BIM技术在铁路站房项目建设管理中的综合应用研究

(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

青岛至连云港高速铁路正线长194.39km，总投资238亿元，其中山东境内186.6km，江苏境内8km。建设标准为国铁Ⅰ级双线电气化快速铁路，是以城际客运为主兼顾中长途旅客运输、客货并重的铁路干线，沿途共设红岛、洋河口、青岛西、董家口、两城、奎山镇(日照西)、岚山西7个车站，其中洋河口和两城为越行站，跨越山东、江苏两省沿海的青岛、日照和连云港3个省辖市。建成以后，全线输送货物能力为每年3 500万t，客车每天80对。青岛西站站房工程主要包含土建、装修、标识、采暖通风、室内给排水、室外给排水、电力、FAS、BAS系统等专业，站房面积53 916m2。

2 BIM项目组织与应用环境搭建

2.1 BIM的作用

本项目具有工期短、质量要求高、参建单位多等特点，因此在项目全生命周期中引入BIM技术，建立BIM云协同管理平台[1]。BIM在本项目中发挥的作用如下：在设计阶段解决多方沟通、协调问题[2]，切实控制设计质量，通过模拟项目的建设过程对项目进行优化，避免下阶段的工程风险；在施工阶段进行多专业协调、多专业集成、多功能整合，在施工组织设计、重大施工方案动态模拟、施工技术方案确定、新技术整合应用、施工进度模拟优化、工程安全、质量、文明施工管理、现场数据采集、后台处理、施工过程资料电子化管理等过程通过信息化管理手段提升项目施工精细化管理水平；通过BIM技术提高竣工交付的信息化能力，完成整个铁路系统的BIM竣工模型，实现铁路系统工程资料信息电子化、空间可视化、结构安全监测数据化、设备构件平台化及现场管理信息集成化，为铁路智慧化运营管理提供模型及信息基础[3]。

2.2 实施方案

为了能有效地利用BIM技术，就必须在项目开始阶段采用规范的BIM标准，使项目各参与方都能以统一标准建立并应用BIM模型，避免因个人或企业习惯不同带来的理解误差。BIM应用标准主要内容包括：明确BIM实施组织架构及职责、明确BIM应用计划、明确BIM模型建模专业及信息交换格式、明确项目各阶段BIM应用目标及流程、进行协同BIM平台搭建[4]、制定BIM模型建立标准及竣工交付标准等[5]。

2.3 团队组织

BIM组织架构的建立即BIM团队的构建，是项目目标能否实现的重要影响因素，是项目准确高效运转的基础。故在铁路工程项目实施阶段前期应根据BIM技术的特点结合铁路工程项目本身特征组建项目级BIM团队，从而更好地实现BIM项目上传下达和执行[6-7]。青连铁路站房项目BIM实施具体团队组织架构如图1所示。

图1 青连铁路站房BIM技术应用组织架构

2.4 软硬件环境

BIM实施基础设施指在BIM工作中所需要的各种生产要素，包括BIM实施环境、BIM硬件资源及BIM软件平台[8-10]。在本项目中，通过搭建BIM云协同管理平台进行各参与方协同办公，云平台搭建的硬件环境及软件架构如图2、图3所示。

图2 青岛西站站房BIM技术应用硬件环境

3 BIM应用

3.1 BIM模型创建

青连铁路站房BIM模型创建根据青连铁路站房工程BIM模型标准，通过BIM建模软件Autodesk Revit创建青连铁路站房及雨棚工程项目的全专业模型。整个项目模型分为建筑、结构、给排水、暖通、电气、幕墙、内装、线路等多个专业模型，如图4所示。

图4 青岛西站站房建筑分层BIM模型

在根据图纸对工程项目进行建模的过程中，BIM可辅助发现二维图纸存在的问题。BIM建立模型的过程就是辅助审图和预施工的过程，相对于传统的审图，BIM的优势在于将多个专业模型整合在一起，各专业图纸之间存在的问题一目了然[11-12]。在青连铁路站房工程BIM技术应用实施中，对项目进行各专业建模及碰撞检查后，发现了以下施工图纸的问题：结构机电类矛盾；结构预留洞不明；平面详图不一致；平面系统不一致；标注不明；系统信息不明；平面系统不同层；标注疑问；图形、标注信息不一致；图纸不一致；尺寸不一致；建筑结构不一致；结构错位等。

3.2 BIM+GIS技术应用

本项目在规划阶段通过无人机航拍建立项目地理信息模型，生成GIS模型(如图5所示)，对青连铁路站场专业设计提供地形依据。将GIS模型与BIM模型数据整合，对站场做整体施工场地规划，对施工现场塔吊的布置方案提供了设置依据，使塔吊布置更加合理，极大地提高塔吊的工作效率与覆盖范围；辅助施工场地布置设计及施工方案的确立，使各专业加工区域、堆放区域布置更加合理与安全[13-15]。

图5 青岛西站站房BIM+GIS模型

3.3 机电深化设计(管线综合)

