BIM技术在杭州南站站房建设中的应用

张扬

（沪昆铁路客运专线浙江有限责任公司，浙江 杭州 310008）

杭州南站地处杭州市南部，是集国铁、地铁和城市公共汽车交通、出租车以及社会车辆等多样化交通方式为一体的现代化综合性客运交通枢纽中心（见图1）。该站为杭长、杭甬、杭黄高铁的主要节点站，杭长、杭甬、杭黄高铁及沪昆、萧甬铁路均经过该站。BIM技术在杭州南站站房建设全过程的深度应用被列为原中国铁路总公司工管中心组织的全路16个BIM试点项目之一。在杭州南站站房建设过程中，坚持以安全质量为核心，以标准化管理为抓手，以科技创新为引领，积极探索BIM技术在建设全过程的深度应用，提升了建设管理水平，实现了建设“精品工程”的目标。

1 工程规模及结构概况

新建杭州南站站房为线侧式+高架候车方案，旅客流线为上进下出。站房总建筑面积46 973 m2（不含市政及地铁工程），站台雨棚31 950 m2。高架候车厅两侧利用管廊上空预留商业夹层面积4 904 m2。东、西站房面宽均为109 m，建筑高度为27 m。高架候车厅面宽84 m，进深192 m。全站共7台21线。站房结构形式为混合结构，高架层（9 m）下部为钢筋混凝土框架结构，上部为钢结构。高架候车厅下部采用预应力混凝土框架结构，上部采用格构柱钢桁架结构，主体屋面采用桁架结构铝镁锰板屋面。杭州南站站房结构剖面示意见图2。

图1 杭州南站地理位置示意图

2 BIM技术深度应用的必要性

2.1 站房钢结构构件加工与拼装精度要求高

杭州南站站房设计采用结构通透的建筑手法，追求结构及建筑的写实风格，构思独特，特别是钢结构的设计（见图3），突出体现了结构美学与建筑美学相结合的和谐、美观的独特创意设计思想。该设计方案的实施，从钢结构构件加工、拼装到表面美化，不但需要精益求精、专注细节，更需要具有全过程的高精度施作保障。采用BIM技术，可有效达到指导和事先管控的目的，从而实现建造精品工程的目标[1-3]。

2.2 钢屋盖和灰空间结构复杂，施工难度大

杭州南站站房高架层上部钢结构的工程量大，也最为复杂。为确保高架站房下部高铁、普铁的运营安全，高架候车层底板及下部混凝土结构完成后，桁架结构的钢屋盖必须采用分节拼装逐节滑移工法施工，施工难度大、就位精度高。钢屋盖节段滑移与24根“十”字钢柱及其柱头的连接若不采取精密测量和空间计算，难以保证施工精度。而且，进站灰空间（见图4）施工时下面正线均已开通，钢构件施工中必须确保一次拼装焊接成功，因此安全管控、杆件加工及拼装精度要求高、施工难度大。采用BIM技术，可对钢结构关键部位的杆件加工、拼装、就位的施工进行精细化管理和可视化预想，确保施作中质量安全得到有效把控。

图2 杭州南站站房结构剖面示意图

2.3 站房施组复杂，工期管理压力大

杭州南站主站房规模中等，但在仅为84 m×192 m的狭小空间中，站房结构及雨棚施工却涉及杭甬、杭长、沪昆、越江4个车场7条运营正线。为保障运营安全，地下基坑开挖和上下混凝土结构施工需分为5个部分交替进行，雨棚施工也只能随基坑开挖同步实施，相应的线路转场过渡方案需先期完成。工期控制及施工组织难度极大，最短的基坑和结构施工周期仅有8个月。因此，对建设单位的精细化管理水平提出了较高要求。采用BIM技术，特别是工期控制的四维管理理念的运用，可对各分部工程的实施时间、结构搭接预留、结构施工的实时进度进行可视化预想、对照和决策，可为建设管理提供有效且先进的精细化管理手段[4-6]。

2.4 提高建设管理质量，落实精品化要求

图3 站房的钢结构设计

图4 站房的灰空间结构

站房建设涉及专业众多。由于杭州南站站房设计方案的特点，管线综合与结构的关系、建筑美观与精细化施作的关系，均可通过BIM技术的深度应用，实现各相关方之间的信息沟通及协同设计，提升施工图和深化设计质量，解决复杂结点构造加工和安装难题，提高装修施工质量，减少后期施工变更带来的浪费和工期的延误，从而达到全面提高成品质量，提高施工效率，节约建设成本，提升建设质量的目的，落实精品化的要求。

3 BIM技术深度应用的组织管理

在杭州南站站房建设中，深刻认识到BIM技术深度应用对实现质量目标的重要性，充分发挥建设单位的主导作用开展全面策划，组成了建设单位为主导、设计单位为主体、施工单位合作的研发、应用协作团队，开展建设全过程的BIM深度研发应用工作。

