济青高铁淄博至潍坊BIM施工全过程应用

(1.中铁建工集团山东有限公司，青岛 266000；2.济青高速铁路有限公司，济南 250000；3. 中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250000)

1 工程概况

1.1 项目简介

济青高铁6标段淄博北站、潍坊北站由济青高速铁路有限公司开发建设，中铁建工集团有限公司承建，合同总价约15.1亿元。淄博北站站房建筑面积：34 471m2；站台雨棚覆盖面积：9 821.68m2。站房共5层，分别为出站层、广场层、落客平台层、候车层、商业夹层。潍坊北站站房建筑面积：60 000m2，雨棚覆盖面积23 426m2，站房共5层，分别为出站层、广场层、站台层、候车层、商业夹层。

项目结构、整体模型如图1所示。

1.2 工程特点与难点

本工程现场施工单位多，施工环境复杂。施工项目与公交车站、长途车站、地铁、站前广场等多家单位的配套施工同期建设，施工可用场地狭小，材料堆放及加工场地受限制，道路运输不畅、影响材料运输；项目结构复杂、外观造型新颖，楼层变化幅度大。工程涉及钢结构造型屋顶、型钢柱、大跨度预应力、超高支撑、幕墙等是施工的难点；机电专业多、管线施工复杂；幕墙、装饰装修等工程深化设计要求高、工作量大。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

(1)统筹各专业深化设计：综合考虑，全方位优化，实现最佳方案;

图1 项目结构模型、整体模型

(2)协同合作，提升管理水平：信息共享，加强各协作方、部门之间的协作;

(3)质量、安全控制：进行方案模拟，三维技术交底。

(4)加强进度控制：提高施工效率，减少材料损耗及浪费;

(5)成本控制：提高项目商务管理的准确性与及时性;

(6)BIM前沿技术应用：紧跟BIM发展前沿，全面探索创新应用。

2.2 实施方案

(1)多模型软件方案：采用OPEN BIM解决方案，依靠主软件平台，专业软件平台辅助的解决方案，如采用Revit、Tekla、Rhino、3DMAX等；

(2)介入流程及标准：由BIM部门牵头，联合工程技术部，完善各施工单位多专业配合方式；

(3)引入设计、施工平台：引入设计协同平台，解决图纸版本问题，引入施工管理平台，统筹现场进度管理；

(4)前沿技术与二次开发：积极探索BIM前沿技术应用，并引入二次开发技术，实现各种应用需求，批量处理，提高效率。

2.3 团队组织

为实现制定的BIM目标，施工方和咨询方共同制定各专业BIM模型交付标准、各专业协同工作流程、BIM会议协调制度、成果交付标准；成立了BIM小组，包括土建、机电、钢结构、幕墙、精装等专业，每组8人为两个项目提供BIM服务；中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院作为BIM咨询单位，全程提供咨询服务。

2.4 应用措施

为了更好地将BIM技术应用到项目中，业主方要求全线应用济青高铁BIM平台。济青高铁BIM平台为BS架构、集成设计、施工一体化企业级云平台，实现了包括安全、质量、进度、成本，数据文档，变更等在内的项目全过程管理(图2)。

2.5 软硬件环境

本项目的BIM软件以Autodesk Revit 2016作为主要的BIM建模软件，以Tekla作为钢结构深化建模软件，以3DMAX作为施工模拟软件，以广联达5D作为排砖软件，以济青高铁BIM管理平台作为主要的5D模拟软件。以UE4、Fuzor作为VR安全、精装模拟软件, 确保模型及应用达到国内领先水平。根据项目BIM应用的实际需求，配置了相应的硬件环境详见图3。

图2 济青高铁BIM平台功能

图3 硬件配置

3 BIM应用

3.1 BIM建模

BIM小组使用REVIT软件，施工前通过对土建、幕墙、水电安装的模型分专业搭建(图4)，完成对图纸的详细研读，汇总图纸设计存在的问题及可优化施工部位，形成问题报告，及时与设计沟通，为问题的有效解决提供充足的时间，从而加快施工进度。

图4 各专业模型

3.2 BIM应用情况

3.2.1 场区规划

利用BIM技术，对施工现场的材料加工场地、大型机械，临时施工道路、临时用水、临时用电进行布置，通过模型的动态展示，对各个施工阶段现场平面布置的合理性进行评估，最终确定最优方案；对塔吊布置，及群塔作业方案进行3D动态模拟(图7)，直观表达各个施工阶段塔吊的使用情况，全局考虑，从而达到最优、最高效的布置方案。

图7 群塔布置规划

3.2.2 钢结构及屋面深化设计

本工程屋面桁架工程量大，结构复杂，造型新颖，结构跨度大，节点复杂，拼装工程量大，拼装精度高，为确保工程质量设计阶段采用MIDS(迈达斯)软件进行受力分析，利用TELKA软件和CAD软件进行深化，利用林克曼3000软件进行下料。根据施工方案对施工难度大的部位进行施工模拟，站房南北两端W型构件安装难度很大(图8)，对施工误差进行了模拟，根据模拟结构对现场施工进行控制。根据模拟优化施工方案(图9)并制定针对性的控制措施，施工前利用模拟结果对工人进行可视化的交底，有效地保证了施工精度。

3.2.3 管线综合优化

高铁站房为大型公共建筑，功能复杂，机电安装专业多、管线密集；安装质量、进度控制难度大。我单位利用BIM技术对机电管线进行深化设计(图10)，解决管线碰撞问题，保证整体管线净高和检修空间。通过搭建各个机房管线施工信息模型，极大地减少了工序穿插带来的不便因素，在节约工期的同时能够提高工程质量；同时，依据BIM模型深化图纸设计，对各节点进行编号，极大地提高了安装效率。

