新建福厦铁路FX-8标BIM技术应用

2020-11-24王明刚

土木建筑工程信息技术 2020年2期

王明刚

(中铁四局集团第五工程有限公司，九江 332000)

1 工程概况

1.1 项目简介

新建福厦铁路是东南沿海铁路的重要客运通道，是福建省第一条时速350km和国内建设的第一条跨海高铁。中铁四局承建的FX-8标位于厦门市境内，线路经翔安区、同安区、集美区，正线全长29.296km，主要包含桥梁、隧道、站场路基、预制箱梁、CRTSⅠ型双块式轨枕预制等施工任务。

图1 福厦铁路8标BIM模型

1.2 工程重难点

(1)标段内地理环境复杂，建筑物、电力线路、道路密集交叉，迁改工程量大，施工干扰大。本标段位于厦门北站附近，线路穿越人口密集区，涉及迁改项大。

(2)福社隧道、新刘塘3号隧道立体交叉，福社隧道下穿新刘塘三号隧道(厦门北动走四线单线隧道段)，隧顶距新刘塘3号隧道净距5.6m，施工风险大，安全要求高。

(3)本线与既有铁路、高速公路及众多城市道路并行且多次交叉，临近营业线及既有线施工工点多，施工安全风险高。

(4)桥梁占比高，技术难度大、质量标准高。特殊桥跨较多；其中西溪特大桥转体施工工艺复杂，安全风险高；特殊桥跨制约梁场设置位置和架设范围[1]，跨标段架设箱梁施工组织难度大。

为解决施工中的难题，确保工程安全质量，树立精品智慧工程品牌，项目全面应用BIM技术进行施工应用。通过建立起空间复杂关系的桥梁、隧道模型和三维倾斜摄影模型，还原虚拟施工现场，进行规划设计、安全排查、方案模拟，提前将施工组织做到最优化；通过建管平台应用，提高现场的协调管理能力，加大管控力度，提升管理效率。

2 BIM应用环境和组织

2.1 BIM应用路线

项目BIM技术围绕精益建造[2]和精益管理两条路线开展：

精益建造(BIM模型技术应用)：施工精细化，提高工程品质，提质增效。

精益管理(BIM协同管理)：数据集成，信息共享，高效沟通，管理协同，数据支撑决策。

2.2 组织架构

为确保BIM技术的落地，成立了BIM技术团队，包括BIM总工程师、顾问单位、BIM协调平台组、BIM系统维护组、BIM模型组。

2.3 BIM软硬件配置

项目设立智控中心，负责标段BIM信息化管理，数据响应，生产指挥，三维可视化会议服务。智控中心包括BIM应用区，实体沙盘、VR体验、信息化办公，施工监控。软件系统主要以欧特克系列软件为主，结合自主研发的建管平台进行应用。

图2 智控中心效果

3 BIM应用

3.1 BIM模型应用

以BIM技术最基本的三维可视化应用为根本，发挥BIM模型几何特性，做好基本的碰撞检查，图纸审核、工程数量统计、技术指导、工艺模拟，达到减少返工、降低成本的目的。

模型创建：按照1∶1比例建立全标段复杂空间关系BIM模型，建模范围：桥梁、隧道、路基、涵洞、地形、项目驻地、预制场。

建模创新：研究了利用Dynamo快速建模的方法[3]，通过读取构件位置，实例化的方式，有效提高基础工作的工作效率。

图纸审核：通过建模虚拟建造过程，有效找出图纸中存在的错漏碰缺的问题共165项。

工艺模拟：通过工艺模拟，指导作业人员了解施工过程控制要点。

图3 工艺模拟

3.2 重难点工程施工措施BIM深化

(1)西西特大桥工点应用

西西特大桥采用转体施工工艺，工艺复杂，质量控制难度大，安全风险高。

建立起工点深化模型[4]，将工点的临时结构、施工设施进行合理的设计和布置，指导施工，并对转体施工进行模拟，提前消除可能出现的安全及质量问题。

图4 西西特大桥转体工点

(2)厦门北站路基工点应用

厦门北站场地段路基工程股道多，横断面结构变化复杂，很难使用Civil3d建立标准横断面，项目创新地研究了利用Dynamo在指定位置放置横断面轮廓，分区融合方式建模，圆满完成路基建模工作。同时对软基处理、边坡防护进行深化，以指导施工现场。

