BIM技术在长株潭城际轨道交通西环线工程总承包项目中的应用*

王 山，何承锦，胡炫宇，孙敏璇，彭定荪

(湖南省第三工程有限公司，湖南 湘潭 411101)

0 引言

近年来，随着信息化技术的不断创新发展、普及应用，社会已进入高速发展的信息化时代。建筑领域信息化技术发展不断推动着建筑业技术进步和产业转型升级，也改变着施工总承包企业传统的管理理念、管理方法和管理手段。基于移动5G、大数据、物联网、BIM技术融合发展的施工现场管理技术是指利用BIM技术所具备的三维可视化、协调性、虚拟模拟性、可优化性、参数化、数据化等特性，并借助移动互联网技术实现施工现场协同管理、施工现场信息高效传递和实时共享。在提高项目施工管理水平、生产效率，节约成本和缩短工期方面发挥了重要作用。

本文通过研究长株潭城际轨道交通西环线工程总承包项目两站一区间和车辆基地建设过程中BIM技术运用，探索BIM技术在轨道交通工程EPC项目中的应用经验。

1 工程概况

长株潭城际轨道交通西环线是1条连接湖南省长沙市岳麓区与湘潭市雨湖区，服务于长株潭城市群的城际轨道交通线路。一期工程始于湘潭北站，主要沿潭州大道进行敷设，止于山塘站(不含)，全线呈南北走向。线路全长约17.21km，其中地下段长6.72km，高架线长9.49km，过渡段长0.6km，路基段长0.4km。共设车站8座，其中地下站4座，高架站4座，设九华车辆基地1座。工程采用工程总承包建设，标段含5站6区间，1个车辆段、1个主变电站，总造价26亿元。

2 项目重难点分析

1)采用工程总承包管理模式，设计、勘察、采购、施工阶段协调要求高。工程线路长、体量大、专业多、交叉施工多、环境复杂，对项目管理能力要求高。车站及高架区间桥梁长1km，车辆基地工作内容包含运用库、综合公寓楼、混电所、污水处理站等，总建筑面积约为34 700m2。

2)高架区间及车站沿潭州大道敷设，多处与市政给排水、燃气管线干扰，并与潭州大道快改项目同时施工。潭州大道往来车辆速度快、密度大，管线改迁和交通导行实施难度大，交通组织和施工协调工作量大，工期风险大。

3)施工场地狭小，工期紧张，同时分包队伍多，交叉穿插作业多。工程涉及深基坑开挖、高支模、高大模板等，危大工程安全风险源多，现场安全文明施工管理是重难点之一。

4)九华车辆基地地势复杂，地形以山地为主，周围水系、高程、边坡交错，能利用的场地建设条件少，土方施工量多、难度大，填挖超过100余万m3。在安全施工前提下合理的土方平衡施工、运输路线设计、场地建设等是重难点之一。

5)涉及市政道路、轨道交通、给排水、工业厂房、房建、钢结构、园林绿化等众多专业，成本管控难度大。

3 项目BIM组织与应用环境

3.1 BIM应用目标

BIM技术在本项目的应用主要在招投标、设计及施工全过程，主要运用目标为通过BIM运用，探索BIM技术在轨道交通工程EPC项目中的运用方法，并建立1套较为完整的轨道交通工程EPC项目BIM技术应用体系。

3.2 实施方案

招标文件对BIM技术运用提出了要求，在招投标阶段制定了完整的BIM技术实施方案。为解决技术难点，在投标、设计勘察、施工等阶段运用BIM技术，并制定了相关工作标准和实施方案。

3.3 团队组织

项目成立了BIM工作站，派驻了各专业BIM技术优秀人才形成BIM工作团队，土建、结构、市政、机电、钢构、技术、商务、动漫等专业BIM技术工程师共8人，其中高级工程师2人、工程师3人，一级、二级建模师3人。

3.4 BIM技术应用软硬件

1)搭建基于BIM技术+GIS+IoT数据的项目协同管理平台，集成BIM 5D管理平台、质量安全管理、智慧工地管理、集中采购、商务成控等平台，实现BIM模型数据与其他平台数据实时交互与共享。

2)应用的主要BIM软件如表1所示。BIM管理平台集成各类软件，对不同单项工程统一建模，实现BIM模型数据共享。

表1 软件配置

3)BIM工作站针对BIM工作开展需要配置了多台台式和笔记本计算机、无人机和GPS测绘设备等硬件。

4 BIM技术应用

4.1 BIM技术在招投标阶段的应用

1)项目招投标阶段，根据招标文件BIM技术应用的相关技术要求编制了BIM技术实施方案。重点对施工环境调查、设计与施工方案模型建立、总图布置及临建设计、仿真效果等方面进行了BIM应用。

