基于BIM的既有鐵路聲屏障EPC項目全過程應用

王冠柏

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司 環(huán)境與設備設計院，陜西 西安 710043）

BIM技術是一種應用于工程設計、施工、管理的數(shù)據(jù)化工具，可通過對項目相關信息的數(shù)字化表達，在項目策劃、運行和維護的全生命周期中進行數(shù)據(jù)共享和傳遞，為各方提供協(xié)同工作平臺，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)省成本和縮短工期方面發(fā)揮著重要作用［1-2］。BIM技術具有可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可優(yōu)化、可出圖、開放和交互性等技術特點［3-5］，已廣泛應用于建筑行業(yè)，在鐵路行業(yè)也有較多應用研究。基于BIM的鐵路工程管理成為全新的發(fā)展模式，有效地推動了鐵路工程的信息化建設［6-7］。

目前，鐵路行業(yè)的BIM技術應用研究在多領域取得突破，初步建立了鐵路BIM標準體系框架，主要集中在線路、橋梁、隧道、路基、車站、四電等專業(yè)領域［8-12］，但在鐵路聲屏障項目中的應用和研究較少，尤其是既有鐵路增設聲屏障項目的應用仍處于探索階段。

結(jié)合BIM技術特點，針對既有鐵路聲屏障EPC項目全過程應用進行研究。通過分析BIM技術在EPC項目中的適應性，探索基于BIM的聲屏障EPC項目在設計、采購、施工以及項目總承包管理中的應用模式，并對其效益進行綜合評估，以此創(chuàng)建基于BIM技術的既有鐵路聲屏障EPC項目的信息化管理運行模式，實現(xiàn)信息集成管理，節(jié)省成本，推動既有鐵路聲屏障EPC項目的順利實施。

1 適應性分析

EPC是指按照合同約定，對工程建設項目的設計、采購、施工、試運行等實行全過程或若干階段的承包。EPC模式可有效地將工程設計、施工和管理等納入一體化進行統(tǒng)籌考慮，進而提升施工效率、縮短工期、降低施工成本，逐漸成為建設市場發(fā)展的必然趨勢和客觀需求［13-14］。然而，傳統(tǒng)的EPC總承包管理模式存在設計、采購與施工各方互不統(tǒng)屬、各自為政的問題［15］，各參建方之間沒有建立起有效的溝通機制，僅靠業(yè)主方居中調(diào)度，相互之間信息共享不全面、溝通不及時、信息傳遞時間長、對業(yè)主方項目管理水平要求高等問題，造成項目管理水平低、項目工期和質(zhì)量無法得到有效保障。因此，在實際操作過程中對EPC模式管理的執(zhí)行流于表面，違背了EPC模式發(fā)展的初衷。

BIM技術的核心是信息，該技術具有面向設計、采購、施工和管理各方構建協(xié)同管理平臺的便捷性，以及信息智能化處理、傳遞、共享的可操作性，可針對性地完善EPC模式的不足，提升管理效率、節(jié)省成本［16-17］。

1.1 設計階段

目前，EPC項目主要采用傳統(tǒng)設計模式，各專業(yè)之間溝通不流暢、設計資料精度不足，造成各專業(yè)接口存在“差、錯、漏、碰”等問題，且由于設計圖紙的局限性和審核人員的經(jīng)驗欠缺，若未在圖紙會審階段及時找出問題，可能造成不必要的施工反復和進度滯后。設計資料通常以CAD為主，成果較扁平化，多數(shù)圖紙未能將設計參數(shù)具化，造成采購和施工階段無法精準消化設計信息，各方掌握的信息出現(xiàn)偏差和斷層，致使工程存在質(zhì)量和安全隱患。

結(jié)合項目的施工特點和要求，設計方通過建立BIM模型，從設計初始階段開始對項目進行參數(shù)化設計，整合各專業(yè)參數(shù)模型，實現(xiàn)專業(yè)間的接口碰撞檢測并進行優(yōu)化設計，從源頭避免設計偏差。BIM模型建立后，對設計成果進行實景展示，實現(xiàn)可視化表達。另外，以BIM模型為基礎，實現(xiàn)設計單元工程量的統(tǒng)計和一鍵輸出，極大提高了設計效率和準確率。根據(jù)輸出的工程量清單，制定合理的物資采購和分配計劃，實現(xiàn)設計與采購階段的信息傳遞，保證設計與采購信息的一致性。