图5 厦门北站路基

(3)上跨岩内隧道工点应用

厦门北站站场咽喉道岔区上跨岩内隧道，最小净距两米，岩内公路隧道原设计未考虑上跨铁路荷载，安全风险大。

利用BIM进行置换加固设计，通过施工模拟、解算验证，实现施工方案细化和微调，消除隐患，为安全施工提供依据。

图6 岩内隧道工点

(4)隧道工点应用

福社隧道、新刘塘3号、杭深线刘塘隧道、新刘塘1号、新刘塘2号等多条隧道、轨道近距离纵横交错，暗挖爆破施工对其他既有隧道影响等干扰因素多，施工风险大。

项目利用Dynamo按照坐标方式精确建立隧道模型，对安全施工距离进行逐一排查，并采用信息化监测手段对爆破振动影响和列车过隧振动进行了采集分析预警，确保施工安全。

图7 福社隧道工点

3.3 BIM技术综合应用

(1)卫星地图与航拍应用

工程进场前期伴随着大量的技术工作[5]，然而前期人员往往配置不足，采用卫星地图与CAD结合和航拍影像等手段可有效地减少基础测量的工作量，减少跑现场的次数，一定程度地缓解技术工作压力。

采用CAD和卫星地图结合应用，将CAD绘制的红线、构筑物位置导入电子地图中，进行前期红线范围确界、施工干扰调查、弃土场初步选址。

通过无人机航拍，倾斜摄影测量，实现对线路周边环境规划、便道规划、电网、路网分布、拆迁规划等进行可视化分析和指导。

图8 无人机及地图应用

(2)三维激光扫描应用

隧道开挖质量是隧道控制的重点之一，在铁路总公司红线规定中包含隧道超欠挖的控制，项目引入三维激光扫描来控制隧道开挖质量，通过三维立体的超欠挖分析，实时反映隧道爆破质量，确保了隧道超欠挖有效控制。同时也实现对初支、二衬混凝土使用量的准确控制。

图9 隧道扫描点云

(3)BIM技术在设备工装设计方面的应用

在墩身施工中，墩身养护质量是重要环节，运用模型设计自动喷淋养生系统管路，可实现喷淋效果的预览，确保养护质量。

在人工挖孔桩工点，跟据挖孔桩施工空间功能布局及实际操作需求，直观地设计了人工挖孔桩多功能胎架，大幅提高了人工挖孔桩施工效率，保证了抗滑桩顺利完成。

(4)运梁过隧模拟

制约架梁工期的主要因素包括梁场的选址，隧道、现浇连续梁等关键性控制工程，项目在合理编排了隧道施工工期的基础上，进行了运梁过隧的模拟，为运量及架梁路线的制定提供依据。

(5)存梁路径优化

预制梁场包括制梁、存梁、架梁三个环节，合理地设置存梁台座及存梁是集约成本的重要途径，项目开发存梁路径优化模块，根据制梁、架梁顺序，进行制存梁台座间路径分析，确保存梁路径最短，减少二次搬运费用，节约成本。

图10 存梁路径模拟

3.4 BIM建管平台研发和应用

基于人机料文件工法及相关管理平台接口，通过二维码结合BIM及GIS模型，实现福厦8标铁路项目进度、质量、安全、成本的精细化管理。为便于模型与内控管理平台关系对接，进行二次映射编码，为每个构件制定独一无二且识别度极高的编码规则。平台按照数据采集层、业务服务层、平台服务层、数据层进行划分。

图11 平台架构

(1)基础功能

实景模型：采用无人机倾斜摄影测量[6]方法，建立其全标段的实景模型，航拍面积60km2，处理数据2 062G，针对这一大模型文件，通过轻量化GIS、坐标统一，将BIM模型和实景模型融合进平台。

交互漫游：跟据带状工程的特点，设计了里程工具条进行任意工点的切换，全方位查看工点及周边设施情况；平台中设置旋转、缩放、平移的模型，交互式漫游体验，同时还包括第三人漫游和虚拟驾驶体验。

构件属性查看[7]和动态管理：平台上的每个构件都包含了唯一的编码[8]，与数据库中的信息进行联动，实现属性直观点选查看和动态管理维护，每个单元构件的二维码[9]与现场构件进行挂接，实现现场数据与平台数据的有机结合。

图12 虚拟驾驶

图13 构件属性查看

(2)形象进度

形象进度：平台采用模型着色方式实现实时进度的直观查看，进度按照总体进度、分部分项工程进度进行统计。

图14 形象进度

进度模拟：开发了TIMELINE工具条，并关联施工计划，拖拽Timeline进度条实现对本项目计划进度的预览，更加有效直观地提升管理者对本项目进度的理解。

自动关联和互导：针对施工现场日常报表的需求，进度模块加入了进度台账的自动关联和互导，定制了几种常用的报表格式，减少技术人员重复工作量。

隧道进度：按照台阶开挖进尺、初支、二衬、仰拱等部位分别统计，并标记围岩等级，施工里程，便于进行分析。

图15 隧道工点进度

(3)系统集成

为做好新建福厦铁路8标项目经理部信息化建设、纵深推进标准化管理的有关要求，项目全面应用铁路工程管理平台[10]和内控管理系统，通过BIM建管平台对其子模块进行集成管理，直接获取铁路工程管理平台子系统的数据，内控管理平台的数据，集成了近20个独立的管理系统，通过数据嵌入，各平台间数据互联，实现集成管理，提高管理效率。