BIM技术在兰州西站站房工程建设中的应用研究与实践

2015-07-25史建中

铁路技术创新 2015年5期

史建中

史建中

摘要：BIM作为建筑全生命周期管理的有效工具，提供了良好的管理平台。对BIM技术在兰州西站站房工程中的应用研究与实践进行探讨，在工程设计、组织设备采购、工程建设及运营维护等诸多方面，开展了BIM的初步应用。同时，阐述了兰州西站站房工程建设中BIM应用存在的问题及解决方法。关键词：BIM；铁路站房；建筑工程；施工；管理

1 概述

在兰州西站站房工程建设中应用了BIM技术。通过编写“新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州西站站房工程BIM实施方案”，邀请国内知名专家咨询审查，明确了研究应用方向；研发、搭建了兰州西站BIM建设管理平台，解决了设计、咨询、建设、施工、监理等单位异地的协同作业问题；形成兰州西站站房真实3D实物模型，对将建成后的站房站场可通过漫游，直观了解各部实际结构，提出方案优化意见；通过多专业协同设计，进程可同步搭接优化，缩短设计时间；通过硬碰撞、软碰撞检测，解决差错漏碰，避免返工窝工；通过模拟时序搭建，提前掌握施工工序同步、搭接的效果，提高施工效率；通过不断录入详尽数据和记录工程实施中的实际数据，修正模型，为运营维护提供既可视又详尽的站房、设备技术履历；实现BIM模型轻量化，能够使BIM模型在主流计算机上运行，通过基于BIM模型的维护管理系统开发，把站房建设中所有有用的信息整合到一个系统，使信息都能交互；实现管线管网智能判断，通过建筑自动控制系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）系统接口，实现设备控制、检测、报警数据与BIM无缝结合；能利用智能终端设备获取的电子标签显示对应的BIM设备工程模型，并获得相应设备的属性、状态及运维工单信息；实现根据设备的维保周期自动生成设备维保计划表，兑现闭环管理流程；实现在运维阶段信息模型中设备的替换功能。

2 BIM在兰州西站站房工程建设中的应用

2.1 方案展示汇报评审

通过向清华大学土木系张建平、华中科技大学BIM工程中心何关培、中建技术中心李云贵等国内知名专家咨询审查，对“新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州西站站房工程BIM实施方案”提出完善意见，为BIM技术研究应用实施打下良好的基础。BIM技术实现了设计意图的明确表达，对西站站房工程的整体布局，对车站南北广场的划分可以进行三维立体的认识，同时对站房内部结构可以提前体验。由于BIM模型提供了丰富的信息资源，可以让建设、施工、运维等各方准确掌握该项目的工程情况。兰州西站站房工程及南北广场模型见图1，兰州西站站房内部机电设备模型见图2。

2.2 BIM建设管理平台

BIM建设管理平台以BIM体系下的相关技术作为支撑，对工程建设过程进行动态可视管理。主要功能为：模型发布、交付确认、变更确认、模型的流水段划分、工程量模型化提取、基于BIM的施工全过程等。由于西站BIM整体模型大，日常查看、修改不方便；设计、建设、施工、监理等职能人员不在同一地域或同一地方办公，无法便捷地对工程情况进行实时互动交流。通过基于BIM的二次开发，实现对模型的无损分割、拼接，以解决在互联网环境下基于BIM模型大数据的传输问题，解决了各单位之间的远程协同、沟通问题，并使问题可追朔。BIM建设管理平台界面见图3。

图1 兰州西站站房工程及南北广场

图2 兰州西站站房内部机电设备

2.3 复杂工艺模拟、设计优化

对于复杂工程，传统的二维是无法完全表达其结构信息的，BIM技术可以三维立体地展示工程结构及各专业之间的关系。在兰州西站站房工程建设过程中同济设计院采用BIM技术进行建筑、结构及机电设计，对很多机电设备设施之间的碰撞在设计期进行大量处理，为施工后期的优化返工、材料浪费作出较大贡献。采用BIM模型进行工程施工也可以为施工单位合理安排工序及指导施工提供帮助，在站房工程的建筑施工过程中，可以结合BIM模型提前预留机电管道的安装墙洞，从而为整个工程的成本降低起了重要作用。机电设备桥架的管槽见图4。

在特殊工艺施工过程中BIM技术为现场人员提供了有效的指导，可以预先通过设计方或专业人员对复杂工程的安装进行模拟，通过模拟指导可以让现场施工人员快速掌握其安装方法和注意要点，同时也可以为监理提供直观的参考依据，从而为工程进度和质量提供了可靠保障。复杂环梁施工指导见图5，主梁施工指导及注意事项见图6。

图3 BIM建设管理平台界面

图4 机电设备桥架的管槽

图5 复杂环梁施工指导

图6 主梁施工指导及注意事项

2.4 4D施工模拟

进度是工程建设项目的关键要素，BIM技术在西站站房工程中的4D施工模拟为工程的进度安排提供了有效帮助，现场项目管理人员通过该平台可以在电脑中预先安排各专业工程之间的施工安装顺序，并会同相关工序技术人员进行虚拟搭接、平行作业反复优化搭建，通过模拟发现不合理并及时处理调整，按最佳方式固化4D流程，达到在计算机中完成一套合理的施工安排，避免了在现场中返工、窝工现象的发生，达到了20个月兰州西站20多万m2站房工程全面建成“全国高铁示范站”并投用的目的。西站站房4D施工模拟平台见图7。