1.2 采購階段

EPC項目的物資采購一般基于設計方提供的工程量清單，但傳統(tǒng)的設計資料不能提供精準的材料信息數(shù)量，采購方須根據(jù)施工圖紙及現(xiàn)場需求重新計算采購物資的工程量，難免出現(xiàn)計算誤差，無法實現(xiàn)采購精準化，與設計階段不能有效銜接。

創(chuàng)建豐富完整的BIM構件庫，對構件進行信息屬性設置，可實現(xiàn)工程量的精準化輸出。利用BIM技術優(yōu)勢，將EPC項目的采購與設計協(xié)同進行，在提高工程量準確性的同時，還可關聯(lián)施工計劃，實現(xiàn)三者聯(lián)動，進而根據(jù)物資采購計劃合理安排施工進度，提高資金利用率。另外，BIM技術應用于EPC項目的物資招標采購，招標人可根據(jù)BIM模型進行更精確的工程量計算，明確設備的規(guī)格要求和數(shù)量，提高招標工程量清單和控制價的準確性。

1.3 施工階段

在以項目經(jīng)理制為主的管理模式中，施工質(zhì)量、成本、進度、安全等沒有形成有效的管理體系，項目信息無法共享，導致施工效率降低。而常規(guī)的設計圖紙缺乏直觀性，易造成實際施工與設計要求有所偏差。

利用BIM技術，將“可視化技術交底”貫穿于整個施工過程，化“抽象”為“具體”，減少施工人員的理解偏差，降低施工誤差率。同時，利用BIM技術的“模擬性”和“優(yōu)化性”，確定合理的施工方案指導施工。將施工質(zhì)量、成本控制、進度計劃、安全保障等與項目的BIM模型進行關聯(lián)，形成動態(tài)控制和協(xié)同管理體系，提升施工質(zhì)量和施工效率。

2 BIM應用

2.1 設計階段

2.1.1 軟件配置

既有鐵路聲屏障項目的現(xiàn)場地形條件、鐵路及其附屬設施的運營參數(shù)是既定的，可根據(jù)現(xiàn)場實際參數(shù)進行聲屏障BIM設計。BIM軟件的類型和功能各有不同，不同的軟件配置方式所呈現(xiàn)的設計效果也不同。結(jié)合中鐵第一勘察設計院集團有限公司的鐵路聲屏障BIM設計經(jīng)驗，提出既有鐵路聲屏障EPC項目的BIM軟件配置建議（見表1）。

表1 既有鐵路聲屏障EPC項目BIM軟件配置

2.1.2 構件庫建立

在既有鐵路工程聲屏障BIM設計中，基于MicroStation CONNECT Edition建立聲屏障構件庫。主要構件包括：金屬聲屏障單元板、H型鋼立柱、樁基礎、鋼筋混凝土底梁、螺栓、螺母等（見圖1）。

圖1 聲屏障主要構件

完成聲屏障構件庫的建立后，根據(jù)鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布的團體標準T/CRBIM 002—2014《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》［18］對構件進行屬性信息設置，主要包括：規(guī)格、材質(zhì)、高度、厚度、面積度、計權隔聲量、使用年限、性能指標、定位信息等。

2.1.3 BIM建模

首先，確定聲屏障設置原則，形成工點勘測資料，主要包括：工點勘測報告、聲屏障平面布置圖、聲屏障結(jié)構橫、縱斷面圖；然后將創(chuàng)建的聲屏障構件置于ProjectWise協(xié)同管理平臺進行模型安裝，并與現(xiàn)場地形數(shù)據(jù)模型、既有鐵路線路模型進行模型總裝整合；同時，通過Navigator檢測是否有接口碰撞，最終完成聲屏障BIM建模。模型生成后，可進行聲屏障工程數(shù)量提取、施工圖紙輸出以及模型實景展示等。聲屏障BIM設計流程見圖2。

