BIM技術(shù)在北京豐臺站鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究

雷 娟 韓志超 楊國威 韓 羽

(1.北京構(gòu)力科技有限公司，北京 100013； 2.中信建設(shè)有限責(zé)任公司，北京 100027)

引言

隨著新技術(shù)的發(fā)展，通過信息化手段管理項(xiàng)目成為項(xiàng)目管理中的新趨勢，BIM技術(shù)的出現(xiàn)給項(xiàng)目管理帶來了管理模式變革。近年來，國家加大鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展力度，相繼出臺支持政策，推動鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)提速發(fā)展。

將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目管理中，通過構(gòu)件數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程驅(qū)動BIM模型的顯示方式，在管理平臺中展示設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工等不同階段鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管控重點(diǎn)內(nèi)容的可視化和精細(xì)化管理是一種新的嘗試應(yīng)用。通過集成BIM+GIS技術(shù)，搭建B/S端架構(gòu)體系的項(xiàng)目全生命期管理平臺。利用BIM輕量化服務(wù)處理Tekla、Revit等模型文件，轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)為信息化表單數(shù)據(jù)，解決了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖形信息、模型信息與鋼結(jié)構(gòu)管理平臺的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成問題，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)工程從設(shè)計(jì)、深化、加工、到運(yùn)輸、安裝、運(yùn)營的項(xiàng)目全生命期管理。通過打通項(xiàng)目不同階段的數(shù)據(jù)孤島問題，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息可追溯性和可維護(hù)性管理，提高鋼結(jié)構(gòu)工程科學(xué)管理水平。

1 工程概況

北京鐵路樞紐豐臺火車站改擴(kuò)建工程是國家重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于北京市豐臺區(qū)，坐落在西三環(huán)和西四環(huán)之間，是北京地區(qū)規(guī)劃“四主四輔”八個鐵路樞紐站中的重要站房。站房總建筑面積39.88 萬m2，站場規(guī)模設(shè)計(jì)為17臺32線。 豐臺站建筑造型采用平屋面帶柱廊形式，地上建筑設(shè)計(jì)為四層，地下三層，采用高架車場和普速車場雙層車場設(shè)計(jì)。豐臺站建成后將承擔(dān)京廣、京九、京原、京滬普速線，豐沙、京廣高鐵等線路始發(fā)終到作業(yè)，形成地面公交、道路交通、軌道、高鐵等交通設(shè)施融為一體的新型綜合交通樞紐[1]。

作為國家重點(diǎn)工程項(xiàng)目，把控整個建造過程、保證構(gòu)件的質(zhì)量安全、打造全過程的質(zhì)量保證體系是政府和總包方在管理過程中遇到的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。為了適應(yīng)客戶需求，中鐵建工集團(tuán)有限公司(以下簡稱中鐵建工)與北京構(gòu)力科技有限公司(以下簡稱構(gòu)力)一起打造了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化的BIM+GIS鋼結(jié)構(gòu)全生命期管理平臺，將信息化、BIM、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、移動應(yīng)用等技術(shù)融入其中，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的提質(zhì)增效、節(jié)約成本、縮短工期及數(shù)字化交付等項(xiàng)目管理目標(biāo)。該平臺于2019年11月正式上線使用，為豐臺站項(xiàng)目的順利建設(shè)保駕護(hù)航。

2 豐臺站鋼結(jié)構(gòu)全工程中的BIM應(yīng)用

豐臺站項(xiàng)目建設(shè)過程中面臨建設(shè)規(guī)模大、施工組織難、進(jìn)度要求緊、技術(shù)難點(diǎn)多等問題。采用傳統(tǒng)的施工作業(yè)及管理方式(二維藍(lán)圖交互、交底、審核)會造成如下問題：一是工作量巨大； 二是圖紙錯誤事前無法發(fā)現(xiàn)，造成返工，延誤工期，成本增加； 三是管理事務(wù)繁雜多變，無法尋找事務(wù)的規(guī)律性變化。鑒于傳統(tǒng)施工管理模式的不足和缺陷，豐臺站項(xiàng)目建設(shè)中采用了鋼結(jié)構(gòu)全生命期管理平臺管控項(xiàng)目。通過管理平臺自動拆分BIM設(shè)計(jì)模型為單個構(gòu)件BIM模型，并自動生成單個構(gòu)件設(shè)計(jì)圖紙和清單信息，實(shí)現(xiàn)BIM模型數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)的無縫對接，便于生產(chǎn)加工過程中的生產(chǎn)計(jì)劃制定和下料排版[2]。通過從項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)模型直接獲取生產(chǎn)構(gòu)件的構(gòu)件模型、構(gòu)件詳圖、零件圖等信息，直接指導(dǎo)構(gòu)件的生產(chǎn)與安裝[3]。通過生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、施工安裝數(shù)據(jù)與BIM模型的互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化。

