郜建忠，呂燕軍（中鐵三局集團(tuán)有限公司運(yùn)輸工程分公司，山西晉中　030600）

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BIM技術(shù)在客運(yùn)專線48 m簡(jiǎn)支梁節(jié)段拼裝施工中的應(yīng)用

郜建忠，呂燕軍
（中鐵三局集團(tuán)有限公司運(yùn)輸工程分公司，山西晉中030600）

摘要總結(jié)了BIM技術(shù)在48 m節(jié)段梁施工中的應(yīng)用，主要內(nèi)容包括三維可視化技術(shù)應(yīng)用、碰撞檢查技術(shù)應(yīng)用、成本控制應(yīng)用和施工管理應(yīng)用，分析BIM技術(shù)在節(jié)段梁施工各階段的具體功能和突出優(yōu)勢(shì)，可供同類工程借鑒。

關(guān)鍵詞節(jié)段梁；BIM；三維可視化；碰撞檢查；成本控制；施工管理

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling），是指基于最先進(jìn)的三維數(shù)字設(shè)計(jì)和工程軟件所構(gòu)建的可視化的數(shù)字建筑模型，它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性5大特點(diǎn)。BIM技術(shù)被列為2011年建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)，并且作為“十二五”建筑業(yè)信息化發(fā)展的總體目標(biāo)和重要任務(wù)之一，在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用。BIM技術(shù)應(yīng)用于客運(yùn)專線節(jié)段梁施工中屬國(guó)內(nèi)外首次應(yīng)用，將BIM技術(shù)應(yīng)用于48 m節(jié)段梁施工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)三維可視化、動(dòng)態(tài)漫游、虛擬施工等功能。文章將闡述BIM技術(shù)的三維可視化、碰撞檢查、虛擬施工等功能在鐵路客運(yùn)專線節(jié)段梁施工過(guò)程中的應(yīng)用，以及如何利用BIM技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目進(jìn)度、成本管理等問(wèn)題。

1 BIM技術(shù)三維可視化應(yīng)用

可視化技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)，進(jìn)行交互處理的方法和技術(shù)。它涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，成為研究數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問(wèn)題的綜合技術(shù)。在之前的十幾年中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，使得三維建模技術(shù)逐步完善，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真能夠再現(xiàn)三維世界中的物體，并能夠利用三維形體來(lái)表達(dá)復(fù)雜的信息。同時(shí)，最近幾年并行計(jì)算機(jī)技術(shù)與圖形加速硬件的快速崛起，使得可視化技術(shù)也得到了質(zhì)的飛躍。

三維可視化技術(shù)在節(jié)段拼裝梁施工過(guò)程中起到了非常重要的作用，如三維可視化施工交底、節(jié)段拼裝梁預(yù)制模擬、三維可視化圖紙審核?；贐IM三維可視化功能，能夠?yàn)榧夹g(shù)人員提供充足的3D信息，利用這些數(shù)據(jù)，項(xiàng)目工程人員較早地接觸到虛擬的數(shù)字化工程細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，對(duì)提高工程質(zhì)量，加快施工方案審核有著重要作用。利用BIM模型進(jìn)行虛擬施工、風(fēng)險(xiǎn)控制、指導(dǎo)施工等，加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)的管理，提高了工作的效率，減少了資源的浪費(fèi)。

1. 1三維可視化施工交底

傳統(tǒng)施工交底依托的二維平面圖加以標(biāo)注對(duì)施工班組進(jìn)行交底，并不能表達(dá)出構(gòu)件、鋼筋等空間排布位置。對(duì)于施工班組來(lái)講，一些特殊節(jié)點(diǎn)、鋼筋排布等二維圖紙不易理解，且容易對(duì)圖紙誤讀而造成施工錯(cuò)誤、返工。不僅耽誤了工期而且造成了工程材料浪費(fèi)、成本增加。圖1所示三維可視化施工交底，是利用BIM技術(shù)創(chuàng)建三維模型，對(duì)模型加注信息，如尺寸、長(zhǎng)度、位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行施工技術(shù)交底。通過(guò)三維模型進(jìn)行交底不僅能達(dá)到二維圖紙交底的所有要求，而且能把構(gòu)件之間的立體排布位置表達(dá)出來(lái)，易于理解，從而加快施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

