BIM 技術(shù)在蘭州西客站站房工程中的典型應(yīng)用

張 濤 李興龍 曹 樂 杜海波 程小春 張曉玲

(1．中國建筑科學(xué)研究院建研科技股份有限公司信息化軟件事業(yè)部BIM研究中心，北京100013;2．中國中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100093;3．內(nèi)蒙古烏蘭浩特市萬維建筑設(shè)計有限責(zé)任公司，烏蘭浩特134000)

前言

建筑技術(shù)的發(fā)展軌跡總是看似穩(wěn)定又跳躍著的前行，而 BIM技術(shù)就是一種“跳躍”。在國內(nèi)，BIM技術(shù)已慢慢普及，通過市場摸查，在技術(shù)應(yīng)用、項目管理、人才儲備幾個方面呈現(xiàn)不平均狀態(tài)，主要表現(xiàn)在設(shè)計企業(yè)推廣較好，施工企業(yè)相對落后。結(jié)合施工企業(yè)的實際情況，定制一套完備的，合理的BIM技術(shù)的應(yīng)用流程能起到事半功倍的作用。本文以蘭州西客站項目中BIM技術(shù)的應(yīng)用為例，對搭建BIM模型流程、模型的二次細(xì)化及模型的后續(xù)專業(yè)化應(yīng)用等方面做出詳細(xì)介紹。

1 蘭州項目介紹

蘭州西客站是利用既有蘭州西編組站(編組站遷建至蘭州北)的位置，車站北側(cè)為城市公路主干道西津路，南側(cè)為在建城市主干道南山路，交通便利。規(guī)劃的蘭州西站樞紐工程立足周邊，打造新的金融商貿(mào)區(qū)，成為蘭州市新地標(biāo)。

站房工程的總建筑面積99 963m2，建筑總高度39.55m，最高聚集人數(shù)10 000人。站房形式采用線側(cè)與高架相結(jié)合的布局，進(jìn)出站流線模式為“上進(jìn)下出”，站場內(nèi)設(shè)13臺26線，站房工程地上二層，地下一層，局部設(shè)有夾層。結(jié)構(gòu)體系采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為正交空間管桁架鋼結(jié)構(gòu)(圖1、圖2所示)。

圖1 蘭州西客站效果圖

2 定制施工企業(yè)的BIM流程

項目開始前，對蘭州西客站項目進(jìn)行項目分析，排查難點(diǎn)等工作，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，建立一份完整的實施流程，并建立相對應(yīng)的規(guī)則體系，如文件屬性、建模規(guī)則、族庫規(guī)則、多平臺協(xié)作規(guī)則等。本項目時間緊迫，工作強(qiáng)度大，重點(diǎn)為土建工程出量及鋼結(jié)構(gòu)屋面網(wǎng)架的二次深化及吊裝。

2.1 項目人員框架

本項目預(yù)期配備17人，實行項目經(jīng)理制，由項目經(jīng)理定期現(xiàn)場駐扎，分專業(yè)把控進(jìn)度，負(fù)責(zé)咨詢、協(xié)調(diào)，并將工作細(xì)化至個人，保證項目按如期完成，如圖3所示。

圖2 蘭州西客站剖切圖

圖3 組織結(jié)構(gòu)圖

2.2 定制建模標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則

2.2.1 文件管理

在本項目中，參建單位眾多，如甲方、設(shè)計方、施工方、分包方、監(jiān)理方等，如何有效的信息傳遞，如資料備檔、模型管理、圖紙交流等，方便快捷準(zhǔn)確的查找是影響項目進(jìn)度的重要因素，如對文件夾進(jìn)行統(tǒng)一歸類編碼，便于整理、查詢及歸檔。如圖4所示。

圖4 文檔管理

2.2.2 規(guī)范協(xié)同管理

協(xié)同化的工作主要包含準(zhǔn)確輸入、整理記錄、便捷調(diào)取三方面構(gòu)成，結(jié)合項目進(jìn)度情況，我方與業(yè)主方及施工方共同努力，研發(fā)出適合本項目的協(xié)同管理平臺。旨在各配合方都能有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、審查、配合協(xié)調(diào)等，大大提高了工作效率。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件命名及系統(tǒng)顏色(RGB)劃分

