軌道更換為例，通過使用BIM建模可以很大程度上的精準估計需要開挖的道砟量，同時對于鋼軌的平移距離估計也是十分準確的，由于使用軟件進行了模擬計算，極大程度上避免了人為因素的影響，應用這種方法不僅大大提高了工程量計算的效率，在準確程度上也是遠超人工計算方法的[2]。

（2）精確估計項目材料使用量。在鐵路軌道更換等大修工程中，由于需要使用大量的鋼軌、混凝土軌枕以及道砟，對于一整個子項目而言往往材料成本會在整個項目工程預算中占很大的比重，甚至有的同類項目工程中這個方面的比重可以達到整個項目的一半以上，所以如何更加清晰準確的估計項目施工中的材料使用量，對于前期招投標過程中的預算編制有著十分深遠的意義的。通過使用BIM技術，可以更加快速的統算出在各個施工階段各項施工的材料理論用量，例如：在一個軌道更換項目中，通過對現場環境的建模，可以很好的估計出目前工程狀態下使用的鋼軌長度，道砟的立方體積，以及混凝土軌枕的預設位置和使用量，這些數據在日后的預算編制過程中可以起到很好的指導性，在對實際情況進行分析后材料的使用量僅需備足一定的施工損耗和不可抗力影響的冗余即可，所有材料的購置與運輸也可以嚴格按照限額編制，這樣做就可以更加精確的估計材料使用成本[3]。

（3）碰撞檢驗及施工組織編制。因為鐵路軌道更換等大修項目不同于其他鐵路新建項目，所有大修項目均是在既有鐵路線上進行改造更換施工，其工程環境極為復雜，相較于其他鐵路新建項目，在施工過程中更多的還需要考慮到施工前本就已經栽設好的接觸網支柱、電氣化鐵路設備、行車信號標志牌以及警沖標等其他對施工由干擾的物品，以防止在施工流程編制過程中所編制的施工方案與實際現場的情況出入過大，導致方案最終無法在現場實現，因為既有線路的施工均是在“要點”時間段中進行的（要點：與前后方車站溝通并且進行登記，施工時間設置區間閉鎖，確保這一時間段無列車通過，在繁忙干線或者進出頻繁的車站附近施工，這個時間往往是十分短暫的），這樣臨時更換方案的情況一旦發生，會導致的工程施工任務的嚴重脫節，嚴重時甚至會影響到鐵路正線列車的運行，導致列車大面積延誤的情況發生，造成不可挽回的結果。利用BIM技術，我們可以在前期對施工現場進行細致的勘察，盡可能細致的對施工場景進行三維建模，通過模擬施工的方式對施工過程中的工藝流程進行模擬，檢查所更換的軌道配件、機具是否與既有干擾物品干涉，提前做到施工流程將細化管理，杜絕投標階段編制的施工組織無法指導施工的情況發生[4]。

（4）動態信息的處理。在工程的招投標階段我們曾遇到過招標單位臨時發函聲明工程量變更、施工限制性條件變更等情況的發生，在原來的方法中，一旦工程量或者其他重要信息發生了變更，所有的施工組織、造價預算全部需要推到重來，這將會耗費極大的人力和時間成本，有的時候對于一個大型項目工程，可能導致公司大部分人進行了加班但依舊，沒法按時提交響應文件，而導致失去投標資格。使用BIM技術就很好的解決了這一問題，通過動態信息的處理，在工程量的限制性條件變更的第一時間對模型進行調整，可以很快速的完成對施工方案和造價預算的調整[5]。

3 案例分析

3.1 工程概況

河北XP第二發電有限責任公司位于河北省平山縣境內，距石家莊市區37km，本項目為鐵路曲線地段更換鋼軌工程,西二公司電廠站至XP站區間部分曲線地段的鋼軌磨耗嚴重，對其進行更換。

工程內容包含工程的測量、方案設計、廢舊部件拆除、新部件安裝（包含備件、主材、輔材、耗材、施工器械等所有相關材料設備）、驗收及移交、廢棄部件的清運處置、建筑垃圾清運、相關手續跑辦、協調處理施工過程中遇到的各種問題、文明施工等全部工作。