图7 西站站房4D施工模拟平台

2.5 多专业多工种施工工序模拟

大型站房工程施工比较复杂的项目包括机电设备的安装，在同一个区域会同时出现给排水、消防、暖通、强弱电等专业的管线及设备，而且各专业设备之间的安装要求均比较严格，如果不能合理安排多专业多工种的工作顺序，将会造成返工浪费、窝工延时等系列问题。BIM技术辅助现场工程管理人员对多专业多工种之间的施工顺序进行了合理安排，为工程施工提供有效帮助。多专业多工种之间的施工安装顺序见图8。

图8 多专业多工种之间的施工安装顺序

2.6 钢结构吊装模拟

兰州西站站房屋架采用钢结构，由于站房跨度大，钢结构安装比较复杂，不合理的安装将会造成质量、安全等事故，因此对于钢结构工程的安装必须进行严格把控。BIM技术通过信息模型的方式对现场形式进行再现，对钢结构工程的安装进行预先模拟，从而保证了工程的质量及安全。吊装钢柱模拟见图9。

图9 吊装钢柱模拟

2.7 BIM模型碰撞检测与优化

通过BIM模型碰撞检测，在设计阶段协助设计院共计发现问题175处。其中建筑、结构专业问题55处，机电设备管线问题120处，并在设计阶段已全部解决，未将问题遗留至施工阶段。建筑功能区域净空不够检查见图10。

在施工过程中施工单位结合BIM模型对西站站房中的机电工程进行了碰撞检测及施工深化，对检测到的软硬碰撞均做了调整，对安装不合理之处，与设计进行沟通优化，最终达到站房机电系统的完整，布局整齐清晰，安装结构合理。西站站房机电管线工程见图11。

图10 建筑功能区域净空不够检查

2.8 运维单位通过BIM模型提前介入工程

在项目建设过程中，运维单位已经通过BIM模型对工程结构有了清楚的认识，提出了适合运维要求的改进意见，为竣工验收和后期运营维护奠定了坚实基础；同时运维单提前介入后也对工程资料的电子化建立提出要求，为达到BIM在工程全周期管控发挥较大作用。

2.9 为运维系统提供基础数据

在项目建设初期，枢纽指挥部就建立了一个兰州枢纽BIM建设项目管理的服务器，在西站站房工程中设计、施工、建指及监理通过此服务器完成设计项目文件的交付、工程施工交底、工程深化、工程变更等一系列工作；在施工过程中，材料的进场报验、现场加工、出库使用等信息均在BIM服务器上记录；在设备采购过程中，设备的使用说明书、厂家信息、设备检修要求、采购信息等同时录入服务器数据库；通过照片及视频的方式对隐蔽工程施工过程进行记录；对于变更及现场与设计信息模型不一致的地方进行了及时修改并上传。上述所有工程数据均在指挥部BIM服务器中存储，并与BIM模型中的工程对象进行逐一对应，方便工程建设管理方查阅，也为运营维护系统提供了良好的基础数据。

图11 西站站房机电管线工程

3 BIM应用存在的问题及解决方法

3.1 模型数据的来源及各阶段数据的继承性

作为一个BIM应用项目，最重要的是数据问题。如果没有一个可靠的数据来源则无法建立一套完整的BIM工程应用。对此，在西站站房工程BIM应用过程中，由兰州枢纽指挥部牵头，同济大学设计院及参建的施工单位及监理单位，并聘请铁一院作为BIM咨询方，共同组建BIM数据的应用链来保证数据的创建及各阶段的继承。

该项目在设计阶段就要求设计方出BIM施工文件，并经甲方认可BIM格式的施工文件，这使得对BIM数据的建立从政策上做出明确的要求，在由同济大学设计院完成的BIM文件交付甲方时，甲方组织咨询方、施工方及监理单位对数据的完整性、正确性进行审核，最终交付施工单位使用。

设计期的数据交付甲方后为了较好地继承到施工期直至后期的运维阶段，由指挥部组织委托BIM咨询单位开发了“兰州西站BIM建设管理平台”，各单位项目文件交付及应用需要通过此平台进行，可以保证各阶段数据通过统一的平台进行传输及继承。

3.2 各参建单位之间基于BIM的沟通与协同

在工程建设管理过程中，各参建单位之间的信息沟通比较频繁，有些工作甚至需要多个单位协作才能完成，传统方式使得这些工作复杂而不易进行，有些简单的工作需要参与单位人员亲自到现场才能完成，造成时间和成本浪费。西站站房建设过程中采用BIM建设管理平台进行沟通和协作，使原本比较复杂的事情可以在异地轻松处理，表现最为突出的管线碰撞问题，通过协同平台得到了很好的解决。

3.3 综合管线各专业施工流程不顺、不畅的问题

综合管线施工过程中较为严重的问题就是各专业施工流程不顺、不畅的问题，对于管线安装工程需要多个专业按照一定顺序协同进行，不合理的施工安排会导致管线安装后，后续工程无法安装，或者本应处于后续工程的安装到先序工程之前，这些问题都会导致返工和窝工现象的发生，西站综合管线各专业采用BIM技术实现模拟安装工序及指导学习安装工艺，保证了现场安装工程的有序合理完成，使得工程返工降到最低。

4 结束语

BIM是IT技术在建设领域运用所产生的最新成果，已经深刻地影响了建筑业的方方面面。在此，主要对BIM技术在兰州西站站房工程中应用研究与实践进行探讨，在工程设计、组织设备采购、工程建设及运营维护等诸多方面，开展了BIM的初步应用。BIM作为建筑全生命周期管理的有效工具，提供了良好的管理平台；BIM技术在建造阶段的关键作用，随着BIM相关理论和技术的不断发展，必将发挥更大的作用。