BIM的4D模擬在南昌站管線銜接施工中的應(yīng)用

李穎

摘 要：南昌站改擴建工程是在保留原有站房主體建筑和功能的基礎(chǔ)上，在不中斷運營的前提下，進行新舊站房銜接施工，盡量少地干擾站房運營和國鐵線路通行。本文通過BIM4D施工模擬技術(shù)對管線銜接施工方案進行模擬，提前發(fā)現(xiàn)管線碰撞的問題，加快管線施工的速度，以提高經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：BIM；碰撞檢查；4D施工模擬；效益

中圖分類號：TU17 文獻標志碼：A

Abstract：Nanchang station renovation and expansion project is to connect the old and new station building without interrupting station operation and minimize the interference in railway traffic.In this paper，BIM4D construction simulation technology is used to simulate pipeline construction plan，to find out the problem of pipeline collision ahead of schedule and speed up the pipeline construction in order to improve economic and social benefits.

Keywords：BIM；collision check；4D construction simulation； benefit

0 引言

鐵路車站設(shè)計中的管線設(shè)計及施工是涉及專業(yè)最多、信息量最為繁雜的一項工作，既有車站改擴建工程，需要保障原有舊站房的正常運營，又存在車站旅客流量大、車站改造范圍廣等很多影響因素。高鐵站房改擴建工程管理方還涉及鐵路線管理部門諸如各路段管理局、站所等，施工本身所涉及的如工務(wù)、通信、信號及電務(wù)等專業(yè)，極易發(fā)生交叉作業(yè)；同時高鐵站房建筑體量大，工序復(fù)雜，為盡早恢復(fù)車站的正常使用，工期安排緊張，安全文明生產(chǎn)責(zé)任重大，因此，現(xiàn)場協(xié)調(diào)工作量及難度很大?；谝陨蠣顩r，建立車站管線的BIM數(shù)字模型并指導(dǎo)工程是有效解決設(shè)計、施工、評價、審核、驗收、運維的全過程溝通及操作的高效手段。

1 BIM技術(shù)特點

BIM即建筑信息模型是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，相對于傳統(tǒng)的繪圖軟件，BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、可模擬、可優(yōu)化等特點。

1.1 可視化與協(xié)調(diào)性

可視化即“所見即所得”，BIM技術(shù)以三維立體實物圖形展現(xiàn)，通過觀察項目的整體及局部，可以及時發(fā)現(xiàn)模型中存在的缺陷并進行修正。BIM技術(shù)運用于建筑項目，在設(shè)計、建造、運維管理的全壽命周期中均可實現(xiàn)可視化，方便項目各參與方的認識和理解。隨著建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計日益復(fù)雜，涉及學(xué)科和專業(yè)也越來越廣泛，協(xié)同設(shè)計顯得越來越重要。協(xié)同設(shè)計是一種新興的建筑設(shè)計方式，通過將各設(shè)計方的數(shù)據(jù)導(dǎo)入同一協(xié)同設(shè)計平臺進行數(shù)據(jù)共享，可以實現(xiàn)不同專業(yè)的設(shè)計人員通過網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同進行設(shè)計工作，避免了信息在傳遞過程中出現(xiàn)遺漏或出錯的風(fēng)險。協(xié)同設(shè)計可以對BIM模型進行信息集成，快速查找模型中的碰撞點，生成碰撞檢查分析報告，方便各參與方有效溝通和事前處理。