2.1 BIM設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)展示應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)全生命期管理平臺實(shí)現(xiàn)選擇任意構(gòu)件，可瀏覽該構(gòu)件相關(guān)的設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)輸、安裝等不同階段的業(yè)務(wù)過程信息，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的全生命期的可視化和可追溯性管理[4]。

管理平臺以時間軸為主線，在項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上顯示構(gòu)件屬性信息和業(yè)務(wù)信息，構(gòu)件經(jīng)歷的不同階段信息通過分類信息頁在不同頁面展示。主頁面的BIM模型用顏色區(qū)分每個構(gòu)件在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)下的實(shí)際或計(jì)劃狀態(tài)，對于已經(jīng)完成的時間節(jié)點(diǎn)，可以查看該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的施工影像視頻，為項(xiàng)目管理者動態(tài)展現(xiàn)項(xiàng)目重點(diǎn)時間節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工信息，便于管理者及時掌控項(xiàng)目情況[5]。圖1為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)展示中的BIM應(yīng)用。

圖1 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)展示中的BIM應(yīng)用

2.2 數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)在BIM數(shù)據(jù)協(xié)同中的應(yīng)用

豐臺站工程體量大，鋼構(gòu)件加工工作由江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司(以下簡稱滬寧)和中國二十二冶金集團(tuán)有限公司(以下簡稱二十二冶)一起承擔(dān)鋼構(gòu)件加工任務(wù)。這兩家公司分別有自己的專業(yè)加工團(tuán)隊(duì)，有自己的加工過程管理軟件，也有自己專門的深化詳圖設(shè)計(jì)人員，深化模型由兩家公司詳圖設(shè)計(jì)人員分別制作完成。豐臺站鋼結(jié)構(gòu)管理平臺研發(fā)中遇到的首要問題是將分屬江蘇、河北兩地的兩家鋼結(jié)構(gòu)公司的深化模型數(shù)據(jù)在同一個平臺中有機(jī)結(jié)合并展現(xiàn)，將兩家公司鋼構(gòu)件加工過程信息在統(tǒng)一平臺中展現(xiàn)和進(jìn)行管控。

鋼結(jié)構(gòu)全生命期管理平臺以構(gòu)件為主線管控數(shù)據(jù)，構(gòu)件統(tǒng)一編碼是解決問題的關(guān)鍵，江蘇、河北兩家公司的構(gòu)件編碼規(guī)則最初是各自設(shè)置，互不相同。為了實(shí)現(xiàn)不同模型在同一個平臺中融合展示，首先需要統(tǒng)一兩家公司的構(gòu)件編碼標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)特點(diǎn)，采用有含義的字符設(shè)置，將構(gòu)件編碼規(guī)則設(shè)置為多段式，每段有固定含義，由區(qū)域、定位、構(gòu)件類型、分段分節(jié)、順序號等組成，便于解析和應(yīng)用，圖2為構(gòu)件編碼規(guī)則示例圖。在統(tǒng)一構(gòu)件編碼規(guī)則后，又制定了統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)命名標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件類型標(biāo)準(zhǔn)等[6]。在這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的應(yīng)用下，不同公司的BIM模型通過鋼結(jié)構(gòu)管理平臺的模型組裝功能可以任意組裝為新的模型在平臺應(yīng)用展示，實(shí)現(xiàn)了BIM模型的統(tǒng)一管理和查看。

圖2 構(gòu)件編碼規(guī)則示例圖

管理平臺通過構(gòu)件編碼與二維碼技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一物一碼，通過進(jìn)度管理、智慧工地、質(zhì)量追溯、智能建造等板塊數(shù)據(jù)，管理鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目全過程信息，實(shí)現(xiàn)每個構(gòu)件有唯一生成的二維碼標(biāo)識信息，并與BIM模型建立一一對應(yīng)關(guān)系，通過BIM模型可以實(shí)時管控構(gòu)件生產(chǎn)施工情況，圖3為組裝后項(xiàng)目模型展示不同階段數(shù)據(jù)。

通過掃描二維碼，可以實(shí)時查看來源于不同軟件的構(gòu)件設(shè)計(jì)信息、加工信息、材料信息等，通過分析圖表、圖片、視頻等多種形式展示項(xiàng)目情況。

圖3 組裝后項(xiàng)目模型展示不同階段數(shù)據(jù)

2.3 項(xiàng)目現(xiàn)場中的BIM應(yīng)用

項(xiàng)目現(xiàn)場管理工作的重點(diǎn)是管理項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量和安全問題，借助BIM技術(shù)可以提升并改變傳統(tǒng)管理方式。平臺通過BIM模型信息和進(jìn)度信息對應(yīng)管理，將實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度對比管理，實(shí)現(xiàn)可視化的進(jìn)度模擬展示。在實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度對比功能中通過設(shè)置不同顏色，直觀展現(xiàn)當(dāng)前工程超前或滯后的構(gòu)件信息(超前以綠色顯示，滯后以紅色顯示)[7]。

