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张呼铁路站房BIM应用

BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、可优化性等特点，可有效消除建设项目的信息孤岛，满足铁路建设管理在抓源头、抓过程、抓细节方面的管理需求。张呼铁路在乌兰察布站及卓资东站站房工程建设过程中，积极开展BIM技术的应用与实践，深入推进铁路建设标准化管理，对BIM技术建立铁路站房建设构件族库，创建站房建筑模型、机电模型、钢筋模型，碰撞检测及孔洞预留、查找设计文件差漏、仿真模拟及漫游等功能进行了应用与研究。

组织实施及模型搭建

1工程概况
乌兰察布站站房建筑面积11 949.14 m2，建筑尺寸147.2 m×38.4 m×21.0 m，基础为独立基础，主体结构为钢筋混凝土框架结构，候车大厅屋面为钢网架结构。卓资东站为线侧下式站房，建筑面积4 450 m2，结构类型为站房主体钢筋混凝土框架结构，候车大厅屋顶为钢筋混凝土平屋面。
2统一BIM构件标准、原则并搭建模型
按照专业成立BIM实施小组后，研究确定BIM模型文件夹存储结构原则、模型拆分及组织原则，并定义整个BIM项目的各类构件标准。按照制定好的BIM构件模型标准，进一步完善BIM模型的各类所需信息，确定构件的数值信息标准。最后对照设计文件，按照已确定的各项BIM构件原则标准，逐步搭建张呼铁路站房BIM模型（见图1）。

图1  张呼铁路站房BIM模型

具体应用

1碰撞检测及孔洞预留

通过BIM软件中面向对象设计的功能，在掌握构件的空间几何尺寸后，通过约定的标准及计算，发挥计算机对庞大数据的处理能力实现直观的碰撞点反应。应用过程中的碰撞大致有：实体碰撞、延伸碰撞、功能性阻碍等。碰撞检测节点将自动生成截图及包含相交部分长度、碰撞点三维坐标等信息的详细检测报告，可找出风管、水管是否相交，空调管的高度是否合适，各管线与结构、建筑是否存在相互交叉点。通过BIM模型的建立，核对已有的设计变更，乌兰察布、卓资东站通过BIM建模发现碰撞点合计4 000多个（见图2）。

图2  站房碰撞检测实例

发现碰撞检测问题后需及时组织闭合管理。在设计阶段，设计单位通过BIM开展碰撞检测，发现碰撞点审查确认后进行二维图纸的修改并保留完整的碰撞检测报告和修改记录。在施工阶段，施工单位运用BIM软件进行碰撞检测完成图纸深化设计，对于变化较小、方便施工的情况，由施工单位自行调整实施消化碰撞点；对于调整较多时，及时反馈设计单位完善，过程中的碰撞检测报告及对应闭合资料完整保留，并报建设单位核备。按照以上检测流程对发生碰撞的管线进行优化设计后，满足相关设计标准的同时，部分建筑管线净高得以提升，空间得以增加。
通过BIM技术，按照二维图纸建立实体模型，利用三维可见性对管线与建筑墙碰撞的位置系统智能判断，预留洞口并形成报告，有效提高接口部位的质量外观（见图3、图4）。
图3  乌兰察布站孔洞预留实例

图4  站房碰撞及孔洞预留完善后实例
2查找设计文件差漏

通过对设计图纸的核查与修改，可大大提高设计图纸的质量，减少因图纸错误产生的变更，如在乌兰察布站的建筑模型楼顶建筑并未在结构施工图有对应设计（见图5）。
在BIM模型建立发现图纸中出现的差漏等问题通过以下步骤解决。

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图5  乌兰察布站设计差漏实例
3成本资源管理及进度管理

在乌兰察布站房的建造各阶段，通过BIM技术的关联数据库，运用模型可以快速、准确统计出各阶段的工料用量。将项目信息与BIM施工模型相链接，形成一个可视的4D（3D+Time）模型，直观、动态地反映整个施工过程。施工管理人员通过该功能使项目人力、物资材料、机械设备的实际投入与项目工期目标相结合，有效节约工程成本。

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（1）人力资源管理
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在人员作业安排方面应用BIM技术，BIM系统将工程量、工序、工序间的开始及结束时间进行链接，系统根据工程定额自动确定单位工程每个分项对应的工程量需要作业人数，再根据工序间的搭接情况提前确定所有作业人员数量，提高施工效率节约人力资源。
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（2）材料成本管理
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在材料管理方面通过使用BIM工程模型、进度计划、工程总量的结合体，可以快速提出任意时间结点构建的工程量；根据工程进度要求，由BIM+4D模型生成每个施工阶段的材料数量，施工管理人员可以根据施工进度进行定量、定期的物资采购，避免影响施工进度和资金积压等现象。
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（3）施工进度管理
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在优化施工成本的同时，通过使用BIM工程模型、 进度计划、工程总量的4D结合体，建立BIM模型和时间的关联，可实现时间和模型构件完成情况的匹配。通过施工进度模拟，可直观地观察到节点时间对应完成的施工进度，管理人员可直观地与实体完成量进行对比，对工程进度有更清晰的认识（见图6）。

图6  乌兰察布站BIM+时间模型设计实例

4三维技术交底

BIM模型不仅集成了建筑物的完整信息，同时还提供了一个三维的交流环境。与传统模式相比效率大大提高。BIM技术可以让项目各方人员深入掌握施工方案及内容，对施工方案决策提供有力支撑，同时尤其对于复杂工点的一线施工人员，BIM技术可帮助其清晰地了解施工质量及工艺的控制难点和施工过程中的安全风险点，模拟现场实物情况来指导现场的安装，完善施工工艺，提高施工质量，保证生产效率（见图7）。

图7  BIM模型细部特写

在乌兰察布高模板分项工程中，高支模架搭设一直是施工安全控制的要点。通过先期搭建支模架搭设的BIM模型进行技术交底，以三维图形的形式直观输出，让技术管理人员和一线施工人员有效地掌握搭设方法和搭建质量的控制点，让交底更直接，降低支模架稳定性方面的安全隐患（见图8）。

图8  乌兰察布站BIM交底
5仿真模拟、漫游及功能设计

通过BIM技术将原设计方案进行模拟施工，结合虚拟施工确定出最合理的表达效果和工艺流程。张呼铁路乌兰察布站房建设在Revit软件建模的基础上，利用Lumion软件对模型及装饰效果深度细化实现仿真模拟漫游，通过漫游展示项目全方位实景并为调整装饰效果提供参考。通过模拟仿真，及时发现乌兰察布站外墙铝板装饰分割线影响整体美观、地下通道灯光照度不够等问题，及时进行设计变更，保证了整体功能效果。卓资东站利用BIM模型，对站房候车大厅及两侧设备用房的消防疏散进行路径模拟，直观展示疏散路径。对影响消防疏散畅通性进行调整，实现方案最优（见图9）。

图9  卓资东站消防模拟示意图

张呼铁路积极落实中国铁路总公司标准化总体规划，针对站房专业交叉较多、技术复杂、接口工程数量大的特点，积极开展BIM技术应用，包括综合管线及设备布局的碰撞检测及孔洞预留，施工方案模拟，实现装修外观、消防、光照等外观及工程功能性方案的模拟仿真。基于三维的细节交底、精准交底、全面交底等，发挥BIM技术可视化、虚拟化、系统管理、成本和进度控制等优势，加强了工程建设的源头、过程、细节控制，提高了工程质量，提升了施工管理效率，为进一步将张呼铁路打造为精品工程提供了有力保障。