基于BIM的铁路车站综合体改扩建工程施工管理应用研究

连茜椰，何越磊，程岩，路宏遥，刘俊

基于BIM的铁路车站综合体改扩建工程施工管理应用研究

连茜椰1，何越磊1，程岩2，路宏遥1，刘俊1

(1. 上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201600；2. 中国铁路上海局集团有限公司 上海铁路枢纽工程建设指挥部，上海 200040)

铁路车站综合体改扩建工程具有多专业协作、多部门监管和多条件制约等特点，施工进度难以控制、资源浪费、材料损耗严重、工程资料管理滞后等问题在此类工程中凸显。利用BIM(Building Information Modeling)创建信息、管理信息、共享信息的优势，从施工进度动态管控、综合管线碰撞检查、物资材料管理以及工程资料管理收集4个方面研究BIM技术在铁路车站综合体施工管理中的具体应用，并通过实际工程案例验证该方法的可行性。研究结果表明：BIM技术提高铁路车站综合体的施工管理效率达到50%，对铁路车站综合体改扩建工程施工在信息共享、进度管理、快捷施工上提供了有效的技术手段。

铁路车站综合体；改扩建工程；施工管理；BIM

随着城市交通的飞速发展，铁路车站综合体作为疏导交通的中枢纽带在居民出行中扮演着重要角色。为了方便旅客出行并且最大化满足客运需求，对铁路车站综合体进行扩能改建势在必行。但是，在改扩建施工中不仅涉及接触网、信号、电力、通信等众多专业，且需要不影响列车线路正常运营，改扩建施工具有多专业协作、多部门监管、多条件制约、信息量庞杂等特点。为了减少施工对运营交通的影响，需要在短期时间内保质保量地完成铁路车站综合体改扩建工程的施工作业。在如此复杂的施工环境和条件下，传统的建设管理方式已然无法满足铁路车站综合体改扩建工程施工管理的需要。BIM技术实现了项目全生命周期内信息地不断更新和协同管理，使不同参与方之间信息互联互通，不仅有效地缩短了项目建设周期，而且对降低成本、提升工程质量也有显著作用[1]。目前，国内外针对BIM在铁路车站综合体施工管理方面已展开部分研究。曾绍武等[2]通过研发地铁BIM 4D管理系统平台，对地铁车站实现三维可视化交底、施工过程模拟、4D施工动态管理、工程量提取、4D动态沉降监测等功能。欧阳业伟等[3]研究了基于BIM在地铁工程中应用可视化施工过程模拟、4D虚拟建造技术、图像化施工进度管理以及碰撞检测进行施工进度管理，并结合具体案例验证了该方法的可行性。周少东等[4]针对传统的地铁管理模式，构建出基于BIM环境下的进度、成本、质量和安全的集成管理系统，实现集成管理控制的目标。这些研究为施工管理提出了解决方案，促进了BIM技术在我国铁路车站综合体施工管理上的发展，现有研究虽然在施工管理上做了很多的探索，但针对铁路车站改建施工管理方面还欠缺研究经验，有较大的探索空间。基于此，本文提出BIM技术在铁路车站综合体改扩建施工管理方面的实施流程和应用措施，从施工进度动态管控、综合管线碰撞检查、物资材料管理以及工程资料可视化管理4个方面进行综合分析，并通过具体的工程实例验证了该管理方法的实用价值，以期为铁路建设管理工作提供有效的技术管理手段。

1 引入BIM技术的必要性分析

铁路车站综合体改扩建工程紧邻地铁、公交、出租车等多模式交通交汇区，为减少施工对城市居民交通、生活方面的影响，使旅客出行更加便利，对工期要求严格。但由于不同专业穿插施工，需各工种之间紧密协作，进度编制以及跟踪困难问题比较显著，专业作业面之间相互“打架”的情况经常发生，对工期造成影响。项目部通常无法及时掌控施工现场实际进度，无法预测并解决施工区域可能出现的延误情况[5]。

此外，铁路车站综合体扩建工程也是城市的永久标志性工程，作为铁路领域的重点建设项目，由于质量水平备受广大社会民众关注，因此对质量管理方法提出了更加严格的要求。铁路车站综合体改扩建工程包含多个系统，各工种之间很容易发生碰撞，相互影响施工质量。

铁路车站综合体改扩建工程涉及接触网、信号、电力、通信等众多专业，施工过程中产生大量的工程资料。

在改建施工的同时还需要不影响列车线路正常运营，因此该类工程受到各专业、各条线、各部门以及铁路运输等多条件相互制约影响。

铁路车站综合体改扩建工程的多专业协作、多部门监管、多条件制约等特点，加大了改扩建工程施工管理的难度，施工进度难以控制、资源浪费、材料损耗严重、工程资料管理滞后等问题在此类工程中凸显。给改扩建工程施工管理造成巨大压力，直接影响整个项目的经济和社会效益。