制定統(tǒng)一的土建、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電等構(gòu)件命名標(biāo)準(zhǔn)與系統(tǒng)顏色(RGB)劃分，不僅有利于模型前期搭建，更有利于項目后期工程量統(tǒng)計及協(xié)同應(yīng)用對接。

如:混凝土梁的命名規(guī)則:【類型】—【樓層】—【區(qū)域】—【尺寸】—【材質(zhì)】—【項目編碼】

樓板的命名規(guī)則:【類型】—【標(biāo)高】—【區(qū)域】—【材質(zhì)】—【項目編碼】

結(jié)構(gòu)柱的命名規(guī)則:【類型】—【樓層】—【區(qū)域】—【尺寸】—【材質(zhì)】—【項目編碼】

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)化建模規(guī)則及區(qū)域劃分

合理的建模規(guī)則對項目規(guī)劃有著重要的意義，很多工程中遇到的反復(fù)修改大多是建模規(guī)則未規(guī)劃造成的，無形中增大工作量。內(nèi)容應(yīng)包含專業(yè)、樓層、構(gòu)件、區(qū)域等，對其合理拆分。而不同區(qū)域應(yīng)逐級細(xì)化，如:名稱字符、模型深度、提取方式、計量內(nèi)容原則等，采用樹形管理方式，方便調(diào)閱。

2.3 定制零件庫標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則

各專業(yè)零件庫定制是一項繁復(fù)細(xì)致的前期工作，也是項目啟動前重要的準(zhǔn)備工作之一。零件庫應(yīng)遵循樹型結(jié)構(gòu)，兼顧整體且局部的關(guān)系，并在大框架不變的基礎(chǔ)上預(yù)留出設(shè)備廠商信息部位，方便后期設(shè)備進(jìn)廠的分層添加，至完善。因搭建零件庫工作量大，可借鑒繼承其他成功項目，結(jié)合本項目實際情況，定制一套完整的零件庫。如圖5所示。

圖5 MEP零件庫

2.4 應(yīng)用實施平臺

主要應(yīng)用平臺:Revit 2014、Catia 、Rhino、TEKLA、PKPM結(jié)構(gòu)軟件、PKPM系列軟件(4D、5D施工管理軟件、算量計價軟件、施工現(xiàn)場布置軟件)、NavisWorks、PKPM 運(yùn)維管理系統(tǒng)軟件、Delmla、After Effects等

3 項目模型的搭建、整合及二次深化

3.1 建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的模型搭建

在Revit平臺搭建模型，調(diào)用前期準(zhǔn)備的族庫，提高搭建速度，并對圖紙進(jìn)行審查，解決實際難點(diǎn)問題，反饋于設(shè)計方。后續(xù)工作按現(xiàn)場施工組織計劃，對模型進(jìn)行二次拆分，符合現(xiàn)場施工要求，以便后續(xù)應(yīng)用及工程量信息提取。如圖6所示。

圖6 土建結(jié)構(gòu)模型

3.2 鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)的模型搭建

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)，不斷驗證與外幕墻及土建的碰撞，準(zhǔn)確的搭建鋼結(jié)構(gòu)模型。通過與現(xiàn)場的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)人員配合，在TEKLA平臺二次深化，以達(dá)到節(jié)約材料，科學(xué)施工的目的。最后對鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分類型整理，以便為鋼結(jié)構(gòu)吊裝模擬做必要準(zhǔn)備。如圖7所示。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)模型及節(jié)點(diǎn)

3.3 幕墻專業(yè)的模型搭建

本項目幕墻包括屋面工程和外立面工程。屋面工程是由鋼桁架和金屬直立鎖邊屋面系統(tǒng)、以及半透明聚碳酸酯屋頂材料和金屬遮陽構(gòu)件組成。中央屋蓋頂部設(shè)有分散的玻璃采光窗，位于主要的旅客候車區(qū)域的正上方，四周側(cè)面還設(shè)有采光天窗，避免直射光進(jìn)入室內(nèi)候車廳。外立面工程采用石材幕墻系統(tǒng)和玻璃幕墻系統(tǒng)，懸掛部分弧形面采用石漆噴涂鋁板，石材部分采用暖色調(diào)以反映整體建筑立意。

