基于BIM技术应用的铁路曲线换轨工程投标优势

薛 泽

兰州交通大学 甘肃 兰州 730070

1 引言

随着技术的发展，越来越多的信息化技术应用到了工程领域，这些信息化技术极大地改变了施工现场的信息获取能力、信息传递方式以及信息存储加工等方面，应用这些信息化技术可以很好的解决工程中所遇到的难以估计的复杂情况，更加有利于实现施工现场的现代化、专业化管理，例如：在较短的工期内完成和优化组织结构、在过于复杂的施工环境下合理的安排施工的进程、在结构复杂的工程中有效的安排施工工序等。

在这些信息化技术中BIM 技术师是近几年兴起并逐步推广的一个重要的信息化手段，所谓BIM也就是我们通常意义上说的建筑信息模型，其主要是以建筑工程项目的各项相关信息数据为模型基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物信息，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点[1]。

2 BIM技术在铁路大修工程中的优势

（1）精准计算工程量。工程量是计算和编制施工造价预算的基础，是工程初期阶段对工程设计、工程造价影响十分大的一个工程数据，同时也是编制施工组织方案与编写响应文件的重要控制性因素，在原有的铁路大修工程中，工程量的计算方法是由施工方委派一组经验丰富的施工一线组织人员，作为施工工程量评估小组，到现场进行实地的勘测从而评估出本次工程的工程量，以作为日后施工的工程评估标准，但是这种方法由于人工、设备等多种原因，往往会导致工程量评估误差较大，对不可预见性因素的估计不足，很难对工程项目有一个明确、清楚的估计，导致在招投标过程中的成本评估和造价计算发生偏差，影响公司在工程招投标过程中的准确判断，同时出现偏差的工程量也会在一定程度上影响到施工组织方案的编写，这样的现象发生极大的影响到了施工方对工程项目的精准化、专业化判断。而利用BIM技术可以对工程量进行精确的预估，软件通过匹配工程图纸，进行三维模型绘制，以最直观的方式对工程量进行展现，通过软件自带的插件还可以精确的计算出各分项工程的工程量，以铁路轨道更换为例，通过使用BIM建模可以很大程度上的精准估计需要开挖的道砟量，同时对于钢轨的平移距离估计也是十分准确的，由于使用软件进行了模拟计算，极大程度上避免了人为因素的影响，应用这种方法不仅大大提高了工程量计算的效率，在准确程度上也是远超人工计算方法的[2]。

（2）精确估计项目材料使用量。在铁路轨道更换等大修工程中，由于需要使用大量的钢轨、混凝土轨枕以及道砟，对于一整个子项目而言往往材料成本会在整个项目工程预算中占很大的比重，甚至有的同类项目工程中这个方面的比重可以达到整个项目的一半以上，所以如何更加清晰准确的估计项目施工中的材料使用量，对于前期招投标过程中的预算编制有着十分深远的意义的。通过使用BIM技术，可以更加快速的统算出在各个施工阶段各项施工的材料理论用量，例如：在一个轨道更换项目中，通过对现场环境的建模，可以很好的估计出目前工程状态下使用的钢轨长度，道砟的立方体积，以及混凝土轨枕的预设位置和使用量，这些数据在日后的预算编制过程中可以起到很好的指导性，在对实际情况进行分析后材料的使用量仅需备足一定的施工损耗和不可抗力影响的冗余即可，所有材料的购置与运输也可以严格按照限额编制，这样做就可以更加精确的估计材料使用成本[3]。

（3）碰撞检验及施工组织编制。因为铁路轨道更换等大修项目不同于其他铁路新建项目，所有大修项目均是在既有铁路线上进行改造更换施工，其工程环境极为复杂，相较于其他铁路新建项目，在施工过程中更多的还需要考虑到施工前本就已经栽设好的接触网支柱、电气化铁路设备、行车信号标志牌以及警冲标等其他对施工由干扰的物品，以防止在施工流程编制过程中所编制的施工方案与实际现场的情况出入过大，导致方案最终无法在现场实现，因为既有线路的施工均是在“要点”时间段中进行的（要点：与前后方车站沟通并且进行登记，施工时间设置区间闭锁，确保这一时间段无列车通过，在繁忙干线或者进出频繁的车站附近施工，这个时间往往是十分短暂的），这样临时更换方案的情况一旦发生，会导致的工程施工任务的严重脱节，严重时甚至会影响到铁路正线列车的运行，导致列车大面积延误的情况发生，造成不可挽回的结果。利用BIM技术，我们可以在前期对施工现场进行细致的勘察，尽可能细致的对施工场景进行三维建模，通过模拟施工的方式对施工过程中的工艺流程进行模拟，检查所更换的轨道配件、机具是否与既有干扰物品干涉，提前做到施工流程将细化管理，杜绝投标阶段编制的施工组织无法指导施工的情况发生[4]。

