BIM协同平台在铁路工程建造阶段的应用研究

2014-01-18王永义李延刘伟

铁路技术创新 2014年5期

■ 王永义李延刘伟

■ 王永义李延刘伟

以铁路工程建造阶段BIM应用需求为切入点，阐述BIM协同平台承载可视化交底、施工方案模拟、施工组织设计和流程管理等实际应用价值。BIM协同平台的设计主要采用C/S架构，根据参与方不同设置登录权限，基于系统集成化和信息协同的理念，BIM协同平台共分为8大模块，实现了基于BIM的多参与方协同工作。

BIM；协同平台；系统集成；C/S架构；可视化交底

随着铁路BIM技术的深入推进，单纯建立BIM模型已经远远不能满足工程建造的实际需求。BIM技术最初在建筑领域得以大力推广，主要原因是其较好地解决了机电安装工程各专业的碰撞问题，但这一价值点在铁路工程建造阶段应用并不广泛，因为铁路桥梁、隧道、路基等工程对碰撞检测价值点需求较低。这就意味着铁路工程BIM技术进一步推进急需一个较好的突破口，而BIM协同平台的应用逐步走入了人们的视野。

1 协同平台承载的BIM应用价值

1.1 优化二维设计，查缺补漏

与传统二维设计相比，BIM设计信息在不同工程阶段及不同专业间传递没有损失，传递效果更佳。据2007年美国一个统计资料显示，数据互用性不足使建设项目平均增加3.1%的成本和3.3%的工期延误。设计协同使对图和后期修改工作量大减，设计工作重心前移，突出方案比选和技术优化，一旦模型关联关系确定，修改便利，一处修改，处处更新。计算与绘图相融合。多方、多专业在同一平台上工作，实现了高效协同与统一。项目成果既可以以二维形式输出表达，也可以以三维信息模型方式交付。

如果设计成果以二维图纸成果交付，通过BIM软件将二维图纸三维化后，一些空间碰撞可以直观反映出来，查漏补缺，及时对设计考虑不周之处进行优化，避免施工时影响进度和质量。1.2 施工过程中的可视化交底

利用BIM技术，BIM协同平台将二维数据转换成三维模型在平台客户端显示出来，并进行交互处理。平台可视化技术在铁路行业的作用非常大，如传统施工蓝图，只是将构筑物信息在图纸上以二维方式表达，但真正便于人们理解的三维实体只能通过脑海中将二维图纸转换为三维实体，这个过程就可能存在理解偏差，最终导致建造出来的样子偏离设计意图。尤其对于一些体量大、造型奇特、施工方案复杂的工程，这种偏差造成的损失往往是巨大的。BIM平台不仅吸取了BIM技术的三维化特点优势，而且通过时间轴驱动，将各类资源和模型实时互动，随时直观查询和交底施工过程中的各类信息数据。

1.3 重大施工方案虚拟建造

通过BIM三维信息模型，可以事先进行过程模拟演示。可全部、局部、单个节点，可反复推敲设计施工方案，可多方案比较，选择最优方案，达到最佳效果，避

免失误，防范风险。模拟过程使参与各方沟通更容易，使建设各方更直接使用信息模型，技术交底更便利，放样更简便，决策周期更短、更科学。

1.4 施工组织模拟

传统建造过程中，进度、资源与设计不是自动关联，而运用BIM技术，可将进度加入到BIM模型中，形成4D技术，再加入资源形成5D技术。可实时关注项目进度和成本情况，可实施最大化的精细管理与施工组织，使信息化和标准化更好结合。未来5D技术力图实现四大目标：节省5%～15%的建造成本；缩短5%～15%的项目工期；提高20%～30%的项目质量；降低项目决策风险，提高投资效益。

1.5 流程管理

通过建立建筑信息模型，实施项目的数字化安全管理、质量管理、技术管理与经济管理。技术方面包含深化设计、进度管理、工作面管理、图纸管理、场地管理、管线和构件碰撞检查及运营维护等；经济方面包含工程量计算、预算管理、合同管理、成本管理和劳务管理等。

2 BIM协同平台的信息处理

在铁路工程建造阶段，BIM技术可优化管理效率和管理流程，增强项目风险控制能力，实现精细化管理，而BIM协同平台就是实现以上价值点的实际载体，平台的信息处理能力高低直接影响BIM价值发挥的好坏。

2.1 平台数据信息处理架构

由于铁路工程BIM模型数据量较大，为保证平台流畅运行，系统采用C/ S结构，用户通过客户端实时访问BIM协同平台数据库。数据的分析和处理通过服务端实现，客户端（主要为PC端和移动端）和服务端通过网络的连接实时交互数据。信息处理架构见图1。