2)施工环境调查 借助无人机，通过倾斜摄影方式，获取施工沿线及周边环境的图像数据和地形测绘，然后将数据导入软件中，处理后软件可输出稠密点云或生成三维模型，从而对设计方案的合理性及方案潜在风险做出评估，再基于高精度的实景点云模型进行BIM设计。车辆基地无人机倾斜摄影如图1所示。

图1 车辆基地无人机倾斜摄影

3)设计与施工方案模型建立 在投标阶段，根据初步设计图纸并结合施工环境调查，建立重要的专业工程及危大工程模型。建立模型后，便于技术人员制定相应的施工方案及具体质量安全保证措施。同时，商务预算人员可根据模型进行工程量核对。

4)总图布置及临建设计 在投标阶段，应用BIM技术在三维环境中进行作业区、办公区、生活区总图布置，对桥梁预制加工场、施工区的材料堆放、加工区、临时便道、围挡等临时设施进行标准化布置，分析其位置的合理性，最终形成可视的三维布置方案，有利于项目的临建及现场安全文明标准化、规范化建设，如图2所示。

图2 总图布置

5)仿真效果展示 利用3D Max，Lumion等三维软件制作虚拟环境下的漫游动画，以动态交互的方式便于人们对未来建筑物进行观察与体验。

4.2 BIM技术在勘察设计及施工阶段的运用

1)图纸会审 施工准备阶段，利用3D Max，Infraworks等软件创建车站、桥梁等一系列模型。审查设计图纸数据，发现问题，及时将审查情况书面报告建设单位和设计院，为优化设计提供依据。避免后期因图纸问题带来停工及返工，提高了项目管理效率。

2)地质分析与施工优化 充分利用钻孔资料、地质剖面图、钻孔柱状图、地形图、物探数据等数据和资料，应用BIM建模形成新的图形化与可视化的三维地质模型(见图3)。然后分析、处理、组织和描述勘测地质数据。根据地质模型分析选择经济合理、工效高的施工方案。黄家湾站桩基及BH10～BH30号墩桩基原施工方案计划采用冲孔灌注桩。通过三维地质模型分析，新施工方案改为旋挖钻，提高了工效，缩短了工期。

图3 地质模型土层示意

3)BIM+无人机倾斜摄影土方测绘与计量 施工过程中，项目人员可通过无人机对项目现场进行整体测绘，采集项目数据，形成三维点云模型，与BIM制成的完成面模型进行比对，可得到土方开挖回填的工程量，可基于这些数据和模型对比，得出减少运输距离和倒运方量的土方平衡方案(见图4)，从而有效缩短工期并提高经济效益。

图4 生成土方挖填平衡数量

4)管线改迁 本工程两站一区间走向沿已有潭州大道布置，根据现场实际调查和物探等多种手段，桩基施工与潭州大道多道城市给排水、燃气及管线位置冲突。利用BIM技术建立地下管线综合管理系统，实现对地下管线的信息分类，三维模拟和碰撞检查功能可对地下管线与桥梁基础碰撞问题进行分析，提出管线迁改设计方案。车站位置管线模型如图5所示。

图5 车站位置管线模型

5)交通导行方案 高架区间及车站均位于潭州大道上，并与潭州大道快改同时施工，且潭州大道往来车辆速度快、车流量大，交通组织不当将造成潭州大道拥堵，给施工带来困难。利用BIM技术建立交通导行模型和漫游视频，布置各阶段的围挡倒边、交通标志标牌等，对各阶段的交通组织进行漫游视频汇报和交底，便于各级部门和项目部的直观了解和组织。

6)施工进度模拟 利用Navisworks等软件进行施工进度模拟，通过动画的方式表现进度安排情况，对现有施工进度方案进行可视化调整，对各分部分项工程进度有效管控，优化施工组织，并生成优化后的进度计划。合理安排人、材、机需求计划，缩短工期，提高管理效率。现场定期采用无人机航拍，进行实景进度控制。

7)工序交底可视化 对于施工难度较大、结构复杂的节点进行局部模型深化，将施工工艺流程导入模型中，利用Flash等软件制作施工工艺流程视频，对现场进行可视化交底，提高施工质量。本工程桥梁和车站桩基钢筋笼吊装采用可视化交底，获得了较好的效果。

8)施工方案可视化 采用命令流的形式进行参数化建模，便于后期量产数值模型，并考虑杆件步距、间距，钢管尺寸，竖向剪刀撑，水平剪刀撑等因素对支撑体系承载力的影响。通过模型分析，对桥梁现浇段支架系统进行施工方案比选，选取最佳桥梁支架施工方案。

