BIM的4D模拟在南昌站管线衔接施工中的应用

李颖

摘 要：南昌站改扩建工程是在保留原有站房主体建筑和功能的基础上，在不中断运营的前提下，进行新旧站房衔接施工，尽量少地干扰站房運营和国铁线路通行。本文通过BIM4D施工模拟技术对管线衔接施工方案进行模拟，提前发现管线碰撞的问题，加快管线施工的速度，以提高经济效益和社会效益。

关键词：BIM；碰撞检查；4D施工模拟；效益

中图分类号：TU17 文献标志码：A

Abstract：Nanchang station renovation and expansion project is to connect the old and new station building without interrupting station operation and minimize the interference in railway traffic.In this paper，BIM4D construction simulation technology is used to simulate pipeline construction plan，to find out the problem of pipeline collision ahead of schedule and speed up the pipeline construction in order to improve economic and social benefits.

Keywords：BIM；collision check；4D construction simulation； benefit

0 引言

铁路车站设计中的管线设计及施工是涉及专业最多、信息量最为繁杂的一项工作，既有车站改扩建工程，需要保障原有旧站房的正常运营，又存在车站旅客流量大、车站改造范围广等很多影响因素。高铁站房改扩建工程管理方还涉及铁路线管理部门诸如各路段管理局、站所等，施工本身所涉及的如工务、通信、信号及电务等专业，极易发生交叉作业；同时高铁站房建筑体量大，工序复杂，为尽早恢复车站的正常使用，工期安排紧张，安全文明生产责任重大，因此，现场协调工作量及难度很大。基于以上状况，建立车站管线的BIM数字模型并指导工程是有效解决设计、施工、评价、审核、验收、运维的全过程沟通及操作的高效手段。

1 BIM技术特点

BIM即建筑信息模型是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，相对于传统的绘图软件，BIM具有可视化、协调性、可模拟、可优化等特点。

1.1 可视化与协调性

可视化即“所见即所得”，BIM技术以三维立体实物图形展现，通过观察项目的整体及局部，可以及时发现模型中存在的缺陷并进行修正。BIM技术运用于建筑项目，在设计、建造、运维管理的全寿命周期中均可实现可视化，方便项目各参与方的认识和理解。随着建筑物的结构设计日益复杂，涉及学科和专业也越来越广泛，协同设计显得越来越重要。协同设计是一种新兴的建筑设计方式，通过将各设计方的数据导入同一协同设计平台进行数据共享，可以实现不同专业的设计人员通过网络的协同进行设计工作，避免了信息在传递过程中出现遗漏或出错的风险。协同设计可以对BIM模型进行信息集成，快速查找模型中的碰撞点，生成碰撞检查分析报告，方便各参与方有效沟通和事前处理。

1.2 4D施工模拟与优化

模拟性是指运用BIM技术对建筑物的三维几何外形和建筑物在现实世界中的各种操作过程进行模拟。在设计阶段，可以使用BIM技术进行建筑能耗分析、日照分析、风环境分析等类似的模拟试验分析；在施工阶段，可以进行4D虚拟施工模拟优化施工方案，实现基于BIM的施工进度、人力、材料、设备、成本、安全、质量和场地的4D动态集成管理以及施工过程的4D可视化模拟；在运营阶段，可以对突发事件进行模拟，如紧急疏散等。BIM技术的模拟性可以进一步促进工程项目的成本、进度、质量、安全、环境等5大目标的顺利实现。基于BIM的4D施工模拟技术可以通过反复的施工过程模拟，从进度管理的视角提前发现影响工期的问题并做出优化设计，制定相应应对措施，从而得到最优进度计划和施工方案以指导实际的项目施工。

2 项目概况

南昌站是昌九铁路的端点和京九铁路的中间站，是京九线在中部地区唯一的省会站，又是浙赣铁路的交汇处，客流量大；既有南昌站为线侧平式，高架候车室跨线进站，旅客地道出站站场既有4座站台；其改造是在既有站场东边新建城际场二台三线及新建东站房，站台上面新建高架候车室与新老站房连接。新建无站台柱雨棚及14m宽旅客出站地道，接长行、邮包地道、行邮包联系通道及客服系统，通信工程，电力及电气化工程，站场过渡工程。新建11道、12道、13道及五、六台，改造一～四台及南北头咽喉区道岔及相关线路。总建筑面积为84713m2，其中新建东站房18458m2，新建高架候车室16540m2，新建无柱雨棚49715m2，建成后的新南昌站地下一层，地上主体二层。南昌站改造平面图如图1所示。