3.1 成立专项组织机构强力推动

在建筑工程中应用BIM技术提升建设管理水平在国内外已有多年历史，但在铁路站房建设管理中的运用尚处在起步阶段，建设管理、设计、施工、监理各方对其技术的先进性和有效性认识不一。在以传统粗放、经验为主要管理手段的环境中，各参与方、各层级管理人员对运用BIM技术开展精细化管理、全面提升工程建设质量、实现工程精品化的重要作用与意义的认识还较为模糊。为此，在建设开始就全面动员部署BIM研发应用工作，以强力推动各方的认识达成统一。以“全面规划、重点突破”为策略，进行杭州南站BIM技术应用的组织策划、目标制定和成果应用工作。成立了以建设单位为主导，中国铁路设计集团有限公司为总体单位，各参建单位参加的领导小组和工作机构。明确项目推进过程中各方的角色、职责和工作流程，坚持“设计为施工服务、施工为运营服务”的原则，分层推进，分期实施。建设单位主要领导任领导小组组长，深入开展统一思想、协调推进、研究方向、规划制定及成果审定、应用等工作。杭州南站BIM开发组织结构见图5。

3.2 搭建BIM综合管理平台

充分发挥设计优势，搭建BIM综合管理平台，为协同设计和应用奠定基础。中国铁路设计集团有限公司成立了杭州南站站房BIM技术应用总体设计组，集中了设计和计算机应用人员，在建设单位指导下，开发了杭州南站BIM综合管理平台，集成了工程概况、结构数模、工期管理、装饰装修效果、各类可视化、管线校核、结构与构件查询、施工应用、图纸查询和云存储功能，较好地实现了协同设计、协同运用的目标。设计单位研发建立了全结构数模、轻量化模型、工期四维管理、装饰装修效果、管线校核、结构与构件查询、图纸查询和云存储等基本功能模块，预留了深化设计、施工应用和可视化交底接口，为各参建单位协同设计和深度应用奠定了良好基础。

3.3 严格落实精细化施作要求

图5 杭州南站BIM开发组织结构

以BIM综合管理平台为基础，深度开展施工管理的应用工作，落实精细化施作的要求。参建的施工、监理单位均成立了BIM技术深化应用工作小组，在杭州南站BIM综合管理平台基础上，开展BIM技术深度应用研发工作。利用结构数模、装饰装修效果模块，施工单位开展深化设计和结构安装、复杂节点、装饰装修设计及效果渲染研究；利用结构数模开展屋盖滑移施工模拟和可视化交底研究；利用工期四维管理模型开展施工进度模拟、比对工作；利用结构数模进行综合管线碰撞检查；利用构件查询开展“十”字柱加工控制和模拟研究，以及现场构件的二维码查询应用；利用轻量化模型，结合平板技术开展现场检查、核对工作；利用激光技术，对安装完成的钢结构开展与设计成果比对、校核检查试验；利用结构数模开展工程数量统计试验；建立钢结构焊缝信息模型，实现焊接质量快速有效的可追溯等多项BIM技术的深度研发、应用工作，较好地实现了施工中全面承接BIM总体设计深度应用的要求，为施工的精细化施作打下了坚实基础。

4 BIM技术深度应用的主要内容

4.1 杭州南站BIM综合管理平台

杭州南站BIM综合管理平台是BIM技术应用功能集成平台（见图6），集成了项目概况、全站房数模（含轻量化模型）、各类查询（构件、管线、图纸）、工期管理、施工应用（含设计深化、工程数量统计、综合管线及结构校对、装饰装修效果、可视化交底）及云存储功能。

4.2 工期四维管理

图6 杭州南站BIM综合管理平台界面

图7 工期四维管理功能界面

工期四维（X、Y、Z、T）管理功能主要用于建设单位对工程进度管理的决策（见图7）。在工程建设期间，建设单位召开建设例会时，坚持应用工期四维管理功能讨论各类问题，通过直观的BIM数据构建的四维工程形象和现场实际进度的照片（或视频）比对，可有效提高各方对工期进度、工序安排、结构施工形象的沟通效率和准确性，并有针对性地分析解决现场存在问题，确保现场施工有序推进。该功能依据指导性施组，既可连续查询也可独立查询某段时间或单个时间点预想的工程四维形象进度，也可通过现场定时摄录的视频或照片与预想的定时形象进度进行比对，确认现场的工程实际进度与指导性施组的吻合情况，进而提出相关的决策意见。

4.3 轻量化模型

轻量化模型主要用于对工程实施过程中的现场实时管控。建设、施工、监理、设计管理人员采用平板电脑和BIM的轻量化模型，可在施工现场进行实时查询、复核施工精度和装饰装修效果，保障施工结果与设计相吻合，达到实时、清晰、直观、全面掌握现场工程质量的要求，实现现场实时把握质量控制要点，提高设计的实现度，降低质量管理隐患概率，从而有效规避质量管理风险。