圖1　三維可視化施工交底

1. 2三維可視化交底流程

針對(duì)三維技術(shù)交底制訂了相關(guān)的交底流程，目的是為了使三維交底在現(xiàn)場(chǎng)施工中更好地發(fā)揮作用，保證工程質(zhì)量。三維技術(shù)交底采用多媒體及紙質(zhì)交底結(jié)合方式進(jìn)行施工交底。多媒體交底是通過(guò)將三維模型上傳到pad或手機(jī)，利用手機(jī)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行交底指導(dǎo)，項(xiàng)目管理人員只需擁有一個(gè)移動(dòng)終端即可直接觀看三維模型進(jìn)行施工交底指導(dǎo)；紙質(zhì)交底是將三維模型進(jìn)行剖切、增加疑難節(jié)點(diǎn)的三維模型，采取紙質(zhì)輸出形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工交底。

1. 3三維可視化梁節(jié)預(yù)制

利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維可視化梁節(jié)預(yù)制，將BIM模型導(dǎo)入Navisworks Manage軟件進(jìn)行梁節(jié)預(yù)制的過(guò)程模擬。通過(guò)虛擬施工將鋼筋綁扎順序、模版支立順序、各工序間的銜接進(jìn)行模擬，提前發(fā)現(xiàn)在預(yù)制過(guò)程中應(yīng)特殊注意的問(wèn)題。優(yōu)化綁扎鋼筋的工序，減少鋼筋綁扎錯(cuò)誤，并且利用三維可視化技術(shù)將節(jié)段梁預(yù)應(yīng)力波紋管道精確定位，保證了節(jié)段梁后期鋼絞線穿束工序順利實(shí)施。

1. 4三維可視化圖紙復(fù)核

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙采用Autodesk CAD進(jìn)行平面繪圖，三維信息通過(guò)平、立顯示。二維設(shè)計(jì)圖紙的弊端就在于不能很好地表達(dá)出構(gòu)件的空間位置，由于設(shè)計(jì)圖紙分專業(yè)設(shè)計(jì)，在整合圖紙過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)運(yùn)用BIM三維可視化將二維圖紙轉(zhuǎn)換成三維模型，觀察三維模型的屬性及構(gòu)件間的空間位置等，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的問(wèn)題，同時(shí)將三維模型進(jìn)行剖切與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而幫助圖紙復(fù)核。

2 BIM技術(shù)碰撞檢查應(yīng)用

美國(guó)斯坦福大學(xué)整合設(shè)施工程中心在總結(jié)BIM技術(shù)價(jià)值時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用BIM技術(shù)可以消除40％的預(yù)算外變更，通過(guò)及早發(fā)現(xiàn)和解決沖突可降低10％合同價(jià)格。消除變更與返工的主要工具就是BIM的碰撞檢查。碰撞檢查是指在提前查找和報(bào)告在工程項(xiàng)目中不同專業(yè)（結(jié)構(gòu)、暖通、消防、給排水、電纜橋架等）空間上的沖突，發(fā)現(xiàn)碰撞進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，消滅碰撞。

2. 1鋼筋碰撞檢查

48 m節(jié)段梁鋼筋排布復(fù)雜，二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)不能很好地考慮鋼筋之間的空間位置，按圖施工可能會(huì)造成鋼筋間碰撞、鋼筋與構(gòu)件間的碰撞等。利用BIM的三維技術(shù)在前期可以進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少在建筑施工階段可能存在的錯(cuò)誤和返工的可能性。BIM的碰撞檢查應(yīng)用于節(jié)段梁梁節(jié)鋼筋排布優(yōu)化過(guò)程中，通過(guò)已經(jīng)創(chuàng)建好的三維鋼筋模型在Revit或 Navisworks Manage軟件中進(jìn)行鋼筋之間的碰撞點(diǎn)檢查，并將碰撞的鋼筋進(jìn)行優(yōu)化排布?；贐IM的碰撞檢查技術(shù)在節(jié)段梁施工中的應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用。碰撞檢查以BIM模型為依托，將構(gòu)件之間的碰撞點(diǎn)直觀展現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)的位置在施工中需特別注意，起到工程預(yù)警作用。通過(guò)碰撞檢查可以對(duì)鋼筋排布進(jìn)行優(yōu)化，從而在節(jié)段梁鋼筋綁扎時(shí)節(jié)省時(shí)間，同時(shí)保證了施工質(zhì)量。

2. 2梁節(jié)碰撞檢查

通過(guò)碰撞檢查可以發(fā)現(xiàn)梁節(jié)之間的碰撞點(diǎn)。節(jié)段梁預(yù)制梁節(jié)時(shí)，濕接縫鋼筋外搭，在梁節(jié)拼裝時(shí)會(huì)造成搭接位置的鋼筋存在碰撞，進(jìn)而對(duì)下一步梁節(jié)精調(diào)工序造成影響，延誤施工工期。通過(guò)碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)梁節(jié)間的鋼筋或構(gòu)件間的碰撞，提前進(jìn)行優(yōu)化鋼筋排布，為后續(xù)施工創(chuàng)造有利條件。