圖2 聲屏障BIM設計流程

2.1.4 實景展示

傾斜攝影技術通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更完整、準確的信息，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的可視化［19-20］。隨著傾斜攝影技術不斷進步，實景建模技術也快速發(fā)展。既有鐵路聲屏障的BIM模型實景展示利用傾斜攝影技術采集的影像數(shù)據(jù)，基于CityMaker呈現(xiàn)聲屏障實施現(xiàn)場的三維場景，直觀反映區(qū)域地理空間信息，同時在平臺上對模型進行渲染，真實還原項目實施區(qū)域的地形地物現(xiàn)狀信息［21］。

2.2 采購階段

2.2.1 動態(tài)化管理

根據(jù)BIM模型提取的工程量清單，通過ProjectWise關聯(lián)聲屏障設計優(yōu)化工程數(shù)量和施工過程中的人力、材料和機械的使用情況，構建聲屏障物資動態(tài)化采購管理的BIM模型，通過對比進度計劃與實際施工情況的偏差，達到實時調(diào)整物資采購計劃和材料進場計劃的目的。采購動態(tài)化管理BIM模型的建立和應用流程見圖3。

圖3 采購動態(tài)化管理BIM模型的建立和應用流程

2.2.2 供應商選擇及材料驗收

根據(jù)以往合作的供應商情況，創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的供應商數(shù)據(jù)庫，對供應商提供的材料質(zhì)量、價格、效能以及供應商信用等參數(shù)進行評價并設置相關屬性。通過對BIM數(shù)據(jù)庫中的供應商進行綜合對比分析，嚴格篩選符合條件的聲屏障材料供應商，確保采購物資與設計的一致性，保證施工質(zhì)量。在施工過程中，對選用合格的聲屏障材料進行出庫、入庫、進場單據(jù)等信息登記，并對其進行過程驗收和記錄，實現(xiàn)“有跡可循”，保證竣工階段施工過程數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。供應商數(shù)據(jù)庫BIM模型的建立和應用流程見圖4。

圖4 供應商數(shù)據(jù)庫BIM模型的建立和應用流程

2.3 施工階段

2.3.1 場地布置

根據(jù)既有鐵路聲屏障現(xiàn)場實施條件，利用傾斜攝影技術采集施工現(xiàn)場的影像數(shù)據(jù)，基于CityMaker構建三維場景，再結(jié)合施工人員、材料以及設備的數(shù)量實現(xiàn)施工場地的三維場景布置，利用BIM模型的虛擬施工，不斷調(diào)整和優(yōu)化施工場地的布置，提高施工現(xiàn)場運行效率。施工場地BIM模型的建立和應用流程見圖5。

圖5 施工場地BIM模型的建立和應用流程

2.3.2 施工模擬、可視化技術交底

既有鐵路聲屏障工程因臨近營業(yè)線施工，現(xiàn)場實施條件復雜，安全措施要求極高。通過ProjectWise關聯(lián)列車運行的三維模型和數(shù)據(jù)，模擬聲屏障人工挖孔樁、底梁及樁基混凝土澆筑、鋼立柱以及金屬單元板安裝等工藝過程，通過與列車運行模型的碰撞，優(yōu)化施工組織、保證鐵路運營安全。為了確保精準施工，針對H型鋼立柱與基礎梁預埋螺栓連接、聲屏障單元板安裝等重要工藝環(huán)節(jié)，在施工前進行可視化技術交底，使施工人員直觀地掌握施工要點、減少理解偏差、降低施工誤差率。

2.3.3 管理平臺應用

基于ProjectWise，在施工階段分別建立質(zhì)量、進度、安全、成本、物資、資料等要素的BIM模型，在模型中設置各要素計劃完成目標，然后在施工過程中由各職能部門實時上傳更新施工數(shù)據(jù)，隨時掌握各要素偏差動態(tài)對比。通過大數(shù)據(jù)分析，平臺定時自動對產(chǎn)生偏差的要素進行標識并發(fā)出提醒，以便項目管理人員隨時掌握施工動態(tài)并及時糾偏，提高了施工管理的有效性和科學性。施工管理BIM模型的建立和應用流程見圖6。

