BIM技術在鐵路工程建設中的應用研究

劉 顯 軍， 冉 鵬

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 成都 610036)

1 概 述

BIM(即建筑信息化模型Building Information Modeling)是利用數字模型對項目進行設計、施工、運營管理的過程，其包括項目所有的幾何、物理、功能和性能信息。項目的參建各方在項目管理過程中可以基于同一模型，在設計、施工、運營的全生命周期實現信息共享和無損傳遞，以提高工程建設的質量和效率，節(jié)約項目成本，提升其決策能力和管理能力。

目前，BIM的應用在歐美發(fā)達國家正在迅速推進，如美國已推出國家BIM標準，規(guī)定房屋的建筑設計必須應用BIM技術，推行集成項目交付IPD管理模式。目前比較成熟的BIM軟件有Autodesk公司的Revit，Bentley公司的Microstation TriFoma， Graphisoft公司的ArchiCAD，這些軟件都是以數字化的建筑實體和構件作為設計元素，并能自動計算和反映這些元素之間的功能聯(lián)系和空間關系，為設計師想象力的發(fā)揮提供了極大的空間[1]。

在國內，基于BIM技術的建筑設計、節(jié)能設計、施工優(yōu)化、進度管理、施工安全分析、成本預測等建筑工程軟件已經有了較深入的研究。在工民建、地鐵、機場、水電及工業(yè)制造等領域BIM技術均得到了廣泛的推廣與應用[2]。

2 BIM技術在鐵路領域的應用現狀

2.1 起步晚、要求高

與工民建、地鐵及工業(yè)制造等行業(yè)相比，在鐵路行業(yè)中BIM技術的推廣應用起步較晚，中國鐵路總公司在2013年5月才專題組織討論了BIM技術在鐵路工程建設項目中的應用目標和工作部署，標志著BIM技術在鐵路行業(yè)的應用正式啟動。隨著我國高鐵建設進入高速發(fā)展階段，一大批鐵路項目開工建設，對鐵路工程的技術、質量及工期要求越來越高，各參建單位及運營單位要想進一步“提質增效”其難度越來越大。

2.2 專業(yè)交叉多，信息交換頻繁

鐵路建設項目是一個錯綜復雜的系統(tǒng)工程，需要各階段相互銜接、各專業(yè)協(xié)同設計。目前，在鐵路建設中基本上都是采用平面設計，以技術交底或設計交底會議的方式傳遞圖紙的設計情況及技術要求。在信息溝通、資源調配、進度控制、安全質量管理、標準化要求等方面統(tǒng)一性不強，效率低下；各部門、專業(yè)間信息溝通不及時、不順暢；設計意圖的表達和理解不明確、不完整;設計及施工成果對于鐵路運營、維護和管理的服務效果不明顯。鑒于現代高速鐵路的技術要求更加復雜，設計及施工周期較短，在鐵路建設的各階段需要較多的人員頻繁交換信息。

3 BIM技術在鐵路建設項目管理中的應用

3.1 設計階段的應用

(1)工程量計算及概算分析。目前，各設計單位的設計概預算編制工作是由員工進行工程量計算并編制預算，但隨著項目規(guī)模的不斷擴大、復雜程度的不斷提高，且工程量計算是一項即復雜、又繁瑣的工作，經常會有“差錯漏碰”的現象發(fā)生。而在BIM模型中含有工程量計算所需的全部信息，可以通過編程的方式很方便地完成工程量的計算并生成既有概算軟件需要的數據，自動完成概預算的編制工作，可以大幅度提高工作效率，有效避免錯誤的發(fā)生。

(2)設計圖紙的碰撞檢查。目前，設計院各專冊都是獨立完成相關的工作，隨著鐵路建設項目工程規(guī)模和復雜程度不斷提高，使得在建設管理中的接口管理工作變成了一項即重要又繁瑣的工作，經常會發(fā)生各種構造物、管線和設備的碰撞問題，甚至會發(fā)生廢棄工程及返工的現象。而在BIM模型中含有構筑物的幾何及空間信息，可以方便地檢查出各種構造物、設備、管線的空間位置關系，從而有效地避免碰撞的發(fā)生、降低工程成本、加快施工進度。該應用在施工階段同樣適用。在施工圖審查期間，可以提前精確地發(fā)現圖紙中存在的問題，提前進行應對處理，確保施工過程順暢。