3 BIM技術(shù)成本控制應(yīng)用

對(duì)于工程項(xiàng)目而言，預(yù)算超支現(xiàn)象十分普遍，有研究表明，有多達(dá)三分之二的項(xiàng)目竣工決算是超過(guò)預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)的。造成預(yù)算超支的原因很多，其中造價(jià)工程師因缺乏充分時(shí)間來(lái)精確計(jì)算工程量和了解造價(jià)信息而導(dǎo)致成本計(jì)算不準(zhǔn)確，是造成成本超支的重要原因。對(duì)于成本控制我們做了二次開(kāi)發(fā)，將Revit模型與云平臺(tái)通過(guò)端口對(duì)接，實(shí)行了雙向成本控制，嚴(yán)格把控工程量和成本。BIM技術(shù)成本控制優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化算量解放勞動(dòng)力，自動(dòng)化算量更加準(zhǔn)確，自動(dòng)化算量更加快捷，更好地應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變更。

3. 1材料管控

BIM模型包含大量信息，不但包括工程構(gòu)件的信息，還包括構(gòu)件的工程量信息如鋼筋用量、混凝土用量等。利用BIM進(jìn)行精確工程量統(tǒng)計(jì)，節(jié)段梁鋼筋細(xì)化到每一種型號(hào)鋼筋有多少根、每一根鋼筋多長(zhǎng)多重，混凝土用量細(xì)化到構(gòu)件級(jí)別，想要提取哪一部分，在模型中選中相應(yīng)構(gòu)件即可得到準(zhǔn)確的工程量信息。通過(guò)利用IFC格式將BIM模型共享利用，導(dǎo)入云平臺(tái)。利用BE瀏覽器對(duì)節(jié)段梁的工程量進(jìn)行提?。▓D2），利用云平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)模型的共享利用，操作人員只需要有網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)帳號(hào)，不需要有模型的原始文件和安裝過(guò)大的Revit軟件，即可進(jìn)行工程量的實(shí)時(shí)提取。

施工企業(yè)精細(xì)化管理很難實(shí)現(xiàn)的根本原因在于海量的工程數(shù)據(jù)，無(wú)法快速準(zhǔn)確獲取以支持資源計(jì)劃，致使經(jīng)驗(yàn)主義盛行。而B(niǎo)IM的出現(xiàn)可以讓相關(guān)管理?xiàng)l線快速準(zhǔn)確地獲得工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為施工企業(yè)制訂精確人材計(jì)劃提供有效支撐，大大減少了資源、物流和倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的浪費(fèi)，為實(shí)現(xiàn)限額領(lǐng)料、消耗控制提供技術(shù)支撐。材料精確提取可以嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)的材料消耗，現(xiàn)場(chǎng)施工材料限額領(lǐng)取，嚴(yán)格材料把控，進(jìn)而對(duì)施工成本進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3. 2成本管控

MC管理駕駛艙實(shí)現(xiàn)模型共享，通過(guò)平臺(tái)即可實(shí)時(shí)觀看節(jié)段梁的進(jìn)度、產(chǎn)值等情況，方便管理者掌握現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)。通過(guò)模擬我們可以很直觀地看出計(jì)劃工期與實(shí)際工期的對(duì)比，超前或滯后，方便了管理者實(shí)時(shí)對(duì)施工進(jìn)度調(diào)整，進(jìn)而減少工期。同時(shí)隨著模型的生長(zhǎng)，成本隨之增加，管理者可以通過(guò)模擬了解到下階段應(yīng)準(zhǔn)備資金量，并且對(duì)成本進(jìn)行控制。

管理的支撐是數(shù)據(jù)，項(xiàng)目管理的基礎(chǔ)就是工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取相關(guān)工程數(shù)據(jù)就是項(xiàng)目管理的核心競(jìng)爭(zhēng)力。BIM數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)任意工程基礎(chǔ)信息的快速獲取，通過(guò)合同、計(jì)劃與實(shí)際施工的消耗量、分項(xiàng)單價(jià)、分項(xiàng)合價(jià)等數(shù)據(jù)的多算對(duì)比，可以有效了解項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)是盈是虧，消耗量是否超標(biāo)，進(jìn)貨分包單價(jià)有無(wú)失控等等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)的有效管控。