圖6 施工管理BIM模型的建立和應用流程

2.4 項目總承包管理

基于BIM模型的聲屏障EPC總承包管理是對設計、采購和施工各階段全過程的信息進行集成處理，實現(xiàn)基于協(xié)同平臺的大數(shù)據(jù)整合和共享［21］。首先，在聲屏障總承包項目起始策劃階段創(chuàng)建資料、質(zhì)量、成本、進度、安全、物資等管理要素的BIM模型，構建模型信息的管理流程框架，并對相關信息進行參數(shù)設定；然后，由項目實施各方按時間對管理過程中產(chǎn)生的過程信息進行創(chuàng)建并存儲，并對信息進行分類管理，基于Project-Wise的互相關聯(lián)以及大數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)各類管理信息的交互協(xié)同和共享。對創(chuàng)建的信息進行動態(tài)管理和分析，及時糾偏。最終的聲屏障EPC總承包BIM模型不僅包含聲屏障各構件的材料規(guī)格、物理及空間三維信息，還包括從設計至采購至施工至竣工的全過程管理信息，實現(xiàn)了信息的高效集成和交互協(xié)同，提高了項目管理效率。

3 效益評估

3.1 經(jīng)濟效益

（1）設計階段：既有鐵路聲屏障設計通過應用BIM技術可有效避免“差、錯、漏、碰”等設計問題，同時利用三維實景展示，優(yōu)化設計方案、提高設計精度、減少施工變更，經(jīng)濟效益明顯。

（2）采購階段：通過應用BIM技術實現(xiàn)工程量清單的精準統(tǒng)計和物資采購的動態(tài)控制，節(jié)省成本。通過建立聲屏障供應商數(shù)據(jù)庫BIM模型，降低合同執(zhí)行風險，經(jīng)濟效益顯著。

（3）施工階段：通過應用BIM技術實現(xiàn)聲屏障施工場地的優(yōu)化布置、施工模擬、可視化技術交底和施工信息化管理，保證既有鐵路聲屏障的安全、精準施工，降低施工誤差率和返工率，經(jīng)濟效益明顯。

3.2 社會效益

（1）基于BIM技術的聲屏障EPC項目，實現(xiàn)設計、采購及施工全過程的信息化管理，節(jié)省成本、降低資源浪費、提升施工質(zhì)量、保障既有鐵路運營安全。

（2）聲屏障EPC總承包BIM模型的構建，包含項目實施全過程的管理信息，具有“完整性”和“可追溯性”，隨著竣工BIM模型的交付，為鐵路設備管理單位的運維和資產(chǎn)管控提供了便捷。

（3）通過基于BIM技術的聲屏障EPC項目的實施應用，為實施各方積累BIM技術應用和管理經(jīng)驗，提升了企業(yè)競爭力。

4 結(jié)論

結(jié)合BIM技術特點，針對性地對既有鐵路聲屏障EPC項目全過程的應用進行探究。通過分析傳統(tǒng)EPC模式在設計、采購、施工方面存在的問題，研究BIM技術在EPC項目設計、采購和施工階段中的應用情景，創(chuàng)建了基于BIM技術的既有鐵路聲屏障EPC項目的信息化管理模式，研究結(jié)論如下：基于BIM技術的聲屏障EPC項目在設計、采購和施工階段的應用模式，采用BIM技術可實現(xiàn)聲屏障模型屬性信息添加、工程量統(tǒng)計、碰撞檢測、實景展示、物資采購動態(tài)化管理、材料供應商選擇、材料驗收跟蹤管理、施工場地布置、施工模擬、可視化技術交底和施工管理平臺信息化等應用；通過對項目全過程的信息進行集成管理，可實現(xiàn)基于協(xié)同平臺的大數(shù)據(jù)整合和共享。基于BIM的既有鐵路聲屏障EPC項目全過程應用具有一定經(jīng)濟和社會效益，建議將既有鐵路聲屏障EPC模式與BIM技術的融合進行推廣。