2.2 平台数据的来源和输出

图1 信息处理架构

铁路工程建造阶段的数据量非常大，数据格式非常多而复杂，有很多现实困难。目前的困难是没有找准切入口，也就是基础数据采集，不解决基础数据的来源问题，后面的业务报表、统计分析都是无源之水。BIM协同平台很好地解决了工程项目基础数据的采集问题，为工程项目信息化提供了很好的切入口和底层数据库。

（1）平台数据的来源。传统信息化平台（如ERP系统），施工现场操作人员往往只是按照上级的要求录入一些数据，增加了额外工作量，且无法直接从这些工作中受益。BIM协同平台的数据来源主要为两条线：一条是计划线，将项目的日计划、周计划、月计划、季度计划和年计划等导入平台，自动和BIM模型进行匹配；另一条是电子施工日志，主要分为技术日志、安全日志和质量日志。施工技术日志可对施工技术信息进行添加、修改、删除操作，包括技术情况、机械情况、施工内容、材料情况和人员情况的添加、修改、删除操作；施工安全日志可对施工安全信息进行添加、修改、删除操作，包括施工安全日志编号、施工安全管理检查、施工作业安全检查、危险源识别及控制的添加、修改、删除操作；施工质量日志可对施工质量信息进行添加、修改、删除操作，包括工种持证上岗情况、设备符合要求情况、原材料送检情况、其他项目、检验批检测项、自检存在问题及整改情况、上级部门检查问题和质量事故的添加、修改、删除操作。

（2）平台数据的输出。录入BIM协同平台的数据经过分析、处理后，

利用网络计划法、S曲线法、香蕉曲线法等形成图表，便于人们对当前项目的进度、安全、质量等方面进行直观理解和判断。由于铁路项目大多为野外作业，施工环境恶劣，信息化软、硬件条件较差，现场环境变化频繁，故BIM协同平台在PC端数据输出的基础上，还应加强移动端查询BIM协同平台数据的能力，移动端BIM应用是施工现场的实际需要，更有利于发挥BIM在沟通、数据查询方面的价值。

3 应用案例分析

以宝兰客专石鼓山隧道为例进行案例分析。

（1）临建模型及工程量。完成了石鼓山隧道2#搅拌站、四工区驻地的临建模型（见图2、图3），并根据所建立的模型进行了工程量统计。

（2）BIM模型在Skyline平台展示（见图4）。

（3）整合BIM模型与地质模型（见图5）。

（4）监控量测数据整合。首先通过中建交通宝兰客专《施工监测信息系统》把施工过程中监控量测数据生成报告，然后把生成的监控量报告载入相应断面的隧道三维模型中，通过点击隧道三维模型中的测量断面达到调出监控量报告的目的（见图6）。

（5）超前地质预报数据整合。超前地质预报报告载入相应断面的隧道三维模型中，通过点击隧道三维模型中的断面达到调出超前地质预报报告的目的（见图7）。

（6）检验批资料载入隧道三维模型。为了便于施工资料管理和控制，在施工过程中把检验批载入到隧道BIM模型中（见图8）。

（7）施工现场视频监控。为了实现石鼓山隧道施工的安全管理，安装了隧道视频监控系统和人员定位系统（见图9），通过通信光缆把监控信号时时传输到网络上。

图2 2#搅拌站临建模型

图5 BIM模型与地质模型初步整合

图6 监控量测数据载入BIM模型

图7 超前地质预报载入BIM模型

图8 检验批资料载入BIM模型

图9 隧道视频监控系统

（8）三维施工模拟及交底。对设计模型转换为施工模型，并对施工过程进行三维动态模拟，以便能更有效地进行三维交底（见图10）。

（9）施工工序转换的施工模拟。对三台阶临时仰拱法转换为双侧壁导坑法的施工工序进行了模拟（见图11）。

在以上应用的基础上，项目集成各项研究成果（如将GIS模型、BIM模型和地质模型有效集成和关联），将可视化交底、进度管理、监控量测、超前地质预报、视频监控等有机结合，定制开发了BIM协同平台（见图12）。

隧道BIM协同平台的应用，一方面给项目参与各方提供了三维直观的交流平台，提高了管理效率；另一方面可以使项目管理工作重心更偏向管理，将一些机械的技术工作交给计算机完成，从而将更多精力放在管理上。如在进度控制环节，项目管理人员将着重分析进度偏差形成的原因、应采取的措施和如何预防进度偏差，而不会将大量时间用于编制进度计划和调整计划；在成本管理环节，项目管理人员将着重对隧道经济指标进行分析，而不再将一半以上的时间用于工程量计算和统计上。