BIM技术在客运专线48 m简支梁节段拼装施工中的应用

郜建忠，吕燕军（中铁三局集团有限公司运输工程分公司，山西晋中　030600）



BIM技术在客运专线48 m简支梁节段拼装施工中的应用

郜建忠，吕燕军
（中铁三局集团有限公司运输工程分公司，山西晋中030600）

摘要总结了BIM技术在48 m节段梁施工中的应用，主要内容包括三维可视化技术应用、碰撞检查技术应用、成本控制应用和施工管理应用，分析BIM技术在节段梁施工各阶段的具体功能和突出优势，可供同类工程借鉴。

关键词节段梁；BIM；三维可视化；碰撞检查；成本控制；施工管理

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling），是指基于最先进的三维数字设计和工程软件所构建的可视化的数字建筑模型，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性5大特点。BIM技术被列为2011年建筑业十项新技术，并且作为“十二五”建筑业信息化发展的总体目标和重要任务之一，在全国范围内广泛推广应用。BIM技术应用于客运专线节段梁施工中属国内外首次应用，将BIM技术应用于48 m节段梁施工过程中，实现三维可视化、动态漫游、虚拟施工等功能。文章将阐述BIM技术的三维可视化、碰撞检查、虚拟施工等功能在铁路客运专线节段梁施工过程中的应用，以及如何利用BIM技术进行工程项目进度、成本管理等问题。

1 BIM技术三维可视化应用

可视化技术是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，进行交互处理的方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。在之前的十几年中，计算机图形学得到了长足的发展，使得三维建模技术逐步完善，通过计算机仿真能够再现三维世界中的物体，并能够利用三维形体来表达复杂的信息。同时，最近几年并行计算机技术与图形加速硬件的快速崛起，使得可视化技术也得到了质的飞跃。

三维可视化技术在节段拼装梁施工过程中起到了非常重要的作用，如三维可视化施工交底、节段拼装梁预制模拟、三维可视化图纸审核。基于BIM三维可视化功能，能够为技术人员提供充足的3D信息，利用这些数据，项目工程人员较早地接触到虚拟的数字化工程细节，发现问题进行沟通协调，对提高工程质量，加快施工方案审核有着重要作用。利用BIM模型进行虚拟施工、风险控制、指导施工等，加强了现场的管理，提高了工作的效率，减少了资源的浪费。

1. 1三维可视化施工交底

传统施工交底依托的二维平面图加以标注对施工班组进行交底，并不能表达出构件、钢筋等空间排布位置。对于施工班组来讲，一些特殊节点、钢筋排布等二维图纸不易理解，且容易对图纸误读而造成施工错误、返工。不仅耽误了工期而且造成了工程材料浪费、成本增加。图1所示三维可视化施工交底，是利用BIM技术创建三维模型，对模型加注信息，如尺寸、长度、位置等数据进行施工技术交底。通过三维模型进行交底不仅能达到二维图纸交底的所有要求，而且能把构件之间的立体排布位置表达出来，易于理解，从而加快施工进度、保证工程质量、创造经济效益。

图1　三维可视化施工交底

1. 2三维可视化交底流程

针对三维技术交底制订了相关的交底流程，目的是为了使三维交底在现场施工中更好地发挥作用，保证工程质量。三维技术交底采用多媒体及纸质交底结合方式进行施工交底。多媒体交底是通过将三维模型上传到pad或手机，利用手机现场进行交底指导，项目管理人员只需拥有一个移动终端即可直接观看三维模型进行施工交底指导；纸质交底是将三维模型进行剖切、增加疑难节点的三维模型，采取纸质输出形式进行现场施工交底。

1. 3三维可视化梁节预制

利用BIM技术进行三维可视化梁节预制，将BIM模型导入Navisworks Manage软件进行梁节预制的过程模拟。通过虚拟施工将钢筋绑扎顺序、模版支立顺序、各工序间的衔接进行模拟，提前发现在预制过程中应特殊注意的问题。优化绑扎钢筋的工序，减少钢筋绑扎错误，并且利用三维可视化技术将节段梁预应力波纹管道精确定位，保证了节段梁后期钢绞线穿束工序顺利实施。

1. 4三维可视化图纸复核

传统设计图纸采用Autodesk CAD进行平面绘图，三维信息通过平、立显示。二维设计图纸的弊端就在于不能很好地表达出构件的空间位置，由于设计图纸分专业设计，在整合图纸过程中难免会发生设计问题。通过运用BIM三维可视化将二维图纸转换成三维模型，观察三维模型的属性及构件间的空间位置等，进而发现设计图纸中的问题，同时将三维模型进行剖切与设计图纸进行对比，进而帮助图纸复核。