4.4 深化设计

杭州南站工程中利用BIM技术完成了土建结构、钢结构、幕墙、重要节点及室内装修等专业的深化设计。通过BIM技术进行深化，将二维图纸转化为三维模型，使设计想法更清晰直观地表现出来，有助于设计单位对成果的检验和施工单位对建筑和结构的理解及实现。同时许多问题在施工前消化解决，通过优化设计和调整施工方案，避免了施工浪费，节约了工期。在各种复杂施工节点导出的详图，对于施工质量控制提供了根本性的技术保障措施[7-10]。

4.5 综合管线设计

传统综合管线设计和施工存在的相关问题是站房施工中的一大难题。利用BIM技术可在管线综合平衡设计时，利用其碰撞检测功能，将碰撞点尽早反馈给设计人员进行设计优化。优化排布后的综合管线模型解决了因管线冲突引起的设计变更和材料浪费，可在三维环境下观察管线之间的排布关系，并可任意生成所需要位置的剖切图，通过量测获得管线准确的安装位置，更加有效地避免了在施工时出现碰撞再采取滞后措施的现象，大大提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误。

在杭州南站项目中，专业工程师利用BIM技术对综合管线进行4次虚拟碰撞检测。从检测结果（见表1）可以看出，从最初的5 299条碰撞问题减少到最后的2条。在实际施作时，现场基本杜绝了改砸沟槽管洞等现象。

4.6 可视化技术

可视化交底主要是在施工前，针对关键施工、复杂节点以及装饰装修效果等重要工序，通过模拟视频的形式，更直观地对施工人员进行交底，同时更利于各参建方进行沟通、讨论与决策。本工程重点开展了对钢屋盖桁架分段滑移施工可视化模拟施工、“十”字钢格构柱加工可视化模拟等应用工作。特别是通过钢屋盖桁架分段滑移施工可视化模拟，可清晰地查看桁架滑移过程中天窗空档期的停靠位置、顶推、落位、合龙等各项工况（见图8）。通过模拟和对桁架单元划分、顶推、落位等施工方案的反复优化，为钢屋盖滑移施工实现顺畅、安全、高精度就位奠定了坚实基础。

5 体会与建议

5.1 各方目标同向是成功的关键

目前由于受规范、标准等行业限制，以及铁路行业对站房建设管理办法、概算中相关内容滞后等因素的影响，站房建设实践中全面开展BIM应用的困难较大。特别是大型或复杂结构的站房建设，虽然BIM技术的应用会给建设管理带来较大的管理优势，但是若没有参建各方积极配合和全力支持，BIM技术应用是难以深入的。杭州南站站房建设在全建设周期中深度应用BIM技术并取得了一些成果，首先得益于原中国铁路总公司相关部门在关键时刻对该项工作给予的充分肯定和过程中的指导。其次是建设单位在建设过程中，围绕建设“精品工程”要求，深入组织、把握方向、强力推动并对成果积极应用，确保了BIM技术在杭州南站站房建设中得以开花结果。再则，设计单位在实施阶段投入了大量资源开展研发工作，全面奠定了杭州南站站房建设BIM技术的应用基础。同时，施工、监理单位投入了充足的资源，完成大量承接应用的二次开发工作，使得杭州南站站房建设BIM技术的深度应用实现了落地生根。

图8 钢屋盖滑移施工可视化模拟

表1 4次虚拟碰撞检测结果单位：条

5.2 BIM应用可有效提升工程建设管理水平

建设单位在项目管理工作中引入BIM技术，可有效提高建设单位和参建单位的工程管理水平。杭州南站站房建设全面引入BIM技术，利用杭州南站BIM综合管理平台，对设计深化、工期管理、现场质量管理、构件制造、工法创新以及数据查询、统计与校核开展深入的应用实践，实现了工期可控、质量精品、成本效益达标的建设目标。这些成果的取得，得益于BIM技术提供了全新的管理手段，并通过新手段的运用，促使各方转变了管理观念，并摸索出一套新的管理模式，为今后在其他工程建设项目管理中进一步落实工程精品化的管理要求提供了新思路和新手段，也为进一步深化BIM技术在工程管理上的应用奠定了坚实基础。

5.3 相关建议

由建筑行业应用BIM的案例和实践经验可知，BIM技术对复杂工程可以较好地发挥管理的应用价值。但鉴于BIM技术应用的复杂性和资源投入的广泛性，铁路站房工程应用BIM技术要结合工程的复杂程度和特点，有针对性地制定BIM应用目标，界定应用的必要边界，避免盲目引入BIM技术，造成不必要的人力、时间和成本的浪费。对于简单的站房工程，建议为满足全路实现信息化、数字化、标准化的运维管理要求，宜开展竣工模型的构建，为进一步开发基于BIM的运维管理系统打好基础。对于复杂的站房工程，建议开展全生命周期的BIM技术应用。