管理平臺將構(gòu)件全生命期分為設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、物流運(yùn)輸階段、現(xiàn)場安裝階段和施工完成階段五個階段，不同階段設(shè)置不同顏色，以五種顏色(灰、黃、藍(lán)、粉、綠)驅(qū)動模型顯示，實(shí)時記錄構(gòu)件實(shí)際狀態(tài)。同時關(guān)聯(lián)BIM模型中構(gòu)件信息，通過模型中構(gòu)件展示顏色不同，直觀查看構(gòu)件所處的生命期階段及其各階段屬性信息[8]。管理平臺中可以查看模型構(gòu)件的最新狀態(tài)信息，獲悉構(gòu)件處于的階段信息和環(huán)節(jié)信息，并能夠查看構(gòu)件的歷史信息和相關(guān)記錄文件[9]，圖4為進(jìn)度管理中的BIM應(yīng)用。

管理平臺實(shí)現(xiàn)了在BIM模型中記錄和標(biāo)識質(zhì)量問題所在的真實(shí)位置，改變以往質(zhì)量問題只是信息描述，無法準(zhǔn)確定位的問題。通過BIM模型可以查看質(zhì)量問題發(fā)生的具體位置，提升項(xiàng)目質(zhì)量管理效率。

通過建立施工項(xiàng)目場地BIM模型，在真三維BIM模型中記錄和標(biāo)識安全檢查問題所發(fā)生位置，同時集成應(yīng)用視頻監(jiān)控技術(shù)，改變傳統(tǒng)安全管理方式，有效控制安全風(fēng)險[10]。

圖4 進(jìn)度管理中的BIM應(yīng)用

2.4 項(xiàng)目管理中的BIM+GIS應(yīng)用

管理平臺實(shí)現(xiàn)了基于BIM+GIS技術(shù)的智慧工地平臺集成應(yīng)用。通過在BIM+GIS場景中隨時隨地地查看智慧工地動態(tài)信息，如視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、勞務(wù)數(shù)據(jù)及基坑監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)工程管理的可視化、智能化。

管理平臺實(shí)現(xiàn)了BIM+GIS一體化協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)GIS大場景瀏覽與BIM小場景瀏覽的無縫轉(zhuǎn)換。管理平臺中航拍GIS地理信息數(shù)據(jù)與BIM模型數(shù)據(jù)集成展示，并與第三方工具軟件建立實(shí)時數(shù)據(jù)互聯(lián)互通接口，實(shí)現(xiàn)在GIS地理信息瀏覽時，可以查看塔吊BIM模型，點(diǎn)擊塔吊可以查看塔吊實(shí)時運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)以BIM為核心的多元管理平臺，圖5為BIM+GIS與智慧工地平臺集成應(yīng)用。

圖5 BIM+GIS與智慧工地平臺集成應(yīng)用

通過采用BIM+GIS技術(shù)，集成視頻監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目場地三維環(huán)境瀏覽，實(shí)時查看模型信息，可以自動選擇跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)視角的攝像頭，實(shí)時查看項(xiàng)目真實(shí)場景，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控項(xiàng)目。

3 應(yīng)用效益

通過鋼結(jié)構(gòu)全生命期管理平臺建設(shè)，改變鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目原有的人工管理的傳統(tǒng)模式，使得不同業(yè)務(wù)之間協(xié)同能力得到加強(qiáng)，數(shù)字化管理水平得到較大提升，同時規(guī)范了業(yè)務(wù)管理，提升了企業(yè)競爭力。通過管理平臺的使用，項(xiàng)目建設(shè)過程中節(jié)約了人員成本，減少了不同參與方的溝通成本，提高了工作效率。鋼結(jié)構(gòu)全生命期管理平臺的搭建與應(yīng)用，完善了中鐵建工現(xiàn)有技術(shù)體系，填補(bǔ)了公司鋼結(jié)構(gòu)管理中的技術(shù)空白。

4 結(jié)論

北京鐵路樞紐豐臺火車站改擴(kuò)建工程在項(xiàng)目管理中應(yīng)用BIM技術(shù)來提升管理效率，有效推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)BIM全生命期的智能建造，實(shí)現(xiàn)“精品工程、智能豐臺”的目的。

目前，北京豐臺站項(xiàng)目是在設(shè)計(jì)、施工階段深入應(yīng)用了BIM技術(shù)，隨著項(xiàng)目建成投入使用，設(shè)計(jì)施工階段的數(shù)據(jù)應(yīng)如何為后期運(yùn)維服務(wù)，還需在實(shí)踐中不斷探索和嘗試。