BIM技术在大型站房改扩建工程中的应用

黄浩，曹晗，丁仕洪，江明慧，邹孔庆，柳小宏

（中铁四局集团钢结构建筑有限公司，安徽合肥 230088）

1 项目概述

六安站站房改扩建工程位于六安市裕安区，施工内容主要包括新建过渡站房、天桥、出站地道、社会通道以及拆除既有站房并新建站房、站场改造。工程总用地面积为5.2万m2，新建站房建筑面积为2万m2，结构形式为框架剪力墙+网架，合同造价2.6亿元。项目竣工图见图1。

图1 项目竣工图

2 BIM技术应用原因

六安站为安徽省经停列车数量排名前三的高铁站。新建出站地道跨铁路既有线施工，新建天桥跨铁路既有线顶推施工，施工过程中安全风险非常高。项目属于宁西二线站后工程Ⅰ类变更项目，车站不能封站施工，临时站房过渡、站场改造、旅客疏解及接触网过渡方案复杂。

新建站房呈雄伟的汉式风格，古典元素与现代建筑工艺相结合，既流畅又不失古朴美，幕墙及室内装饰深化设计是难点。综合性工程管线错综复杂，铁路与市政接口以及建筑自身接口复杂。如何与土建、装修专业配合，合理利用安装空间是难点。

3 BIM技术应用说明

3.1 应用目标

基于项目重难点，BIM技术主要应用于深化设计、制造加工、施工管理和竣工等阶段[1]，应用目标主要有以下4个方面：

（1） 保证新建地道和天桥跨铁路既有线施工安全性。

（2） 提高旅客疏解和站场改造方案的合理性与科学性。

（3） 提高钢结构、机电及幕墙装饰深化设计质量和效率。

（4） 探索应用大数据、物联网、无人机、虚拟现实、增强现实等新科技与BIM技术的融合，拓展BIM技术应用范围。

3.2 实施方案

为高效、合理、深入地发展BIM技术，在项目实施前，参照中铁四局集团钢结构建筑有限公司BIM技术实施标准化文件编制了《六安站站房改扩建工程BIM技术实施方案》，对深化设计、工作方式、协同流程、施工管理、交付标准等作了详细规定。

3.3 应用措施

建立统一的《土建专业BIM建模标准》《钢结构专业BIM建模标准》《机电专业BIM建模标准》《幕墙专业BIM建模标准》，主要包含应用文件目录和命名、建模精度、单位坐标、模型色彩、软件选用、交付标准等内容。

制定各阶段BIM技术应用成果交付计划、BIM技术应用实施计划和BIM技术应用保证措施，保证《六安站站房改扩建工程BIM实施方案》在项目中有效实施。

4 BIM常规技术应用

4.1 场地应用

（1）施工总平面布置。对施工现场中的临设、生产加工区域、大型设备安装，在倾斜摄影模型中以动态方式进行合理布局，为后续施工奠定基础，提高施工效率及质量（见图2）。

图2 施工总平面布置

（2）旅客疏解路线方案。借助BIM技术制定各施工阶段的旅客疏解方案，详细论证，确保旅客乘车和施工安全（见图3）。

图3 旅客疏解路线方案

4.2 土建专业应用

（1）图纸审查。在土建模型建立过程中，查出重要图纸问题28处。利用三维模型提高与设计单位的沟通效率（见图4）。

图4 图纸审查

（2）方案设计优化。对地道支护桩及便梁布置进行建模，借助BIM的可视化特性，可以协助方案编制和施工演示，从而实现地道施工方案优化（见图5）。

图5 方案设计优化

（3）技术交底。新建出站地道跨铁路既有线施工，刷新了我国站点改造复杂程度的新高度。在地道开挖的同时，地面上列车仍然正常开行，地道施工风险极大。通过BIM可以向施工人员形象展示地道主要施工方法，使现场人员更容易理解，减少返工（见图6）。

图6 技术交底

（4）工程量计算。三维展示梁柱钢筋节点，指导现场施工和检查验收。基于模型快捷输出钢筋和混凝土工程量，较手工计算效率大大提高（见图7）。

图7 工程量计算

（5）进度管理。将进度计划与新建站房模型关联，从而实现4D虚拟建造过程，分析影响施工工期的主要因素，实现施工进度可视化管理，达到优化施工进度、节约成本的目的（见图8）。

图8 进度管理

（6）成本管理。将新建站房进度、清单、模型关联，形成资金曲线和资源曲线，实现在模型中进行关键时间节点的资金、资源对比和分析，提高对项目成本和工程造价的管理能力（见图9）。

图9 成本管理

（7）安全管理。利用模板脚手架软件完成现场承重脚手架安全设计验算，自动输出施工方案和计算书，较传统方式准确率和效率显著提升（见图10）。

图10 安全管理

（8）质量管理。在施工现场使用手机端查看六安站站房轻量化BIM，可以随时校核实体建筑，及时发现问题、解决问题（见图11）。

图11 质量管理

4.3 钢结构专业应用

（1）深化设计。建立基本站台雨棚、天桥、屋面网架模型，深化钢结构复杂节点，并通过三维模型生成二维加工图纸[2]（见图12）。

图12 深化设计

（2）站房拉梁合理优化。站房悬挑拉梁原设计为混凝土结构，为保证工期及施工安全，将混凝土变更为钢结构，同时为后续檐口铝板龙骨安装提供便利条件（见图13）。

图13 站房拉梁合理优化

（3）排版套料及数字化加工。建立天桥钢结构模型，导入SmartNest中排版套料，生成G代码用于数字化加工制造，排版效率提高280%，料损降低1.8%[3]（见图14）。