操作平臺采用Catia，驗證其與土建、鋼結(jié)構(gòu)的碰撞問題，將rhino中網(wǎng)格細(xì)分的外表皮，導(dǎo)入Catia，因為我們只需得到板材面，格式為IGS即可，其他數(shù)據(jù)在Catia里進(jìn)行。接下來對板材類型優(yōu)化，控制板材類型、規(guī)格、區(qū)域材質(zhì)等，整理編號及對應(yīng)的二維CAD加工圖，最后提取信息內(nèi)容及整理出量加工表格。模型深度滿足施工要求，尤其是在雙曲面區(qū)域的定位安裝、科學(xué)施工、節(jié)約成本方面效果顯著。如圖8、9所示。

圖8 幕墻模型及板材信息

圖9 幕墻詳細(xì)節(jié)點(diǎn)

3.4 MEP專業(yè)的模型搭建

快速準(zhǔn)確地完成搭建機(jī)電模型工作，同步完成二維圖紙中碰撞錯誤。由機(jī)電專業(yè)負(fù)責(zé)人駐廠辦公，采用雙向工作模式，分區(qū)域，現(xiàn)場調(diào)整管綜。重點(diǎn)解決碰撞、預(yù)留孔洞等問題，發(fā)現(xiàn)并提供有效的解決方案，合理布控、節(jié)約成本。在與施工技術(shù)人員的交流中，進(jìn)行BIM技術(shù)培訓(xùn)，使其充分借助BIM模型，靈活地進(jìn)行查看，剖切CAD圖紙等工作。如圖10所示。

圖10 北站房機(jī)電管線BIM模型及碰撞報告

3.5 精裝模型搭建

精裝專業(yè)在BIM體系中是一個重要的“收口”，有別于傳統(tǒng)的單純展示需求。精裝模型的搭建基本是在全專業(yè)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行，整合起來的模型會檢查出一些分專業(yè)的未發(fā)現(xiàn)的錯誤，及時快速調(diào)整正確。為了模型信息的準(zhǔn)確提取，在建模深度上要求較高，因為工程量的計算是基于此模型得出的，模型準(zhǔn)確工程量才準(zhǔn)確，因此本專業(yè)工作量大，精細(xì)程度較高。如圖11所示。

圖11 衛(wèi)生間及售票廳效果展示

3.6 全專業(yè)整合

全專業(yè)模型整合是在Revit及NavisWorks中進(jìn)行的，將Catia中的幕墻模型及TEKLA的鋼結(jié)構(gòu)模型整合在Revit里，因平臺不同，一定的數(shù)據(jù)信息丟失是不可避免的，但一定要保證模型幾何屬性是完整且準(zhǔn)確的。整合完的全專業(yè)模型進(jìn)行反復(fù)交叉檢查，對重要部位如:幕墻與鋼結(jié)構(gòu)屋架、機(jī)電與土建結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)審查。結(jié)束后進(jìn)行備檔，方可導(dǎo)入NavisWorks及PKPM施工管理平臺進(jìn)行后續(xù)專業(yè)化應(yīng)用。如圖12所示。

圖12 各專業(yè)示意圖

4 BIM技術(shù)對施工企業(yè)的專業(yè)化應(yīng)用

4.1 4D施工模擬

平臺采用NavisWorks與PKPM施工管理平臺，結(jié)合實際的施工組織計劃，將模型按實際流水段劃分等二次細(xì)化工作。初稿的4D施工模擬要快速反饋于施工技術(shù)人員，以便發(fā)現(xiàn)工期組織的不合理之處，快速調(diào)整幾次至完成，達(dá)到縮短工期，節(jié)約成本，提高建造精準(zhǔn)度的目的。如圖13所示。

圖13 4D施工模擬

4.2 復(fù)雜工藝模擬(預(yù)應(yīng)力勁性梁柱節(jié)點(diǎn))

