業(yè)主主導模式下BIM技術在高速鐵路建設項目中的實現(xiàn)與應用

業(yè)主主導模式下BIM技術在高速鐵路建設項目中的實現(xiàn)與應用1項目背景2重點問題與解決方案3應用案例目錄CONTENTS4BIM管理實施成果01項目背景項目簡介鐵路工程項目特點項目實施目標1、項目簡介牡佳鐵路客運專線全長371.622km，設計運行時速250km/h，沿線經(jīng)過牡丹江市、林口縣、雞西市、七臺河市、樺南縣、雙鴨山市、佳木斯市5個地級市2個縣級行政區(qū)，其中路基工程總長159.956km，占線路全長的43.56%；橋梁141座143.502km，占線路全長的39.08%；隧道共34座，長度63.732km，占線路全長的17.36%2、項目BIM應用實施目標設計階段施工階段交付階段全面遵守鐵路BIM聯(lián)盟標準，創(chuàng)建牡佳鐵路全線、全專業(yè)精細化BIM設計模型；實現(xiàn)基于精細化模型的多參與方數(shù)據(jù)共享與協(xié)同工作；設計優(yōu)化。深化設計：在設計模型的基礎上，結合實施性施工組織設計、開展基于BIM的施工深化設計應用（施工模型創(chuàng)建過程）。施工指導：在施工模型的基礎上，附加建造過程、施工順序、施工工藝，進行施工過程的可視化模擬與交底（制作3D作業(yè)指導書）。以模型為載體，關聯(lián)相關資料（設計信息、施工過程信息、建設管理信息等），并為運維階段信息交互創(chuàng)造條件。3、項目特點信譽培訓規(guī)劃項目設計涵蓋鐵路站前站后全部專業(yè)，協(xié)同難度大項目實施涉及多參與方，建設管理難度大總體規(guī)模371km，橋梁多處跨越河流和既有線路；路基段最大挖方邊坡41.12m、且多處為軟弱土層；隧道段線路經(jīng)過采空區(qū)、瓦斯氣體地層。多參與方全線、全專業(yè)綜合BIM技術應用項目實施地理跨度大，區(qū)域地形、地質(zhì)環(huán)境復雜站前相關工程（路基、橋梁、隧道、站場、軌道、大臨工程等）站后工程（站房、四電工程等）涉及咨詢方1家、設計方1家、BIM建模方1家，平臺及軟件提供方1家；施工方13家，監(jiān)理方13家、設備供應方若干。02重點問題與解決方案組織保障模型創(chuàng)建模型交付與共享信息傳遞1、組織機構與制度保障高速鐵路工程建設項目實施涉及多個參與方，主要包括建管、設計、施工、監(jiān)理等多家單位，BIM應用協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌管理難度大。如果不能形成統(tǒng)籌管理，各參與方單打獨斗，將難以體現(xiàn)BIM應用價值，實現(xiàn)項目實施目標。建設單位施工單位設計單位監(jiān)理單位1.1組織模式創(chuàng)新哈牡鐵路客專公司