9)钢结构深化设计 施工过程中，利用BIM技术建立模型，对车站椭圆形钢结构屋顶进行结构和节点深化设计。通过改进工艺等措施，节约了材料，减少了材料损耗。

10)基于BIM技术的项目多方协同管理 运用 BIM 技术和云平台对项目质量、安全、资料、合同、进度、大宗材料集中采购等进行多方协同管理。安全管理平台实现风险分级管控与隐患排查治理。基于BIM技术的大数据智能分析质量管理系统，决策快速高效，有据可依，实现企业质量、项目管理质量管理规范化，大幅提高现场工作效率。利用互联网移动APP终端和二维码随时在手机端查询各种信息，数据真实及时，实现过程可预警、结果可分析，确保管理制度落地，在施工过程中做到质量安全管理闭环，保证所有问题能落实整改并有追溯性。

11)商务成控管理 商务工程师利用BIM软件建立模型，通过BIM模型提取混凝土、模板、钢筋等工程量，与现场物资材料部门实际材料比对分析，降低材料损耗。利用BIM模型预估产值、成本归集、成本分析、成本对比，对项目成本实行动态管理。

12)BIM+VR+安全教育 基于施工现场 BIM 模型构件，通过现场 BIM 模型和虚拟危险源的结合，使体验者可走进真实的虚拟现实场景中(见图6)，通过沉浸式和互动式体验使体验者得到更深刻的安全意识教育，以提升全员安全生产意识水平。

图6 VR体验与VR内部展示画面

5 基于移动5G+BIM技术的绿色智慧建造技术

基于物联网、移动5G、大数据、无人机、BIM技术、云平台搭建的绿色智慧建造模块化平台，对人、机、料、法、环集成管控，通过互联网及手机端使施工现场管理更加高效及便捷。

5.1 施工节能节水绿色智慧技术

通过智能电表、水表实现用电、用水智能管理。智能电表和智能水表自动采集用电量和用水量，利用内置IC卡和移动5G技术将数据传至绿色智慧建造工地管理平台节能模块后台。通过后台自动数据统计和分析，形成工地各办公、生活、施工用电电能和用水分布图，各区电能和用水损耗分布图等，发现用电、用水异常数据，及时安排专人处理。通过数据分析，制定相应的节水、节能措施。

5.2 绿色施工节地、节材智慧技术

利用BIM技术，结合现场情况和企业CI标准族库建立施工场地三维场地模型布置，直观地起到对布置的指导作用，避免因布置不合理占用和浪费土地资源。利用BIM技术建立分阶段模型，对施工场地、临建、交通导行等根据施工进度实行动态调整。合理利用土地资源，最大限度地减少对周边土地资源的破坏。

施工过程中，利用BIM技术对车站进行钢结构深化设计、混凝土结构优化、二次结构砌体等自动排布和模型展示，通过改进工艺等措施，节约材料，减少材料损耗。

6 效益分析

1)通过BIM技术进行结构设计优化，船形山站—黄家湾站区间桥梁桩基由原设计198根优化为172根桩，并调整设计桩长，节约工程造价约208万元。

2)使用无人机进行土方算量，生成较精准的土方挖填分布图，重复利用原土方，使场内土方平衡，节约工程造价约260万元。

3)商务BIM算量结合5D数字化管理平台，精确控制材料提取，使物料分配合理，避免钢材存货和损耗共约80t，节约工程储存成本和投入约60万元。

4)通过施工模拟对施工组织进行优化，保证进度的同时又提高了工效。钢结构全过程BIM管理，预计缩短25%的工期；充分应用BIM技术进行工艺模拟及方案比选，有效提升了沟通和施工效率；BIM技术与施工测量的集成，大大降低控制测量的难度，提高施工精度与效率。

5)现场实时监控结合无人机巡逻保证安全与质量的同时，减少现场管理人员约50%巡查时间；通过可视化施工模拟及VR安全体验，使现场操作人员熟悉掌握工艺工序，保证了质量和安全，同时减少了5%的返工率。

6)基于移动5G+BIM技术智慧建造技术的应用，节约了各类资源的投入，减少了各类资源损耗和浪费，取得了良好的经济效益。

7)基于BIM技术的项目管理，进一步提高了项目管理水平和管理能力，项目管理多次获得各级部门及同行高度评价。

8)通过BIM技术实时应用，现已培养5名专业BIM技术人才，为公司BIM应用发展奠定了基础。

7 结语

BIM技术在长株潭城际轨道交通西环线项目两站一区间和车辆基地的应用，进一步提升了项目管理精细化水平，同时，也在降本增效和绿色智慧建造施工中取得了良好效果。