(3)施工圖紙自動生成。BIM模型是可視化的立體模型，包含構筑物的幾何及空間信息，可以方便地將立體模型轉化為工程實施所需的平面、立面、剖面等各種視圖和詳圖。將設計人員從繁重的繪圖工作中解脫出來，把設計的重點從繪圖轉向設計方案研究及各專業(yè)的協(xié)同工作，進而有效地提高工作效率，避免錯誤的發(fā)生。

(4)優(yōu)化設計方案。鐵路建設項目的規(guī)模十分龐大，設計方案的選擇直接決定著工程的投資和實施進度。通過BIM技術，可以方便地實現工程投資計算、模擬施工等工作，可以方便地進行各種設計方案的比選，從而使設計方案更加合理，節(jié)約工程投資。該項技術的應用在施工階段同樣適用，可以在施工圖審查時進一步精準地發(fā)現問題，提前進行設計變更，確保工程順暢進行。

3.2 施工階段的應用

(1)可視化的技術交底。BIM的第一項應用即為可視化的技術交底，其可由傳統(tǒng)的平面圖通過各種3D制圖軟件轉換為3D模型，通過3D模型，在BIM模型中加入時間數據，可以方便地實現虛擬建造功能，使參建人員更好地了解不同實施階段構筑物的情況并實現可視化的技術交底，通過可視化的三維技術交底，可以使工程技術人員和施工人員更好地了解設計意圖、施工節(jié)點的工藝工法、質量標準、安全注意事項等，真正地將技術交底工作落到實處，提高工程質量、加快施工進度、保證施工安全。

(2)形象的施工進度管理。將BIM與施工進度計劃關聯(lián)，以動態(tài)的三維模式模擬整個施工過程與施工現場，將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D(3D+Time)模型中，可以直觀、精確地反映整個項目的施工過程，對施工進度、資源和質量進行統(tǒng)一管理和控制[3]。

BIM模型中不僅包含構筑物中的三維信息，還包含構筑物的建造時間信息，它具備虛擬建造的功能。BIM技術在進度管理中主要可以完成兩項重要工作：一是實施施工組織設計的優(yōu)化，二是施工進度的動態(tài)跟蹤管理。利用BIM技術的虛擬建造功能，可以方便地比較各種施工組織方案的優(yōu)缺點，可以在特定資源配置下實現對工期的合理優(yōu)化；可以在特定工期要求的情況下合理安排各項工程的實施順序，優(yōu)化資源配置，節(jié)約工程投資。在工程實施過程中，利用BIM技術可以方便地生成施工組織設計的橫道圖和網絡圖，降低工程技術人員的勞動強度，可以將工程實際的實施進度信息錄入BIM模型，通過軟件分析實際實施的進度與計劃進度之間的差異，及時發(fā)現工程實施中的進度問題，并可以隨時調整后續(xù)施工組織設計，保證工程按要求完成。

利用BIM項目管理軟件對項目進行可建性模擬，按月、日、時進行施工方案的分析優(yōu)化，方便項目管理單位了解整個施工環(huán)節(jié)的時間節(jié)點和工序，清晰掌握施工中的難點和要點，進而提高施工效率和施工方案的安全性與合理性。

(3)提示并跟蹤安全質量消號管理。鐵路建設項目復雜程度高，質量管控難度大，安全管理風險大，其安全質量管理是一項重中之重的工作，通過在BIM模型中加入安全質量風險及安全質量管理信息，結合BIM技術的進度模擬功能，通過手機APP及公眾號的便捷提醒和展示，可以實現其在工程實施過程中的動態(tài)提示安全質量風險，定人定時進行整改并動態(tài)反饋；以確保工程安全質量滿足要求。

(4)便捷地對上即對業(yè)主單位結算(以季度為周期)。目前鐵路工程對上結算大都按照季度進行驗工計量。施工過程中對上一季度的工程量計算相對繁瑣，時常出現超計、漏記等現象，而BIM模型中含有工程量計算所需的全部信息，可以通過編程結合進度形象狀況很方便地完成工程量的計算并生成單價數據，自動完成結算數據的編制工作，進而提高工作效率。