1.2 4D施工模擬與優(yōu)化

模擬性是指運用BIM技術(shù)對建筑物的三維幾何外形和建筑物在現(xiàn)實世界中的各種操作過程進行模擬。在設(shè)計階段，可以使用BIM技術(shù)進行建筑能耗分析、日照分析、風(fēng)環(huán)境分析等類似的模擬試驗分析；在施工階段，可以進行4D虛擬施工模擬優(yōu)化施工方案，實現(xiàn)基于BIM的施工進度、人力、材料、設(shè)備、成本、安全、質(zhì)量和場地的4D動態(tài)集成管理以及施工過程的4D可視化模擬；在運營階段，可以對突發(fā)事件進行模擬，如緊急疏散等。BIM技術(shù)的模擬性可以進一步促進工程項目的成本、進度、質(zhì)量、安全、環(huán)境等5大目標的順利實現(xiàn)?；贐IM的4D施工模擬技術(shù)可以通過反復(fù)的施工過程模擬，從進度管理的視角提前發(fā)現(xiàn)影響工期的問題并做出優(yōu)化設(shè)計，制定相應(yīng)應(yīng)對措施，從而得到最優(yōu)進度計劃和施工方案以指導(dǎo)實際的項目施工。

2 項目概況

南昌站是昌九鐵路的端點和京九鐵路的中間站，是京九線在中部地區(qū)唯一的省會站，又是浙贛鐵路的交匯處，客流量大；既有南昌站為線側(cè)平式，高架候車室跨線進站，旅客地道出站站場既有4座站臺；其改造是在既有站場東邊新建城際場二臺三線及新建東站房，站臺上面新建高架候車室與新老站房連接。新建無站臺柱雨棚及14m寬旅客出站地道，接長行、郵包地道、行郵包聯(lián)系通道及客服系統(tǒng)，通信工程，電力及電氣化工程，站場過渡工程。新建11道、12道、13道及五、六臺，改造一～四臺及南北頭咽喉區(qū)道岔及相關(guān)線路?？偨ㄖ娣e為84713m2，其中新建東站房18458m2，新建高架候車室16540m2，新建無柱雨棚49715m2，建成后的新南昌站地下一層，地上主體二層。南昌站改造平面圖如圖1所示。

3 南昌站管線4D模擬

3.1 南昌站管線BIM模型的建立

南昌站改擴建工程是在保留原有站房主體建筑和功能的基礎(chǔ)上，在不中斷運營的前提下進行改擴建施工；施工過程中必須確保建筑設(shè)施和設(shè)備管線有效銜接、施工過程快進快出、盡量少的干擾站房運營和國鐵線路通行，并滿足現(xiàn)行節(jié)能環(huán)保要求。通過采用BIM技術(shù)對管線銜接施工方案進行模擬，不僅能夠在施工前發(fā)現(xiàn)管線碰撞的問題，而且能夠通過優(yōu)化管線布置及施工順序，從而有效地避免施工過程中由于管線碰撞而導(dǎo)致的返工，合理的安排管線施工順序，加快管線施工的速度。

管線碰撞檢查及施工方案模擬的基礎(chǔ)是建立BIM模型，根據(jù)本工程的需求以及現(xiàn)有主要BIM建模軟件的特點，選擇Autodesk Revit進行管線信息模型的建立，包括空調(diào)暖通系統(tǒng)和消防噴淋系統(tǒng)。暖通系統(tǒng)模型圖如圖2所示，消防噴淋系統(tǒng)模型如圖3所示。

不同專業(yè)的模型由不同專業(yè)人員完成，碰撞分析之前需要整合專業(yè)模型，通過建立中心文件的方式在Revit軟件里面實現(xiàn)模型整合。整合后的模型如圖4所示。

3.2 南昌站管線碰撞檢查分析

工程施工過程中的碰撞涉及專業(yè)之間的碰撞、專業(yè)內(nèi)的碰撞以及針對單一對象的碰撞。根據(jù)研究目標南昌站管線模型碰撞檢查分析主要是針對施工過程中的硬碰撞問題展開，通過運行Revit軟件中的碰撞檢測功能，發(fā)現(xiàn)碰撞點并導(dǎo)出碰撞分析報告，在三維模型上逐一核對碰撞點并采取改進措施實現(xiàn)管綜優(yōu)化布置。

