智能建造在魯南高鐵菏澤至曲阜段四電及接口工程中的研究應(yīng)用

齊躍鵬

一、項(xiàng)目研究概況

（一）研究背景

魯南高速鐵路菏澤至曲阜段（以下簡(jiǎn)稱菏曲段），位于山東省西南部西部經(jīng)濟(jì)隆起帶的臨棗濟(jì)菏發(fā)展軸，西起菏澤，東向濟(jì)寧，全線新設(shè)曲阜南站、兗州南站、濟(jì)寧北站、嘉祥北站、巨野北站、菏澤東站6個(gè)車(chē)站。正線設(shè)計(jì)里程全長(zhǎng)160.75km，設(shè)計(jì)行車(chē)速度350km/h，采用CTCS-3列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)。

菏曲段建設(shè)之初，在國(guó)鐵集團(tuán)關(guān)于工程質(zhì)量管理、技術(shù)交底管理等多個(gè)方面倡導(dǎo)利用BIM技術(shù)的精神引領(lǐng)下，為充分提升魯南高鐵菏澤至曲阜段項(xiàng)目信息化管理水平，同時(shí)應(yīng)用BIM技術(shù)助力打造魯南高鐵精品綠色工程，指揮部在項(xiàng)目建設(shè)中大力推進(jìn)信息化平臺(tái)建設(shè)并在站前、四電、站房全專業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)輔助建設(shè)管理，尤其是站前預(yù)留四電接口工程中大力應(yīng)用BIM技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、可視化交底等手段，增強(qiáng)各參建方的溝通效率，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)整合，實(shí)現(xiàn)接口工程精細(xì)化管理的應(yīng)用目標(biāo)。

（二）研究方式

BIM信息化技術(shù)從組織協(xié)同、目標(biāo)協(xié)同、全過(guò)程協(xié)同三方面進(jìn)行優(yōu)化配置各類資源，將鐵路工程建設(shè)管理實(shí)踐與集成化管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鐵路工程建設(shè)的整體效益。進(jìn)而提升組織內(nèi)部協(xié)同效率、達(dá)成總體目標(biāo)與局部目標(biāo)的協(xié)同、提高各參建方的工作效率，推動(dòng)智能鐵路的建設(shè)，為鐵路建設(shè)提供現(xiàn)代化管理手段，實(shí)現(xiàn)全生命周期精細(xì)化管理。

二、BIM技術(shù)應(yīng)用研究

（一） BIM導(dǎo)則規(guī)劃及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建

魯南高鐵菏曲段項(xiàng)目中，同時(shí)存在體量大、地形地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、跨既有線工點(diǎn)多、涉及專業(yè)多、參建單位多、施工組織協(xié)調(diào)難度大、技術(shù)要求高等諸多重難點(diǎn)。

在其建設(shè)管理過(guò)程中，為適應(yīng)項(xiàng)目一體化戰(zhàn)略發(fā)展要求，提升項(xiàng)目管理信息化水平及BIM應(yīng)用水平，同時(shí)為約定各參建方在各實(shí)施階段的工作職責(zé)劃分，指揮部編制了魯南高鐵菏曲段BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施導(dǎo)則、模型創(chuàng)建與交付標(biāo)準(zhǔn)、模型應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、模型構(gòu)件創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)、模型構(gòu)件分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)等，以保障魯南高鐵工程BIM技術(shù)應(yīng)用的順利進(jìn)行。

（二）設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用

1.專業(yè)接口間的碰撞優(yōu)化

傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)是基于CAD軟件的二維平面形式。隨著高鐵建設(shè)技術(shù)水平、要求迅猛發(fā)展提升，二維平面承載的信息量漸漸無(wú)法滿足目前大數(shù)據(jù)融合、信息綜合應(yīng)用的趨勢(shì)。且由于各專業(yè)圖紙是分專業(yè)出具，亦是分屬不同設(shè)計(jì)師繪制，不可避免存在不同專業(yè)之間的碰撞。

利用BIM技術(shù)，將各專業(yè)圖紙進(jìn)行三位化同時(shí)進(jìn)行模型融合、圖紙碰撞，在進(jìn)行全專業(yè)模型整合過(guò)程中，能及時(shí)暴露圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過(guò)程中的部分專業(yè)接口問(wèn)題。如圖1所示。