(5)快速地完成對勞務班組的驗工結算。按照鐵路總公司架子隊管理模式的要求，各鐵路施工單位內部(或承包單位)結算基本上都是按照月度對各勞務班組進行結算，因鐵路線路較長、施工周期較短，每個施工單位下屬的勞務班組數量較多，少則幾十個，多則上百家勞務班組，每月的驗工計量工作極其繁瑣。一般都是由施工單位工程部的幾個專業(yè)工程師進行現場核查計算，時常會出現超結算和漏計現象，而且結算周期較長，稍不注意就將發(fā)生因結算不及時而影響工人工資發(fā)放的情況。而BIM模型中含有工程量計算所需的全部信息，可以通過編程并結合各工點的當月進度情況很方便地完成當月各勞務班組完成工程量的計算并生成合同單價，自動計算各勞務班組當月的結算金額，可以大幅度提高工作效率，有效避免錯誤的發(fā)生。

(6)整合資源配置，控制施工成本。隨著項目規(guī)模的不斷擴大，成本管理工作極其重要，BIM模型中包含構筑物的所有屬性信息，可以方便地進行各種工程材料的統(tǒng)計和分析，從而為工程設備和材料的集中采購提供重要的技術支撐，通過材料和設備的批量采購，可以有效地降低采購成本。BIM具有龐大的虛擬建造功能，可以方便地計算人員、機械、材料及相關設施的配置方案，并可以根據實施進度動態(tài)地調整各種資源的合理配置數量和時間，通過對資源配置的精細化管理，可以有效地避免施工資源浪費，降低施工成本。同時，利用BIM技術可以實現對工程工藝工法的優(yōu)化、可以比較各種工藝工法的資源投入并進行自動優(yōu)化，達到降低施工成本的目的。

(7)實時的大數據集成，為管理者提供決策依據。鐵路項目實施中產生的信息量十分龐大，如何較好地利用各種信息實現資源共享是一項重要的工作。在常規(guī)管理中，項目實施階段的信息掌握在不同的參與人員手中，信息的溝通共享水平較低，大家各自的工作計劃無法動態(tài)地有機整合。而利用BIM技術，可以通過設置接口，對不同監(jiān)測單位或個人在施工中的實時數據及時地通過網絡傳入到BIM模型，可以方便地將各種建設信息集成到建筑模型中，使參建各方充分地實現資源共享。例如，將隧道施工中的超前地質預報和監(jiān)控量測數據接入隧道工點內，將連續(xù)梁施工中的預壓數據、線形監(jiān)控數據、鋪軌與鋼管拱平行作業(yè)監(jiān)測數據等接入到相應的橋梁工點等，均可以為管理者對下一步發(fā)出施工安排和安全質量管控要求等指令提供依據[4]。

4 BIM技術在建設管理周期內的應用

BIM技術在建設單位建設周期內的應用主要體現在安全、質量和進度管理等方面。建設單位利用BIM技術進行進度管理工作，側重于指導施工組織設計的優(yōu)化與動態(tài)管理，建設單位通過對指導性施工組織設計的優(yōu)化與動態(tài)管理，可以有效地控制工程進度節(jié)奏和投資安排。同時，利用BIM技術進行安全質量管理，可以突出安全質量管理工作的重點，提高工作效率，并為今后類似工程的運營管理提供重要的數據支撐[5]。

5 結 語

建筑信息模型(BIM)是一個完備的信息模型，通過其在鐵路建設行業(yè)中的應用，以包含多層信息的三維模型為基礎，將工程項目在各個不同階段(設計、施工、運營)的工程信息、施工過程和資源集成在一個模型中，將傳統(tǒng)枯燥的文字、數據及平面進度轉化為更形像、更方便的模型，通過三維數字技術模擬建筑物所具有的真實信息，為工程設計和施工提供相互協(xié)調、內部一致的信息模型，使該模型達到設計和施工管理的一體化，通過模型與相關人員的信息交流實現協(xié)同統(tǒng)一，各專業(yè)協(xié)同工作，將大幅節(jié)約項目投入，降低工程成本，同時可實現多專業(yè)、多單位項目信息的一致性，進而達到加快項目進度，提高工程質量，推動鐵路行業(yè)更加穩(wěn)步向前發(fā)展的目的。BIM技術是鐵路建設管理的方向，是提高鐵路建設管理水平的重要手段，必將在今后的鐵路建設管理中發(fā)揮重要的作用。