通過管線碰撞檢查分析，共檢測出碰撞點709個，碰撞問題描述709份報告。每份報告詳細地給出了碰撞點的編號、碰撞描述、碰撞模型大樣、對應(yīng)的二維碰撞圖紙位置、詳細的修改調(diào)整方法，為設(shè)計變更提供了良好的變更指導(dǎo)看板，為施工正常進行、施工質(zhì)量提供了有效保障。

單專業(yè)碰撞檢查以東站暖通系統(tǒng)為例，利用Revit中碰撞檢查功能，在選擇A框與選擇 B框中均選擇 MEP，即可運行測試。去掉碰撞結(jié)果中重復(fù)的碰撞點，并對碰撞部位進行審核，確定碰撞是否可以忽略。對于碰撞不能忽略的部位，要返回模型進行修改。

①空調(diào)回水管之間的碰撞示例，管線之間的碰撞點及優(yōu)化調(diào)整如圖5所示。

2空調(diào)回水管與風(fēng)管之間碰撞示例，空調(diào)回水管與風(fēng)管之間碰撞點及優(yōu)化調(diào)整如圖6所示。

3 消防噴淋與暖通碰撞實例，消防噴淋與暖通碰撞點及優(yōu)化調(diào)整（圖7）

④消防管線之間的碰撞示例，消防管線之間的碰撞點及優(yōu)化調(diào)整后如圖8所示。

3.3 南昌站管線銜接施工模擬

為了保證管線施工不干擾既有線運營，有效的縮減施工時間，合理利用空窗期進行施工，需要借助BIM技術(shù)在施工前對管線施工過程進行模擬，不斷對工期進行優(yōu)化，實現(xiàn)管線施工的進度目標。將南昌站的管線信息模型導(dǎo)入施工模擬軟件中，關(guān)聯(lián)進度計劃進行施工預(yù)演。

所謂4D模型是在3D模型的基礎(chǔ)上加載進度信息。本項目選用Fuzor軟件進行施工模擬，因此需要將revit軟件中建立的三維模型導(dǎo)入Fuzor軟件中，同時在軟件中輸入進度計劃，也可以通過Project2016或者P6軟件編制進度計劃，導(dǎo)出.xml格式進入Fuzor軟件中關(guān)聯(lián)模型上的構(gòu)件，從而進行施工預(yù)演。

優(yōu)化前的施工方案是按照順序施工，先完成出站層暖通管線的安裝鋪設(shè)及消防管線的鋪設(shè)，然后完成1層及2層的管線安裝，最后完成所有設(shè)備的安裝，工期為356天。

優(yōu)化后的方案是將整個站房劃分流水段，分出A、B、C三個區(qū)域，按照空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)的施工順序進行有效搭接施工，通過模擬計算出工期為140天，從而有效地節(jié)約了工期200多天。優(yōu)化前和優(yōu)化后的管線安裝模擬分別如圖9和圖10所示。

結(jié)論

針對既有站房的改擴建工程，由于場地條件復(fù)雜，旅客流量龐大，需要在不中斷運營的前提下，迅速進行新舊站房銜接施工，盡量少地干擾站房運營和國鐵線路通行。

本項目基于BIM技術(shù)的特點，將BIM4D模擬應(yīng)用于工程項目施工中，通過優(yōu)化管線布置及施工順序，有效地避免施工過程中由于管線碰撞而導(dǎo)致的返工，避免各專業(yè)的施工面沖突，顯著地縮短了施工周期，達到良好的應(yīng)用價值、經(jīng)濟價值和社會價值。

參考文獻

[1]趙志濤.BIM技術(shù)在工程項目管線綜合設(shè)計中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2015，42（4）：37-39.

[2]陳熹峰.關(guān)于BIM在地下室管線綜合應(yīng)用的探討[J].福建建材，2016（3）：34-36.

[3]張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012，41（16）：18-21.

[4]趙彬.基于BIM的4D虛擬建造技術(shù)在工程項目進度管理中的應(yīng)用[J].建筑經(jīng)濟，2011（9）：93-95.