3 南昌站管线4D模拟

3.1 南昌站管线BIM模型的建立

南昌站改扩建工程是在保留原有站房主体建筑和功能的基础上，在不中断运营的前提下进行改扩建施工；施工过程中必须确保建筑设施和设备管线有效衔接、施工过程快进快出、尽量少的干扰站房运营和国铁线路通行，并满足现行节能环保要求。通过采用BIM技术对管线衔接施工方案进行模拟，不仅能够在施工前发现管线碰撞的问题，而且能够通过优化管线布置及施工顺序，从而有效地避免施工过程中由于管线碰撞而导致的返工，合理的安排管线施工顺序，加快管线施工的速度。

管线碰撞检查及施工方案模拟的基础是建立BIM模型，根据本工程的需求以及现有主要BIM建模软件的特点，选择Autodesk Revit进行管线信息模型的建立，包括空调暖通系统和消防喷淋系统。暖通系统模型图如图2所示，消防喷淋系统模型如图3所示。

不同专业的模型由不同专业人员完成，碰撞分析之前需要整合专业模型，通过建立中心文件的方式在Revit软件里面实现模型整合。整合后的模型如图4所示。

3.2 南昌站管线碰撞检查分析

工程施工过程中的碰撞涉及专业之间的碰撞、专业内的碰撞以及针对单一对象的碰撞。根据研究目标南昌站管线模型碰撞检查分析主要是针对施工过程中的硬碰撞问题展开，通过运行Revit软件中的碰撞检测功能，发现碰撞点并导出碰撞分析报告，在三维模型上逐一核对碰撞点并采取改进措施实现管综优化布置。

通过管线碰撞检查分析，共检测出碰撞点709个，碰撞问题描述709份报告。每份报告详细地给出了碰撞点的编号、碰撞描述、碰撞模型大样、对应的二维碰撞图纸位置、详细的修改调整方法，为设计变更提供了良好的变更指导看板，为施工正常进行、施工质量提供了有效保障。

单专业碰撞检查以东站暖通系统为例，利用Revit中碰撞检查功能，在选择A框与选择 B框中均选择 MEP，即可运行测试。去掉碰撞结果中重复的碰撞点，并对碰撞部位进行审核，确定碰撞是否可以忽略。对于碰撞不能忽略的部位，要返回模型进行修改。

①空调回水管之间的碰撞示例，管线之间的碰撞点及优化调整如图5所示。

2空调回水管与风管之间碰撞示例，空调回水管与风管之间碰撞点及优化调整如图6所示。

3 消防喷淋与暖通碰撞实例，消防喷淋与暖通碰撞点及优化调整（图7）

④消防管线之间的碰撞示例，消防管线之间的碰撞点及优化调整后如图8所示。

3.3 南昌站管线衔接施工模拟

为了保证管线施工不干扰既有线运营，有效的缩减施工时间，合理利用空窗期进行施工，需要借助BIM技术在施工前对管线施工过程进行模拟，不断对工期进行优化，实现管线施工的进度目标。将南昌站的管线信息模型导入施工模拟软件中，关联进度计划进行施工预演。

所谓4D模型是在3D模型的基础上加载进度信息。本项目选用Fuzor软件进行施工模拟，因此需要将revit软件中建立的三维模型导入Fuzor软件中，同时在软件中输入进度计划，也可以通过Project2016或者P6软件编制进度计划，导出.xml格式进入Fuzor软件中关联模型上的构件，从而进行施工预演。

优化前的施工方案是按照顺序施工，先完成出站层暖通管线的安装铺设及消防管线的铺设，然后完成1层及2层的管线安装，最后完成所有设备的安装，工期为356天。

优化后的方案是将整个站房划分流水段，分出A、B、C三个区域，按照空调系统、通风系统、消防喷淋系统的施工顺序进行有效搭接施工，通过模拟计算出工期为140天，从而有效地节约了工期200多天。优化前和优化后的管线安装模拟分别如图9和图10所示。

结论

针对既有站房的改扩建工程，由于场地条件复杂，旅客流量庞大，需要在不中断运营的前提下，迅速进行新旧站房衔接施工，尽量少地干扰站房运营和国铁线路通行。

本项目基于BIM技术的特点，将BIM4D模拟应用于工程项目施工中，通过优化管线布置及施工顺序，有效地避免施工过程中由于管线碰撞而导致的返工，避免各专业的施工面冲突，显著地缩短了施工周期，达到良好的应用价值、经济价值和社会价值。

参考文献

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