基于BIM的创建信息、管理信息、共享信息的优势[6−8]，将BIM应用于铁路车站综合体改扩建施工管理中，从施工进度动态管控、综合管线碰撞检查、物资材料管理及工程资料管理收集4个方面进行综合管理，基于BIM的铁路车站综合体改扩建施工管理模式，改变了传统的施工管理理念，提高了铁路项目管理的集成化程度。

2 BIM在铁路车站综合体改扩建施工管理中的实施流程

基于BIM技术的铁路车站综合体施工管理是在创建BIM模型的基础上[9−10]，从进度、管线、物资材料以及工程资料4个方面进行探索研究，图1为研究过程技术路线图，为铁路综合体改扩建工程施工管理提供了新的管理理念，加快了铁路工程建设效率。

图1 研究过程技术路线

2.1 施工进度动态管控

进度管理是铁路车站综合体改扩建工程施工管理中的一项重要环节。传统的铁路车站综合体进度管理办法多采用网络计划图、甘特图以及施工组织进度管理等二维方式，不能详尽地表达施工各阶段构筑物的逻辑关系。BIM4D虚拟施工为工程的三维可视化问题提供了新的解决方案。

基于BIM的4D虚拟施工是三维信息模型与时间维度的集成。其构建过程包括根据施工方案和施工进度目标等资料基于 WBS(工作结构分解)制订进度计划、创建铁路车站综合体三维建筑信息模型以及三维建筑信息模型与进度计划进行关联。在进度管理中，根据BIM4D虚拟施工可以按照改扩建工程的施工方案模拟实际的建设过程，通过反复模拟整个施工过程，发现施工过程存在的问题并进行4D模型的调整，进而优化施工方案，对工程进度实现三维动态管理，进而指导施工作业。

2.2 综合管线碰撞检查

目前，铁路建设施工阶段，项目人员通常依据建设图纸直接组织施工，但是平面图纸在设计时的“错、漏、碰、缺”问题时有发生，当施工期间碰到发生冲突时，随即停工对方案加以修改，然后进行返工，导致资源浪费、工期延误等问题。铁路车站综合体改扩建工程聚集了各专业综合管线，其数量巨大、走向错综复杂，施工时极易产生交叉冲突。在BIM平台中对铁路车站综合体改扩建工程各专业综合管线进行碰撞检查，发现问题后组织设计协调会议处理碰撞及设计协调问题。根据碰撞检测结果和项目实际情况调整管线的空间布局，管线调整优化完成后，可以在BIM平台中导出新的平、立、剖面图纸，直接指导施工。提前显露并解决施工期间可能出现的问题，降低正式施工时出现问题的可能性，以达到节省资源、缩短工期的目的。

信息社会高校思想政治教育面临的困境及出路 … …………………………………… 晁钟丹，牛余凤（2．108）

2.3 物资材料管理

在传统的物料管理模式下，项目管理部门根据施工现场具体情况定制相应的物资管理流程和规范。整体步骤是通过施工现场的施工员、材料员以及保管员等人来共同完成[11−13]。铁路车站综合体改扩建工程施工现场复杂多样，使其施工现场物资材料管理周期较长、类型庞杂、方式繁琐。材料管理伴有核算不精准、申报审核不严格以及变更手续拖延处理等问题，造成材料大量损耗、现场堆积、停工待料以致增加工程成本。

在建立铁路车站综合体三维信息模型时接触网、柱子、站台等构件属性信息例如强度等级、材质、规格等已经包含其中，铁路车站综合体改扩建工程进行物资材料管理，在BIM5D平台中可以根据进度计划、部位、不同材料类型快速查询所需工程量，项目部在安排物资计划时，根据施工人员要求按流水段划分或者时间迅速计算需要的物资数量进而协助相关负责人员编写采购方案。不仅确保了施工与工期的连续性，而且能更好的利用流动资金、降低物资的二次搬运以及库存量。作为发放材料部门的参照，可以防止漏发、错发、多发的情况发生，降低对材料的浪费。

2.4 工程资料管理收集

铁路车站综合体改扩建施工周期较长，随着工程的不断开展会产生大量多专业资料文档，但是传统的施工资料一般保存在纸质媒介上，在漫长的建设过程中，建设工程从开始到竣工的施工依据很难查找，造成大量资料丢失、管理不协调等问题，依据BIM信息化的管理模式，建立铁路车站综合体模型化信息管理系统，实现模型和资料相集成，对于提高铁路车站资料管理水平意义重大。

首先，建立铁路车站综合体三维信息模型，然后根据《铁路工程信息模型分类和编码标准》对改扩建工程资料进行分类整合，最后在基础设施智慧服务系统(infrastructure Smart Service System，iS3)平台上进行二次开发，将施工中的各类信息及时录入平台与模型进行关联，可以在系统中快速查询构件对应的图纸信息、现场施工照片、检验批、施工流程等各种资料并进行多方协调沟通，宏观掌控工程信息，将资料电子化、系统化，更加实现工程资料可视化的管理方式。不仅为施工阶段的资料管理提供了技术手段，同时也为后期的竣工档案资料归档提交提供了有力的支撑材料[14−15]。