表1 標段位置明細表

由于本此招標過程中HG-006標段情況比較復雜，軌道曲率大、既有不可移動干擾物較多、施工環境復雜，下文均以此標段為例進行分析。

3.2 BIM技術應用在本案例中的優勢分析

由于該工程標段的中標時間為2019年6月，當時正處于公司首次嘗試BIM技術的應用，所以在前期招投標過程中存在較多新、舊方式對比，更有利于對BIM技術進行優勢分析。

3.2.1 工程量計算中的優勢

在本標段投標過程中，根據招標文件提供的標段位置信息首先估算本標段總長410m，主要工程是410m舊線路拆除工程、舊線路道砟清理、新線路鋪設、新道砟鋪設、開通去搗固。

在工程量計算初期由公司的技術人員與施工負責人到現場勘察，將工程所在地段的地理環境及施工條件進行了詳細的記錄，首先運用人工估算的方式進行了預估，回到公司后又由專業技術人員根據現場勘察結果，利用BIM技術進行了現場環境以及施工過程進行了建模，并對預估工程量進行了校核和調差，具體計算結果如表2所示。

表2 工程量計算結果表

在人工預估過程中，對工程量的評估依舊是基于直線軌道更換施工方法，結合曲線施工特點進行評估，但是未能考慮到本次工程拆除的舊軌道為木枕，新換的混凝土軌枕在曲線鋪設時有較大的差異；而在應用BIM技術進行建模過程中，更加嚴格的按照曲線混凝土軌枕鋪設的施工要求進行了施工安排和工程量計算，經過實際工程當中對實際工程量的校核，針對道砟的清方量、道砟的補充量，以及搗固數量進行詳細對比如表3所示。

表3 道砟計算結果對比表

圖1 道砟計算結果對比圖

由以上計算結果可以看出使用BIM技術所計算出的工程量與實際工程量更加相符，其偏差均在5%以內，而人工估計的工程量偏差卻在15%左右。BIM技術的利用在招投標階段很好的預估了精確的工程量，為招投標階段的施工成本估計和預算編制做出了巨大貢獻，同時為接下來的施工組織方案編制提供了良好的基礎。

3.2.2 施工組織編制中的優勢

在本標段的施工中由于線路毗鄰正線，且是XP電廠煤炭運輸的唯一關鍵性樞紐標段，施工只能占用當日0點前后的4個小時，在施工方案的制定中，為了達到快速完成工程的目標，選擇了提前將軌道與枕木組合，隨后將預先組裝好的曲線軌排平移至所在位置的方案，但是這就對施工過程中的平移干涉性提出了較高的要求。

圖2 項目部分干涉檢查圖

在應用BIM技術對此標段進行建模過程中，更加清晰的展現了項目施工階段部分施工方法的局限性，因為在曲線線路兩旁有多處警沖標之和知識標牌，可能會影響到施工的進行，使用Revit建立場地環境模型后，使用了Navisworks中的Clash Detective功能進行了防干涉檢查，由于在此軟件中只可以進行靜態的工程狀態檢測，所有在所有平移工程路徑中共設置了40個狀態進行防碰撞檢查，利用BIM模型防干涉功能進行了風險規避，可規避的點以其中一段的施工圖紙為例進行標出。

表4 標段施工時間對比表

圖3 標段施工時間對比表（a）

圖3 標段施工時間對比表（b）

根據上述圖表可看出使用了BIM技術有效的提高了施工的工程效率，很大程度上避免了超過天窗時間點的風險，在相同工程環境下縮減了施工時間約10%至15%左右。

4 結束語

在鐵路曲線換軌工程招投標以及項目施工組織方案編制過程中，通過應用BIM技術可以很好的精確估計工程量，并對工程中較為難以控制的施工要點進行提前安排，尤其是涉及到工程中由干涉存在的情況，很大程度上提高了項目前期成本估計的準確性，同時也提高了公司的招投標工作效率。