青连铁路站房BIM项目中，机电管线多，截面尺寸大，存在专业间的碰撞点多，以青岛西站为例检测碰撞2 340处，经理整理归纳后90余处；同时，后期运营单位及项目建设单位对走廊、房间等公共区域的净高要求高，导致机电管线排布区域狭小，并且本项目要求工期短，极大地增加了施工难度与压力。在机电管线调整前，首先根据BIM方案中机电管线优化工作流程，对各管线间存在的碰撞点进行检测,并形成碰撞报告，发现大量碰撞点后，及时与设计方、施工方机电负责人及监理单位组织讨论会开展技术讨论，根据现场施工条件确定机电管线综合排布原则[16]。根据管线综合排布原则开展机电管线优化工作，通过整合各专业模型进行调整，在有限的空间内实现管线间的相对零碰撞，同时保证机电管线的功能性，保证设计净高要求，再将机电优化成果对施工方相关作业人员及技术人员进行三维技术交底，同时利用BIM技术进行出图辅助施工，降低返工率，节约物料，时间、人工等成本(如图6所示)。

图6 青岛西站站房机电深化设计BIM模型部分示意

3.4 内装效果漫游

青连铁路站房工程作为大型铁路综合交通枢纽，站房规模大，复杂程度高，建成后人流量大，建设单位及各参建方对内装的施工效果尤为关注。基于BIM技术，在确定精装方案后，对现场即将采用的各项装修材料现场采集其信息，包括材质、图案及截面尺寸等，进行内装模型的再次深化，整合各专业BIM模型。不仅能够直接通过模型进行实时浏览，还可以导入漫游软件中，对模型进行美观可视化渲染，将精装方案与效果对各参与方进行展示与比选，最终将精装方案精益求精。同时，对站房进出站路径，安全逃生路径，办公环境放置进行方案模拟，另建筑功能性得到最大程度利用。如图7所示，为青连铁路青岛西站站房基于BIM内装深化模型制作的进出站漫游动画成果。

图7 青岛西站站房精装修BIM模型效果漫游

3.5 基于BIM技术的项目进度管理

青连铁路站房工程规模大、复杂程度高，工期尤为紧张，项目各参与方对工程进度的把控尤为重视。在总控时间节点要求下，以BIM方式表达、推敲、验证进度计划的合理性，寻找最优化的施工方案，充分准确显示施工进度中各个时间点的计划形象进度，以及对进度实际实施情况的追踪表达，进行施工过程多视点的模拟动画，为施工进度的管理提供依据。通过在BIM云平台中通过BIM模型挂接施工组织信息形成4D虚拟施工过程(如图8所示)，结合项目施工方在平台中对项目实际进度信息、施工日志等施工信息进行录入，与计划进度进行对比，通过BIM模型可视化特性进行表达，达到对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，从而缩短工期、降低成本、提高质量[17]。

图8 青岛西站站房云平台4D虚拟建造过程

3.6 基于BIM技术的项目质量管理

青连铁路站房工程在项目质量管理中，基于站房全专业BIM模型、BIM协同办公平台质量管理模块及铁路工程质量验收规范，通过质量管理信息与BIM模型构件相关联，实现在BIM协同办公平台中进行工程质量流程审批管理过程，提高项目信息化应用水平(如图9所示)。

图9 青岛西站站房云平台项目质量管理

通过青连铁路站房BIM协同平台应用移动端APP，在施工现场随时随地查看BIM模型及相关质量验收规范，不必再带图纸和纸版规范去现场，现场质量人员除可查看本专业图纸和模型外，利用模型可同时查看相关专业的模型，了解其他专业的设计要求，将现场的建筑物实体与BIM模型对比，直观快速地发现现场质量问题(如图10所示)。

图10 青岛西站站房云平台APP端应用

3.7 基于BIM技术的项目安全管理

在青连铁路站房工程建设过程中，通过在协调办公平台集成铁路工程风险源安全管理系统，建立项目完善的安全管理风险源审批流程，与质量管理中的分部分项模块进行挂接，提前对工程建设中容易产生质量安全问题的施工节点进行整理，结合BIM模型构件可视化、可模拟特性，形成并行处理、信息集成、风险提前规避、问题责任到人的工程安全管理系统(如图11所示)。

图11 青岛西站站房云平台项目安全管理

4 总结

在青连铁路站房工程中通过应用BIM技术，发现各专业施工图纸问题共记2 000余条，整理成数字化BIM报告提交设计单位，从施工前对问题进行优化，保证了施工图纸质量，减少了施工过程中的变更，提高了施工效率，保证了项目工期，节约了项目成本。通过在BIM云平台中对BIM模型、施工组织计划及项目清单进行挂接形成了5D虚拟施工过程，在施工前对整个项目施工过程进行模拟，提前发现原施工组织计划中不合理的地方在施工前进行优化，对项目成本进行可视化分析，对后期辅助材料进场、验工计价提供依据，提高了项目施工效率。在青连铁路青岛西站站房工程中，通过5D虚拟建造，发现机电安装、内装施工组织存在不合理的问题，通过BIM咨询单位组织建设单位、施工单位、监理单位进行施组优化讨论会，对施工方案进行优化后模拟、推敲，最终优化工期30余天，为项目节约了成本，保证了项目建造工期。

房屋建筑工程是一项多专业的综合性工程，新建站房更是具有体量大、技术新、管理水平要求较高的特点，以站房工程为例，各种专业接口错综复杂，工序交叉，和线路工程准确无误的对接，更是工程施工中的一大难点，随着我国铁路建设的大规模推进，也带来了越来越多的BIM应用需求。本项目BIM技术的运用，降低了返工概率，实现了施工阶段各专业的高效协同管理，提高了施工质量和效率。未来，BIM技术在铁路工程中的应用会越发深入和广泛，将会为相关管理部门提供科学高效决策提供帮助，也必将为推进铁路全专业的信息化、现代化进程作出重要贡献。