图14 排版套料及数字化加工

（4）结构仿真计算。新建天桥和地道施工前，利用Midas对天桥顶推和地道基坑支护结构进行仿真计算，不仅为施工工艺提供理论依据，而且保证施工安全（见图15）。

图15 结构仿真计算

（5）天桥施工比选和模拟。新建天桥跨既有线施工，且与站房结构工序交叉施工。采用BIM技术反复推演，在保证安全和工期的基础上，选择顶推施工工艺，提前做好各种保护措施（见图16）。

图16 天桥施工比选和模拟

4.4 机电专业应用

（1）管线碰撞检查。项目涉及机电管线系统组成多，管线布置较复杂，因此使用MagiCAD建立三维机电管线模型，导出详细的碰撞检查报告，提交合理的管线综合优化方案，杜绝因碰撞造成的拆改，保证模型与现场施工高度一致。预先发现机电专业管道碰撞问题1 750处，其中关键碰撞问题32处（见图17）。

图17 管线碰撞检查

（2）指导管线洞口预留预埋。BIM软件自动识别生成孔洞，输出二维图纸指导现场预留预埋施工，避免后期二次钻孔开洞、返工等情况发生（见图18）。

图18 指导管线洞口预留预埋

（3）综合支吊架设计。站房走廊内管线复杂，设计4层综合支吊架，美观大方，有效解决有限空间内支架排布混乱问题，加快施工进度（见图19）。

图19 综合支吊架设计

4.5 幕墙装饰专业应用

（1）外幕墙和内装饰方案比选。对新建站房室外幕墙和内装饰进行仿真对比，提交到业主及设计单位确定最佳装修方案（见图20）。

图20 外幕墙和内装饰方案比选

（2）站房檐口方案比选。站房檐口深化设计时，建立多种方案模型，利用可视化技术确定最佳装修方案，并指导铝板加工和安装（见图21）。

图21 站房檐口方案比选

（3）辅助样板选区和施工。首先建立站房BIM装饰模型，通过虚拟漫游择优选定吊顶和石材幕墙样板区域，并且辅助现场吊顶幕墙定位安装以及工程量计算（见图22）。

图22 辅助样板选区和施工

（4）装饰参数化模型库。建立室外幕墙和室内装饰参数化模型库，提高模型修改效率（见图23）。

图23 装饰参数化模型库

（5）地面铺砖。利用铺砖工具，精装模型瓷砖的铺贴和统计效率提高40%（见图24）。

图24 地面铺砖

（6）幕墙参数化布置。创新使用Dynamo工具，石材幕墙龙骨和埋件布置效率提高60%（见图25）。

图25 幕墙参数化布置

4.6 竣工阶段应用

参照GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工应用标准》相关规定，将BIM及资料交付建设单位。

5 BIM创新技术应用

5.1 BIM+安全监测平台

新建出站地道便梁架设、基坑开挖、钢支撑安装和地道施工时，平均每10 min有1辆列车通过，安全风险非常高。常规的人工监测效率低、风险高，项目无法实施，因此创新采用BIM+安全监测平台的新方式进行监测[4]（见图26）。

图26 既有线基坑安全监测平台

将采集的位移、应力等数据实时集成至平台，监测效率提高2倍以上，降低安全成本，实现数据分析和智能化分级预警，方便管理人员及时采取有效措施，保证施工安全（见图27）。

图27 监测数据展示

5.2 BIM+二维码物料管理平台

二维码物料管理平台融合BIM、信息化、物联网、大数据分析等现代化技术手段，实现天桥钢结构从加工到安装全过程跟踪管控，准确率提高70%，工作效率提高50%[5]（见图28）。

图28 二维码物料管理

5.3 BIM+倾斜摄影模型

将BIM导入至倾斜摄影模型，真实模拟现场实际状态，用于土方计算、进场路线、临建规划、尺寸测量等应用，效果显著[6]（见图29）。

图29 土方计算和场地规划

5.4 BIM+VR技术

将Revit模型与VR技术结合，在站房室内装饰阶段，项目各方沉浸式浏览模型，辅助装饰方案比选，有效提升候车大厅的建筑品质[7]（见图30）。

图30 虚拟现实

5.5 BIM+AR技术

利用AR技术将BIM与图纸建立对应关系，施工人员只需扫描图纸，即可看到其对应的三维模型，用于技术讨论和现场查看模型（见图31）。

图31 增强现实

6 应用效果及展望

6.1 应用效果

项目应用BIM技术解决遇到的施工难题，保质保量完成施工任务，共节约施工成本150万元，缩短工期约60 d。BIM技术的应用改变了项目管理方式，提升了管理水平，BIM技术进一步落地。创新研发安全监测平台、二维码物料管理平台，对倾斜摄影模型、虚拟现实、增强现实进行了深入应用，有效提升了建筑品质。

6.2 应用展望

目前我国已发布4个BIM技术相关标准，应清醒地认识到：

（1）我国BIM技术仍处于探索阶段，还缺乏BIM技术落地的有效途径。

（2）现阶段BIM技术平台集成度不够，落地应用难，BIM技术应用重点在各单项上，解决工程项目实际问题、提升工作效率[8]。

（3）BIM技术日新月异，其与VR、AR、MR、GIS、无人机、3D打印、3D扫描和智慧工地等新技术的结合一定会加快建设行业信息化进程。