2.方案三維可視化分析

項(xiàng)目基于BIM技術(shù)的可視化特性及可模擬特性，對(duì)建設(shè)過(guò)程中的施工方案進(jìn)行三維可視化分析，增強(qiáng)各參建方協(xié)調(diào)溝通效率。例如在本項(xiàng)目四電工程建設(shè)中，通過(guò)BIM技術(shù)提前進(jìn)行了曲阜南、兗州南、小北山線路所等道岔梁設(shè)轉(zhuǎn)轍機(jī)處進(jìn)行加寬的方案模擬，結(jié)合建設(shè)、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提出了更為優(yōu)化的方案，同時(shí)基于BIM進(jìn)行了三維可視化方案比選分析，最終選擇了優(yōu)化后方案。如圖2所示。

3.設(shè)計(jì)深化

基于 BIM 模型結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，在施工前對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的方案進(jìn)行模擬，對(duì)其多種可能性通過(guò)模型進(jìn)行仿真模擬并自動(dòng)優(yōu)選，可有效減少返工。BIM引進(jìn)鐵路四電專業(yè)最大優(yōu)勢(shì)就是可以提前優(yōu)化電纜路由和敷設(shè)順序后，實(shí)現(xiàn)電纜一次布放整齊、平順無(wú)交叉。將對(duì)縮短工期和成本節(jié)約提供有力技術(shù)支撐。

（三） 施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

1.BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用

高速鐵路四電工程和傳統(tǒng)建筑工程存在著明顯的差異：一方面，四電工程在建設(shè)過(guò)程中表現(xiàn)出了比較明顯的線狀、跨度大和工程點(diǎn)復(fù)雜的特點(diǎn)；另一方面，BIM技術(shù)在三維信息模型的大尺度表達(dá)、一致性分析和管理方面存在著明顯的不足。在高速鐵路工程的信息化建設(shè)中，可引入以空間分析和空間數(shù)據(jù)庫(kù)以及三維可視化為核心的GIS技術(shù)。

2.三維設(shè)計(jì)交底

利用BIM可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，制作重難點(diǎn)工程的三維技術(shù)交底，能夠形象的展示施工細(xì)節(jié)、施工工藝以及施工效果。例如通過(guò)BIM 技術(shù)做出電纜敷設(shè)的三維交底方案，第一，還原了真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)，各專業(yè)整合，有效避免各專業(yè)的相互干擾；第二，最優(yōu)路徑在三維效果中一目了然；第三，電纜的優(yōu)化方案，更加準(zhǔn)確的反應(yīng)真實(shí)的工程用量。

（四） 運(yùn)維階段BIM技術(shù)應(yīng)用

設(shè)備管理在鐵路四電在運(yùn)維階段的占很大比例。設(shè)備履歷表包含設(shè)備全生命周期的信息?；?BIM 的運(yùn)維管理，是根據(jù)運(yùn)維需求段承接設(shè)計(jì)、施工階段的信息，增加工程階段的設(shè)備信息和運(yùn)維計(jì)劃等其他相關(guān)信息，結(jié)合二維圖紙和 BIM 模型，可直觀查看鐵路四電設(shè)備分布情況及隱蔽工程，能快速定位，為設(shè)備查詢提供了極大的便利，實(shí)現(xiàn)了信息化運(yùn)維，提高運(yùn)維智能化。

三、總結(jié)

在魯南高速鐵路菏澤至曲阜段四電及接口工程建設(shè)管理的BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，探索出了適用于高速鐵路全生命周期的技術(shù)路線。通過(guò)設(shè)計(jì)深化、三維可視化方案比選等手段解決各專業(yè)協(xié)同問(wèn)題、增強(qiáng)各參建方溝通效率；同時(shí)通過(guò)BIM和GIS的結(jié)合實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、一體化管理；利用虛擬仿真技術(shù)提前對(duì)施工過(guò)程和進(jìn)度進(jìn)行模擬，提前預(yù)測(cè)施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，有針對(duì)性地對(duì)四電工程的模型和施工計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，提高了高鐵建設(shè)技術(shù)支撐。

BIM技術(shù)在魯南高速鐵路菏澤到曲阜段四電工程的深度應(yīng)用探索了高速鐵路四電工程建設(shè)管理的新模式，達(dá)到了提升設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高施工效率、縮短建設(shè)工期和節(jié)約工程投資、創(chuàng)新模式探索的BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)，助推BIM技術(shù)應(yīng)用在鐵路四電領(lǐng)域的發(fā)展。

作者單位：中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司魯南高鐵工程建設(shè)指揮部