復(fù)雜工藝的展示，在項目中有著重要的意義，本項目選用9.5 m處預(yù)應(yīng)力勁性梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行典型展示，這種復(fù)雜部位在建造工序、施工組織順序、設(shè)計方案論證、匯報展示等方面敘述困難。而復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬能在工作分配中對上對下有著巨大的幫助，對下能快速將CAD圖紙信息內(nèi)容，三維展示出來，降低識圖難度，對施工人員有所幫助;對上提前反映出施工的難點(diǎn)、工藝特征、方案論證并進(jìn)行優(yōu)化管理，科學(xué)下料，達(dá)到提高施工管理水平目的。如圖14所示。

圖14 預(yù)應(yīng)力勁性梁柱節(jié)點(diǎn)模擬

4.3 站場工序模擬

此模擬對優(yōu)化站場各施方工序，協(xié)調(diào)各施工方施工進(jìn)度，以達(dá)到合理安排施工，縮短時間，減少返工率的目的。如圖15所示。

4.4 管線綜合專業(yè)化調(diào)控及漫游

專業(yè)管線調(diào)控，體現(xiàn)設(shè)計意圖并合理布控，對設(shè)備信息逐個錄入，包括設(shè)備廠商、型號、規(guī)格、功率等，實現(xiàn)方便靈活的漫游及信息的快速查找。如圖16所示。

圖15 站場工序模擬

圖16 管綜后模型

4.5 鋼結(jié)構(gòu)4D施工調(diào)控應(yīng)用

系統(tǒng)的進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝模擬，真實的同步現(xiàn)場施工進(jìn)度，合理安排行進(jìn)路線、預(yù)安裝場地規(guī)劃、車吊數(shù)量及類型。避免碰撞、可視化查詢時間進(jìn)度，快速有效的做出應(yīng)急預(yù)案。如圖17所示。

圖17 鋼結(jié)構(gòu)吊裝模擬

4.6 既有線方案仿真

三維動畫方式展示既有線防護(hù)方案，在施工前了解各種構(gòu)件在實際結(jié)構(gòu)中的相對位置及相互關(guān)系，方便更好的溝通、討論、決策，從而減少或降低實際工程中可能出現(xiàn)的一些不必要的失誤所造成的損失。如圖18所示。

圖18 既有線方案仿真

4.7 塔吊防碰撞模擬

三維展示塔吊場布、選型等工作。結(jié)合塔臂標(biāo)高及感應(yīng)檢測設(shè)備防止發(fā)生碰撞，提高群塔作業(yè)的安全性及工作效率。如圖19所示。

圖19 塔吊防碰撞模擬

4.8 PKPM施工管理平臺應(yīng)用

PKPM5D施工管理平臺是在4D管理的基礎(chǔ)上加入成本核算，將三維模型中構(gòu)建與組織計劃相互關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)施工場地布置可視化和各種施工設(shè)備、設(shè)施的動態(tài)管理，有助于實現(xiàn)施工管理和控制的信息化、集成化和可視化。如圖20所示。

圖20 PKPM5D施工管理平臺

5 總結(jié)和未來研究方向

通過這個項目我們總結(jié)了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗:

(1)在站房類工程中，BIM對科學(xué)施工，組織工序的安排，人材機(jī)的管理，效率的提高發(fā)揮重要的作用;

(2)BIM項目的實施必定要標(biāo)準(zhǔn)化、流程化，結(jié)合不同的項目特點(diǎn)深度定制，事半功倍;

(3)站房類工程重點(diǎn)工藝的積累，可逐步形成一套完整的，借鑒性高的族庫模板，對方案的驗證與施工的借鑒都有著重要意義;

(4)將PKPM成本分析軟件與BIM軟件相結(jié)合，大力開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)，符合國內(nèi)規(guī)范的項目管理軟件;

(5)每一個項目的成功都是多方平臺互相合作，共同完成的，倡導(dǎo)文件格式的統(tǒng)一，國內(nèi)規(guī)范的遵守，對模型互導(dǎo)及信息的無損轉(zhuǎn)接有著重大作用。

［1］《現(xiàn)代信息技術(shù)在工程建設(shè)項目管理中的應(yīng)用》，中國建筑工業(yè)出版社，［美］特來福.威廉姆斯 著，2009年出版

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