2 BIM技术碰撞检查应用

美国斯坦福大学整合设施工程中心在总结BIM技术价值时发现，使用BIM技术可以消除40％的预算外变更，通过及早发现和解决冲突可降低10％合同价格。消除变更与返工的主要工具就是BIM的碰撞检查。碰撞检查是指在提前查找和报告在工程项目中不同专业（结构、暖通、消防、给排水、电缆桥架等）空间上的冲突，发现碰撞进而对设计进行优化，消灭碰撞。

2. 1钢筋碰撞检查

48 m节段梁钢筋排布复杂，二维图纸设计时不能很好地考虑钢筋之间的空间位置，按图施工可能会造成钢筋间碰撞、钢筋与构件间的碰撞等。利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查，优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工的可能性。BIM的碰撞检查应用于节段梁梁节钢筋排布优化过程中，通过已经创建好的三维钢筋模型在Revit或 Navisworks Manage软件中进行钢筋之间的碰撞点检查，并将碰撞的钢筋进行优化排布。基于BIM的碰撞检查技术在节段梁施工中的应用起到了至关重要的作用。碰撞检查以BIM模型为依托，将构件之间的碰撞点直观展现，发现碰撞点的位置在施工中需特别注意，起到工程预警作用。通过碰撞检查可以对钢筋排布进行优化，从而在节段梁钢筋绑扎时节省时间，同时保证了施工质量。

2. 2梁节碰撞检查

通过碰撞检查可以发现梁节之间的碰撞点。节段梁预制梁节时，湿接缝钢筋外搭，在梁节拼装时会造成搭接位置的钢筋存在碰撞，进而对下一步梁节精调工序造成影响，延误施工工期。通过碰撞检查提前发现梁节间的钢筋或构件间的碰撞，提前进行优化钢筋排布，为后续施工创造有利条件。

3 BIM技术成本控制应用

对于工程项目而言，预算超支现象十分普遍，有研究表明，有多达三分之二的项目竣工决算是超过预算标准的。造成预算超支的原因很多，其中造价工程师因缺乏充分时间来精确计算工程量和了解造价信息而导致成本计算不准确，是造成成本超支的重要原因。对于成本控制我们做了二次开发，将Revit模型与云平台通过端口对接，实行了双向成本控制，严格把控工程量和成本。BIM技术成本控制优点：自动化算量解放劳动力，自动化算量更加准确，自动化算量更加快捷，更好地应对设计变更。

3. 1材料管控

BIM模型包含大量信息，不但包括工程构件的信息，还包括构件的工程量信息如钢筋用量、混凝土用量等。利用BIM进行精确工程量统计，节段梁钢筋细化到每一种型号钢筋有多少根、每一根钢筋多长多重，混凝土用量细化到构件级别，想要提取哪一部分，在模型中选中相应构件即可得到准确的工程量信息。通过利用IFC格式将BIM模型共享利用，导入云平台。利用BE浏览器对节段梁的工程量进行提取（图2），利用云平台能实现模型的共享利用，操作人员只需要有网络、平台帐号，不需要有模型的原始文件和安装过大的Revit软件，即可进行工程量的实时提取。

施工企业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程数据，无法快速准确获取以支持资源计划，致使经验主义盛行。而BIM的出现可以让相关管理条线快速准确地获得工程基础数据，为施工企业制订精确人材计划提供有效支撑，大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费，为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。材料精确提取可以严格控制现场的材料消耗，现场施工材料限额领取，严格材料把控，进而对施工成本进行严格控制。

3. 2成本管控

MC管理驾驶舱实现模型共享，通过平台即可实时观看节段梁的进度、产值等情况，方便管理者掌握现场的动态。通过模拟我们可以很直观地看出计划工期与实际工期的对比，超前或滞后，方便了管理者实时对施工进度调整，进而减少工期。同时随着模型的生长，成本随之增加，管理者可以通过模拟了解到下阶段应准备资金量，并且对成本进行控制。

管理的支撑是数据，项目管理的基础就是工程基础数据的管理，及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM数据库可以实现任意工程基础信息的快速获取，通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比，可以有效了解项目运营是盈是亏，消耗量是否超标，进货分包单价有无失控等等问题，实现对项目成本风险的有效管控。

图2　BE工程量提取报表示例

4 BIM技术施工管理应用

4. 1现场管理

Iban是一款移动终端软件，可以和后台的PDS模型相挂接。利用Iban可以将现场的施工进度、质量、安全等照片利用手机上传到BE模型，通过PC打开BE软件，管理者在电脑上即可实时了解节段梁的施工进度、安全、质量等情况，对现场进行实时管理。同时企业可以积累自己的质量安全库，避免发生类似问题，进而减少了返工，降低了工程成本。通过进度实时观察，可以方便管理者了解现场施工进度，见图3。