信息化管理辦公室BIM咨詢：中鐵四局BIM設計：中國鐵路設計集團3D平臺：中國鐵道科學研究院9家站前工程施工單位3家站房工程施工單位2家四電工程施工單位監(jiān)理單位業(yè)主主導技術咨詢單位支持各方參與1.2制度保障詳細約定具體的目標、應用范圍、應用階段和執(zhí)行標準。詳細約定組織機構、推進計劃和培訓計劃。明確BIM應用的基礎條件；應用的流程；確定模型的創(chuàng)建、使用、管理和交付要求；確定BIM平臺的功能；確定科研規(guī)劃與保障措施。由咨詢方編制了牡佳項目BIM應用執(zhí)行計劃書。約定了項目在設計階段、施工階段和交付階段的實施目標、軟硬件配置計劃、推進計劃、培訓計劃、執(zhí)行標準等內(nèi)容。明確了參與方的目標和職責，以保證BIM實施效果。1.2制度保障1.3人員培訓由于BIM技術作為新理念和新技術，在鐵路施工行業(yè)普及還屬于初級階段，各施工單位BIM技術應用能力良莠不齊，為保證各參建單位具備BIM技術應用實施能力，在人才培養(yǎng)上，由哈牡公司組織，咨詢單位實施，舉辦了6期bim技術應用培訓，內(nèi)容上涵蓋了軟件建模、深化設計應用、無人機實景建模與應用等。這些培訓采用定制化的方式開展，培訓案例主要采用項目的實際案例。通過現(xiàn)學現(xiàn)用的方式，提高牡佳項目BIM人員的能力和牡佳鐵路BIM應用水平。3.1建模技術創(chuàng)新——骨架線設計理念經(jīng)研究，牡佳BIM設計團隊選用達索系統(tǒng)創(chuàng)建主要項目模型實體。模型創(chuàng)建協(xié)同主要采用“骨架線”的方式：先約定工程結構樹，再確定總骨架線，在總骨架上創(chuàng)建專業(yè)骨架線，各專業(yè)建模人員在各自的專業(yè)骨架線上建立模型。通過這種方式，確保了各專業(yè)模型空間定位的準確性，實現(xiàn)了各專業(yè)模型的協(xié)調(diào)創(chuàng)建。經(jīng)測量，設計交付模型的線路坐標精度在正負1mm以內(nèi)，滿足了施工方直接從模型提取坐標用于施工交底的精度要求。項目參考《鐵路工程實體結構分解指南》，定義出各專業(yè)的工點，再按照各類構件進行細分。以結構樹形式清晰表達工程結構分解，形成了一套鐵路BIM設計模型的分解方案。總裝-專業(yè)結構樹專業(yè)-工點結構樹工點-構件結構樹3.3建模技術創(chuàng)新——模型結構分解3.2建模技術創(chuàng)新——快速建模工具BIM設計團隊基于達索知識工程和CAA模塊二次開發(fā)了連續(xù)梁、涵洞、橋梁等設計程序，實現(xiàn)了快速批量創(chuàng)建橋梁、隧道、路基等結構的輕量化模型。CAA橋梁快速建模程序CAA接觸網(wǎng)批量布置達索知識工程腳本3.4建模技術創(chuàng)新——標準部署項目BIM設計團隊基于達索系統(tǒng)部署了中國鐵路IFC標準的分類和屬性，構建了鐵路全專業(yè)BIM設計整體環(huán)境，擴展形成IFC類型218項，屬性集446項。3、模型交付與共享方式牡佳鐵路參與各方地處多個不同地理區(qū)域，為保證設計交付模型變更時各標段手中的模型同步變更，同時保障竣工模型整合和統(tǒng)一交付，牡佳項目首次通過異地分布式服務器的方式對達索BIM系統(tǒng)進行部署。項目主服務器與9臺標段現(xiàn)場FCS文件服務器數(shù)據(jù)同步。中國鐵設在天津主服務器上傳BIM交付模型。各標段文件服務器與天津主服務器同步數(shù)據(jù)，極大提升標段現(xiàn)場施工人員打開模型及進一步深化模型的操作速度。形成了“基于互聯(lián)網(wǎng)信息共享技術架構、分布式部署”的模型交付與共享協(xié)同機制。4、

信息傳遞方式創(chuàng)新——IFC格式傳遞按照發(fā)布的《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》，對設施、設備模型進行分類編碼。同時，將設計非幾何信息錄入模型屬性內(nèi)，通過IFC格式模型進行傳遞。坐標幾何尺寸體積IFC屬性信息編碼工具4、

信息傳遞方式創(chuàng)新——EQR格式工程量傳遞

通過開發(fā)統(tǒng)一EQR信息傳遞程序，將模型屬性集中的EQR屬性賦值到相應的Properties屬性中。在3DE管理端搜索到總裝模型，選擇待計算工程數(shù)量模型后，將工程數(shù)量直接輸出至EXCEL表格。保證了基于IFC文件進行工程數(shù)量匯總。4、信息傳遞方式創(chuàng)新——數(shù)字交付利用平臺功能，將設計信息和施工信息（包括施工藍圖、施工影像資料、檢驗批、施工日志、工程屬性等）與對應模型進行掛接，實現(xiàn)了設計施工信息向運維傳遞的數(shù)字交付探索。設計信息掛接施工信息掛接03應用案例設計應用施工應用建設管理應用1、BIM模型創(chuàng)建及應用的工作流程快速建模工具開發(fā)實體模型創(chuàng)建地形數(shù)據(jù)采集地形實景建模模型整合模型輕量化設計BIM應用輸出IFC格式模型交付3D建設管理平臺應用輸出原生格式模型交付施工單位深化設計應用2.1設計優(yōu)化——接口工程設計優(yōu)化