（4）动态信息的处理。在工程的招投标阶段我们曾遇到过招标单位临时发函声明工程量变更、施工限制性条件变更等情况的发生，在原来的方法中，一旦工程量或者其他重要信息发生了变更，所有的施工组织、造价预算全部需要推到重来，这将会耗费极大的人力和时间成本，有的时候对于一个大型项目工程，可能导致公司大部分人进行了加班但依旧，没法按时提交响应文件，而导致失去投标资格。使用BIM技术就很好的解决了这一问题，通过动态信息的处理，在工程量的限制性条件变更的第一时间对模型进行调整，可以很快速的完成对施工方案和造价预算的调整[5]。

3 案例分析

3.1 工程概况

河北XP第二发电有限责任公司位于河北省平山县境内，距石家庄市区37km，本项目为铁路曲线地段更换钢轨工程,西二公司电厂站至XP站区间部分曲线地段的钢轨磨耗严重，对其进行更换。

工程内容包含工程的测量、方案设计、废旧部件拆除、新部件安装（包含备件、主材、辅材、耗材、施工器械等所有相关材料设备）、验收及移交、废弃部件的清运处置、建筑垃圾清运、相关手续跑办、协调处理施工过程中遇到的各种问题、文明施工等全部工作。

表1 标段位置明细表

由于本此招标过程中HG-006标段情况比较复杂，轨道曲率大、既有不可移动干扰物较多、施工环境复杂，下文均以此标段为例进行分析。

3.2 BIM技术应用在本案例中的优势分析

由于该工程标段的中标时间为2019年6月，当时正处于公司首次尝试BIM技术的应用，所以在前期招投标过程中存在较多新、旧方式对比，更有利于对BIM技术进行优势分析。

3.2.1 工程量计算中的优势

在本标段投标过程中，根据招标文件提供的标段位置信息首先估算本标段总长410m，主要工程是410m旧线路拆除工程、旧线路道砟清理、新线路铺设、新道砟铺设、开通去捣固。

在工程量计算初期由公司的技术人员与施工负责人到现场勘察，将工程所在地段的地理环境及施工条件进行了详细的记录，首先运用人工估算的方式进行了预估，回到公司后又由专业技术人员根据现场勘察结果，利用BIM技术进行了现场环境以及施工过程进行了建模，并对预估工程量进行了校核和调差，具体计算结果如表2所示。

表2 工程量计算结果表

在人工预估过程中，对工程量的评估依旧是基于直线轨道更换施工方法，结合曲线施工特点进行评估，但是未能考虑到本次工程拆除的旧轨道为木枕，新换的混凝土轨枕在曲线铺设时有较大的差异；而在应用BIM技术进行建模过程中，更加严格的按照曲线混凝土轨枕铺设的施工要求进行了施工安排和工程量计算，经过实际工程当中对实际工程量的校核，针对道砟的清方量、道砟的补充量，以及捣固数量进行详细对比如表3所示。

表3 道砟计算结果对比表

图1 道砟计算结果对比图

由以上计算结果可以看出使用BIM技术所计算出的工程量与实际工程量更加相符，其偏差均在5%以内，而人工估计的工程量偏差却在15%左右。BIM技术的利用在招投标阶段很好的预估了精确的工程量，为招投标阶段的施工成本估计和预算编制做出了巨大贡献，同时为接下来的施工组织方案编制提供了良好的基础。

3.2.2 施工组织编制中的优势

在本标段的施工中由于线路毗邻正线，且是XP电厂煤炭运输的唯一关键性枢纽标段，施工只能占用当日0点前后的4个小时，在施工方案的制定中，为了达到快速完成工程的目标，选择了提前将轨道与枕木组合，随后将预先组装好的曲线轨排平移至所在位置的方案，但是这就对施工过程中的平移干涉性提出了较高的要求。

图2 项目部分干涉检查图

在应用BIM技术对此标段进行建模过程中，更加清晰的展现了项目施工阶段部分施工方法的局限性，因为在曲线线路两旁有多处警冲标之和知识标牌，可能会影响到施工的进行，使用Revit建立场地环境模型后，使用了Navisworks中的Clash Detective功能进行了防干涉检查，由于在此软件中只可以进行静态的工程状态检测，所有在所有平移工程路径中共设置了40个状态进行防碰撞检查，利用BIM模型防干涉功能进行了风险规避，可规避的点以其中一段的施工图纸为例进行标出。

表4 标段施工时间对比表

图3 标段施工时间对比表（a）

图3 标段施工时间对比表（b）

根据上述图表可看出使用了BIM技术有效的提高了施工的工程效率，很大程度上避免了超过天窗时间点的风险，在相同工程环境下缩减了施工时间约10%至15%左右。

4 结束语

在铁路曲线换轨工程招投标以及项目施工组织方案编制过程中，通过应用BIM技术可以很好的精确估计工程量，并对工程中较为难以控制的施工要点进行提前安排，尤其是涉及到工程中由干涉存在的情况，很大程度上提高了项目前期成本估计的准确性，同时也提高了公司的招投标工作效率。