图3　Iban现场管理功能示例

4. 2资料管理

将施工资料如技术交底、施工日志、检验批等资料录入BE浏览器与节段梁的具体位置相挂接，通过模型即可反查节段梁的一切施工资料。将施工资料录入云端易于存储，相比于传统纸质版资料存储更加便捷，不易丢失，同时施工资料与BIM模型相挂接可以为企业提供完整的资料库，并且为业主后期运营维护创造便利。

4. 3施工模拟

结合project项目管理软件编制而成的施工进度计划，可以快速地将BIM模型与施工进度计划关联起来，自动生成虚拟建造过程，通过对虚拟建造过程的分析，合理地调整施工进度，更好地控制现场的施工与生产。基于BIM模型的施工模拟，项目所有的参与方能够协同工作，实现工程项目的精细化管理，实现信息共享。利用BIM技术进行环境、经济、能耗、安全等多方面的分析和模拟，实现虚拟的建造、管理以及全方位的预测和控制，见图4。

图4　节段梁施工模拟

48 m节段梁，箱梁采用分段预制、造桥机现浇湿接缝的方法施工，由于箱梁截面大、自重大，对施工机械的要求较高，设备在桥上移动过程中，机械稳定性尤为重要，为安全方面重点控制之处。通过BIM技术施工模拟，指导编制专项施工方案，可以直观地对复杂工序进行分析，将复杂部位简单化、透明化。提前模拟方案编制后的现场施工状态，对现场可能存在的危险源、安全隐患、消防隐患等提前排查，对专项方案的施工工序进行合理排布，有利于方案的专项性、合理性。

5　结语

BIM技术应用于客运专线节段梁施工中，可以有效提升施工效率、保证工程质量、缩短施工工期。但是BIM技术的实施，国家还未制定统一的标准，设计阶段和施工阶段的接口还未打通，施工阶段不能利用设计阶段的模型，需要重新根据二维图纸进行三维建模。另外，BIM的相关软件发展还不成熟，目前市面上的BIM软件价格较高而且适用面有限，适用于项目管理的BIM软件功能局限性很大，亟待新的BIM协同管理平台出现。

目前BIM技术在施工中的应用正处于起步阶段，潜在市场空间巨大且有待开发，急需建立相关的BIM行业标准，便于全面推进应用。随着BIM的推广和不断发展，建筑工程管理信息化、标准化、精细化将成为可能，并不断得到完善。

参考文献

［1］杨东旭.基于BIM技术的施工可视化应用研究［D］.广州：华南理工大学，2013.

［2］胡杰. BIM技术在桥梁施工设计中的应用探索［J］.铁路技术创新，2014（2）：63-67.

［3］周春波. BIM技术在建筑施工中的应用研究［D］.青岛：青岛理工大学，2013.

［4］温建刚.宝兰客专节段梁预制施工技术［J］.科技与创新，2014（3）：56-58.

［5］郑浩凯.基于BIM的建设项目施工成本控制研究［D］.长沙：中南林业科技大学，2014.

［6］陆宁.基于BIM技术的施工企业信息资源利用系统研究［D］.北京：清华大学，2010.

［7］隋振国，马锦明，陈东，等. BIM技术在土木工程施工领域的应用进展［J］.施工技术，2013（增2）：161-165.

（责任审编赵其文）

Application of BIM（Building Information Molding）Technology in 48 m Simply Supported Girder Segmental Assembling Construction on Passenger Dedicated Railway

GAO Jianzhong，LYU Yanjun
（The Transportation and Engineering Branch Company，China Railway No. 3 Engineering Group Co.，Ltd.，Jinzhong Shanxi 030600，China）

AbstractT he application of BIM（Building Information M odeling）technology in the construction of 48 m segmental beam was summarized in this paper. It mainly included the application of 3D（three dimensional）visualization technology，collision detection technology，cost control and construction management. T hrough the application of BIM technology，the application of BIM technology in different stages of the construction process was obtained. T he BIM technology can be better used in the future construction and maximize the use of BIM technology to create benefits for site construction.

Key wordsSegmental beam；Building Information M odeling；3D Visualization；Collision detection；Cost control；Construction management

中图分类号U445. 1

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 11

文章编号：1003-1995（2016）06-0040-04

收稿日期：2015-08-17；修回日期：2016-01-18

作者简介：郜建忠（1965—），男，高级工程师，硕士。