3 案例分析

京沪线某铁路车站综合体由普速站房、高架站房和站场三部分组成，普速站房结构两层，总面积3 000 m2，高架站房结构一层，总面积6 000 m2，站场规模为4台7线，改扩建工程涉及接触网、信号、电力、通信等多个专业穿插进行施工作业，工程量浩大，协调相对困难。

京沪线某铁路车站综合体交汇处包括地铁、公共汽车、出租车等许多交通出行方式，为减少对城市生活、交通影响，确保改建工程按时按质顺利开展，需要进行多方沟通对工程统筹规划，合理安排，运用信息化手段进行施工管理。

1) 由于京沪线某铁路车站综合体在不影响既有京沪线正常运营下进行工程建设，改扩建工程分为4个阶段进行过渡施工。在京沪线某铁路车站综合体施工前，将建立好的车站三维模型与施工进度信息进行链接，以动态的方式展示整个站改过渡方案，形成如图2所示虚拟4D施工动画。通过有效管理、审视整个工程的施工过程，对编制不合理的工期及计划及时进行调整，优化施工方案，利于项目决策。

图2 虚拟4D站改施工

通过对土建、照明、通信、信息、给排水等施工班组进行进度指导，需要150人次，利用4D虚拟施工视频辅助进行施工指导需75人次，时间节省了将近30%，工作效率大约提高了2倍。

2) 在京沪线某铁路车站综合体施工时，将综合管线通过专业软件进行碰撞检查，根据检查结果提交碰撞报告如图3所示，对检查出的问题经过多方协调沟通进行修整优化。

综合管线整体部署后，共解决了100多处管线碰撞问题，经计算项目成本节省约5万元。

3) 京沪线某铁路车站综合体进行物资材料管理，通过输入时间2018−08−04~2018−08−06对物资材料进行统计如图4所示，根据统计结果制定采购信息。

图3 碰撞检查报告

图4 按照时间查询物资材料

利用BIM技术对现场物资材料进行管理，将钢筋、混凝土等各个班组上报的物资数量与BIM技术物资统计量进行比对，并结合实际的完成量，通过对比发现人工预估的物资用量误差为5%，经过核算节约材料成本大约为1%。

4) 京沪线某铁路车站综合体在进行资料管理时，将雨棚、雨棚柱以及站台等构件与施工信息相集成，管理人员可以在系统中通过点击构件直接查询对应的资料文档，如图5，及时掌握项目进展 情况。

图5 点击构件查询对应的资料文档

在进行过程性文件的整理时，各阶段资料整合需要10工天，利用铁路车站综合体模型化信息管理系统将过程性文件进行实时添加需要5工天，节省时间50%，提高效率2倍。

4 结论

1) 以实现铁路车站综合体规范化和精细化管理为目标，提出基于BIM技术的铁路车站综合体施工管理的实施流程，从施工进度动态管控、综合管线碰撞检查、物资材料管理以及工程资料管理收集四个方面进行深入研究，并通过实际应用实践，促进了铁路综合体改扩建工程的信息化管理，提高了工程管理水平和核心竞争能力，实现了智慧建造的工程协同管理途经，为铁路车站综合体施工管理提供了有效的解决手段。为铁路工程全生命周期的智能建造奠定了基础。

2) 铁路车站综合体的工程实例应用表明，它适用于铁路车站综合体改扩建施工的集成化、信息化管理，同时也为轨道交通的施工管理模式提供了强有力的借鉴。

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Application research of BIM-based construction management in railway station complex reconstruction and extension project

LIAN Xiye1, HE Yuelei1, CHENG Yan2, LU Hongyao1, LIU Jun1

(1. School of Urban Rail Transit, Shanghai University of Engineering and Technology, Shanghai 201600, China; 2. Shanghai Railway Terminal Construction Headquarters, China Railway Shanghai Bureau Group Co., Ltd, Shanghai 200040, China)

The railway station complex reconstruction and expansion project has the characteristics of multi-disciplinary cooperation，multi-sector supervision and multi-condition constraints. The problems such as difficult construction control, waste of resources, serious material loss and lagging engineering data management are prominent in such projects. This paper takes advantage of BIM (Building Information Modeling) create information, manage information and share information. From the four aspects of construction schedule dynamic control, integrated pipeline collision inspection, goods and material management and engineering data management collection, the specific application of BIM technology in railway station complex construction management is studied. The feasibility of the method is verified by actual engineering cases. The results show that BIM technology improves the construction management efficiency of railway station complex by 50%.It provides an effective technical means for information sharing, schedule management and rapid construction of the railway station complex reconstruction and expansion project.

railway station complex; reconstruction and expansion project; construction management; BIM

U213.2＋44

A

1672 − 7029(2020)04 − 1036 − 07

10.19713/j.cnki.43−1423/u.T20190607

2019−07−05

国家自然科学基金资助项目(51808333)；上海市科委重点支撑资助项目(16030501400)

何越磊(1972−)，男，辽宁锦州人，教授，博士，从事铁道工程检测技术研究；E−mail：hyldoc@163.com

(编辑 蒋学东)