站前站后模型整合后，開展了各專業(yè)間的模型碰撞檢查，提前修改設計錯誤。接觸網(wǎng)支柱與電纜井沖突接觸網(wǎng)硬橫跨基礎與橫向排水槽沖突聲屏基礎與過度電纜井沖突2.1設計優(yōu)化——排水系統(tǒng)優(yōu)化設計路基橋梁過渡段排水系統(tǒng)優(yōu)化通過結構物與地形曲面進行布爾運算，在路基段、隧道洞口開展系統(tǒng)排水設計優(yōu)化，避免了排水不暢、無法與現(xiàn)有排水體系順接、匯水不合理等問題，較傳統(tǒng)的二維CAD設計具有明顯優(yōu)勢，同時表達也更加直觀。隧道洞口排水系統(tǒng)優(yōu)化排水溝模型2.2設計細化涵蓋多專業(yè)的主要設計內(nèi)容包括防雷接地、通信機械法拉第籠、線纜及防護設施（鋼管、纜溝、阻燃防護槽盒）、引入電纜井、人（手）孔等BIM協(xié)同設計。防雷、線纜敷設、防護及附屬設施法拉第籠2.3輔助設計——設計方案比選牡佳鐵路DK5+600左側有個廢棄采石場的山體，靠近新建鐵路，山上出現(xiàn)多條裂縫，且縫隙逐漸加大，需要進行邊坡防護，達到消除山頂上方裂縫、且盡量減少刷方量的要求。項目組按照方案一（1:1.5坡率、10m分級、平臺5-20m寬）和方案二（1:1.5坡率、8m分級、平臺5-20m寬），分別在三維場景下展示刷方情形，并計算刷方量，輔助開展方案比選。原地形刷坡方案比選2.3輔助設計——結構沉降分析模型沉降云圖模型網(wǎng)格劃分建立工程BIM模型應用ProcessComposer模塊進行結構沉降分析，快速實現(xiàn)設計-分析-優(yōu)化迭代過程，提高工程設計質(zhì)量。3、施工階段BIM技術應用策劃牡佳鐵路施工階段BIM技術應用由牡佳BIM咨詢單位總體策劃。針對施工重難點工程，逐項分解形成應用矩陣，并交付給牡佳參建各施工標段實施。3.1大臨規(guī)劃項目利用無人機創(chuàng)建實景地形模型，確定大臨設施場地范圍，通過奔特利軟件，計算出場地范圍內(nèi)的填挖平衡標高，最大限度的降低場地平整的成本。在場地模型上，模擬大臨設施的場地布置，導出大臨設施工程數(shù)量，幫助項目部成本分析和方案決策。梁場規(guī)劃海拔385.56時場地填挖方量近似相等3.2取棄土場土方計算方式人員數(shù)量外業(yè)處理時間內(nèi)業(yè)處理時間總時間安全性準確性傳統(tǒng)測量2人2天1天3天低低GIS測量1人30分鐘4小時4.5小時高高利用無人機實景建模技術，采集牡佳鐵路全線取棄土場地形，以確定取棄土場取棄土方量能否滿足施工需要。與傳統(tǒng)測量方式相比，這種方法作業(yè)人員少，外業(yè)時間短，且內(nèi)業(yè)處理為計算機自動計算，無需占用人員時間。極大提高了工作效率，最終結果的準確性也高于傳統(tǒng)測量方式。同時由于取棄土場邊坡多半較為陡峭，傳統(tǒng)測量方式存在一定危險，而采用無人機作業(yè)可以保障作業(yè)人員安全。3.3施工深化設計一是保障了施工外觀質(zhì)量，二是能夠通過模型確定施工現(xiàn)場每次拱形骨架澆筑的混凝土方量，減少了混凝土超運造成的浪費，三是通過模擬可以計算出整個工點所需的六棱快數(shù)量，為項目構件預制廠六棱塊預制和施工成本控制提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。路基設計模型模擬骨架護坡及防護柵欄布置4、3D建設管理平臺應用牡佳鐵路3D建設管理平臺是基于BIM+GIS的鐵路建設施工管理平臺在標準規(guī)范體系、安全保障體系的支撐下，以BIM技術為核心，結合GIS技術，充分利用云、物、大、移等前沿技術搭建信息化平臺，構建項目建設及施工管理業(yè)務應用，提升鐵路工程的工程建設施工管理和信息共享能力。3D建設管理平臺電子沙盤模塊將地理信息和工程模型基于三維GIS進行疊加，實現(xiàn)從宏觀大場景到微觀細度BIM模型的整體展現(xiàn)。模型構件與電子施工日志掛鉤實現(xiàn)了進度可視化展示。平臺全面遵守鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布的規(guī)則和標準，統(tǒng)一接口和編碼。完整、無縫承接和展示了IFC模型的各項信息。已完成施工中未施工1233D建設管理平臺應用——電子沙盤04BIM管理實施成果2018年10月16日，中國鐵設“牡丹江之佳木斯客運專線BIM設計”榮獲2018年度bulidingSMART國際BIM大賽特別獎（SpecialDistinction），參賽的53個項目分別來自中國、英國、法國、日本、澳大利亞等20個國家。獎項評價：“很好的組織了用例，創(chuàng)新性的添加了鐵路IFC線型，為完善IFC標準作出了貢獻”。1、設計BIM應用效果評價2、施工BIM應用效果評價序號獎項名稱獲獎單位獲得獎項1第八屆“龍圖杯”哈牡公司、中鐵四局、中國鐵設綜合組一等獎22019年“智建中國”國際BIM大賽哈牡公司、中鐵四局、中國鐵設綜合組一等獎3中建協(xié)第四屆“全國BIM大賽”哈牡公司、中鐵四局、中國鐵設綜合組一等獎（初評）4首屆