图9 屋面方案优化

图10 管线综合

3.2.4 精装、幕墙深化设计

高铁站房工程造型复杂，业主方高度重视精装与幕墙工程深化设计与施工质量，确保济青高铁全线实现艺术品工程。我单位充分利用BIM技术的可视化与仿真性，建模排版中，要求墙地顶对缝，末端点位成行成列均匀有规程排布，精装与幕墙工程交接合理美观。对于幕墙(图11、12)、精装修(图13)施工中造型复杂的节点部位，通过图纸深化设计并且建立三维信息模型，发现图纸中施工前期存在的问题，全面提高工程质量。在装饰装修深化设计的同时，积极与参见各方探讨艺术表现形式，并邀请当地高校艺术类教授进行指导，助力济青高铁站房艺术品工程的建设。

图11 幕墙节点深化1

图12 幕墙节点深化2

图13 精装节点深化

3.2.5 济青高铁BIM平台5D管控

工程利用济青高铁业主方平台基于itwo 4.0开发，于2017年12月份上线，自济青高铁公司至各标段、各施工单位，沿线站房工程均纳入平台化管理；模型校核阶段，在上传模型之前，需要对模型进行检查，检查图模一致性和信息完整性；应用自主开发的REVIT内置插件——“ITWO 3D”，在上传平台之前进行模型信息完整性检查与修改，并一键上传至平台比原有的人工上传的方式简便而且可靠了许多；通过提前定义构件算量规则，能够实现构件与算量预匹配(图14)，进而实现一键算量，提高算量效率；通过导入施工进度计划，通过紧前紧后的逻辑关系，系统自动生成进度前锋线(图15)，匹配关键路径，同时还支持与实际进度的对比；完成算量计价工作后，将成本与进度计划挂接，最终实现5D虚拟，并根据结果调整进度、优化成本控制，完成虚拟建造，优化现场进度，完成了各种资源的提前部署；同时，将中铁建工集团有限公司安全质量隐患排查系统的数据集成至济青高铁站房BIM平台，实现施工过程数据集成，为业主、监理、施工单位管控安全质量提供帮助。

图14 成本管理

图15 进度前锋线

3.2.6 BIM+VR的应用

我单位在应用BIM技术精装修深化设计时，所有材质均采用真实材料贴图(图16)，并利用先进的VR技术，更加直观真实地反应原始施工模型，为业主和设计单位选材提供便利及依据，确保了艺术品工程的建立。

图16 精装VR

另外，利用VR技术进行VR安全体验，减少了人工、材料资源浪费的同时让体验者能够感官感受事故发生的瞬间，强化体验者对安全事故的感性认识，让安全生产的观念深入人心，激发项目管理人以及施工人员参加安全教育学习的兴趣，并掌握相应的防范知识以及应急措施。

3.2.7 BIM+三维放样、三维扫描、二维码、无人机、智慧工地等应用

BIM技术与设备相结合，利用三维放样将数据转化为现场精准点位，提高作业质量；利用三维扫描实时、有效地监控施工进展，确保电气、水管和HVAC系统的安装符合质量规格；利用二维码对项目模型构件对象创建二维码，可在移动端浏览查看该对象的三维状态及其相关的信息数据；利用无人机航拍技术拍摄到的照片一方面可以通过处理生成地图，方便施工场地布置；智慧工地系统集成项目安全、质量、生产、劳务、视频监控、智慧用电等内容，为项目高效管控提供先进化管理手段。

4 项目应用效果

4.1 现场技术管控

(1)现场平面布置动态化：减少了现场材料转运，平面布置科学高效；

(2)进度计划管理：及时有效地发现进度偏差；

(3)移动端辅助应用：可视化移动端辅助管理；

(4)二次结构自动排版：大幅提升了砌体施工的质量和速度，一次性精确备料，减少了现场砌体材料倒运，预估经济效益90万元；

(5)碰撞检查：提前发现各专业存在的碰撞问题，提前解决，扫清施工障碍；

(6)深化设计：优化了现场施工深化效率和质量，减少了现场返工；

(7)方案模拟：群塔布置模拟、钢结构吊装模拟、跨正线施工模拟等；

(8)三维技术交底：三维可视化直观形象给现场工人交底；

(9)精装修排版：通过BIM+VR身临其境的体验优势，所见即所得，对精装修排版精雕细琢，打造站房艺术品工程；

(10)管线综合：为安装工程预制装配化施工提供技术基础，提高质量，缩短工期。

4.2 成本管理

(1)工程量计算：减少了算量人员，降低了项目材料工程量偏差；

(2)成本管控：综合分析现场成本变化因素，重点管控对成本影响较大分项。

5 总结

5.1 创新点

(1)幕墙、装饰装修工程采用正向BIM深化设计，利用BIM技术三维可视化特性直接进行深化设计，同时所有模型采取真实材质贴图，加入当地人文艺术色彩以打造艺术品工程，利用VR技术真实还原模型场景，为业主、设计选取方案提供帮助。

(2)模型校核阶段，自主开发的REVIT内置插件——“ITWO 3D”，在上传平台之前进行模型信息完整性检查与修改，并一键上传至平台比原有的人工上传的方式简便而且可靠了许多。

(3)为了辅助计价，在济青高铁BIM平台中预先录入了铁路定额库，山东省地方定额库。基于定额库，将模型与工程量清单挂接，完成计价工作。

5.2 经验

现场BIM技术应用，应充分考虑各施工工序合理穿插，提前协调各施工队伍的施工顺序，以确保BIM技术切实得以落地。同时应加强对装饰装修工程节点深化设计，全部复杂节点均应以三维图纸进行技术交底，以满足现场施工需要。