圖2　BE工程量提取報(bào)表示例

4 BIM技術(shù)施工管理應(yīng)用

4. 1現(xiàn)場(chǎng)管理

Iban是一款移動(dòng)終端軟件，可以和后臺(tái)的PDS模型相掛接。利用Iban可以將現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全等照片利用手機(jī)上傳到BE模型，通過(guò)PC打開(kāi)BE軟件，管理者在電腦上即可實(shí)時(shí)了解節(jié)段梁的施工進(jìn)度、安全、質(zhì)量等情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。同時(shí)企業(yè)可以積累自己的質(zhì)量安全庫(kù)，避免發(fā)生類似問(wèn)題，進(jìn)而減少了返工，降低了工程成本。通過(guò)進(jìn)度實(shí)時(shí)觀察，可以方便管理者了解現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，見(jiàn)圖3。

圖3　Iban現(xiàn)場(chǎng)管理功能示例

4. 2資料管理

將施工資料如技術(shù)交底、施工日志、檢驗(yàn)批等資料錄入BE瀏覽器與節(jié)段梁的具體位置相掛接，通過(guò)模型即可反查節(jié)段梁的一切施工資料。將施工資料錄入云端易于存儲(chǔ)，相比于傳統(tǒng)紙質(zhì)版資料存儲(chǔ)更加便捷，不易丟失，同時(shí)施工資料與BIM模型相掛接可以為企業(yè)提供完整的資料庫(kù)，并且為業(yè)主后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)創(chuàng)造便利。

4. 3施工模擬

結(jié)合project項(xiàng)目管理軟件編制而成的施工進(jìn)度計(jì)劃，可以快速地將BIM模型與施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)起來(lái)，自動(dòng)生成虛擬建造過(guò)程，通過(guò)對(duì)虛擬建造過(guò)程的分析，合理地調(diào)整施工進(jìn)度，更好地控制現(xiàn)場(chǎng)的施工與生產(chǎn)?；贐IM模型的施工模擬，項(xiàng)目所有的參與方能夠協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)信息共享。利用BIM技術(shù)進(jìn)行環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、能耗、安全等多方面的分析和模擬，實(shí)現(xiàn)虛擬的建造、管理以及全方位的預(yù)測(cè)和控制，見(jiàn)圖4。

圖4　節(jié)段梁施工模擬

48 m節(jié)段梁，箱梁采用分段預(yù)制、造橋機(jī)現(xiàn)澆濕接縫的方法施工，由于箱梁截面大、自重大，對(duì)施工機(jī)械的要求較高，設(shè)備在橋上移動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械穩(wěn)定性尤為重要，為安全方面重點(diǎn)控制之處。通過(guò)BIM技術(shù)施工模擬，指導(dǎo)編制專項(xiàng)施工方案，可以直觀地對(duì)復(fù)雜工序進(jìn)行分析，將復(fù)雜部位簡(jiǎn)單化、透明化。提前模擬方案編制后的現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的危險(xiǎn)源、安全隱患、消防隱患等提前排查，對(duì)專項(xiàng)方案的施工工序進(jìn)行合理排布，有利于方案的專項(xiàng)性、合理性。

5　結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)應(yīng)用于客運(yùn)專線節(jié)段梁施工中，可以有效提升施工效率、保證工程質(zhì)量、縮短施工工期。但是BIM技術(shù)的實(shí)施，國(guó)家還未制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)階段和施工階段的接口還未打通，施工階段不能利用設(shè)計(jì)階段的模型，需要重新根據(jù)二維圖紙進(jìn)行三維建模。另外，BIM的相關(guān)軟件發(fā)展還不成熟，目前市面上的BIM軟件價(jià)格較高而且適用面有限，適用于項(xiàng)目管理的BIM軟件功能局限性很大，亟待新的BIM協(xié)同管理平臺(tái)出現(xiàn)。

目前BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用正處于起步階段，潛在市場(chǎng)空間巨大且有待開(kāi)發(fā)，急需建立相關(guān)的BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于全面推進(jìn)應(yīng)用。隨著B(niǎo)IM的推廣和不斷發(fā)展，建筑工程管理信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化將成為可能，并不斷得到完善。

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（責(zé)任審編趙其文）

Application of BIM（Building Information Molding）Technology in 48 m Simply Supported Girder Segmental Assembling Construction on Passenger Dedicated Railway

GAO Jianzhong，LYU Yanjun
（The Transportation and Engineering Branch Company，China Railway No. 3 Engineering Group Co.，Ltd.，Jinzhong Shanxi 030600，China）

AbstractT he application of BIM（Building Information M odeling）technology in the construction of 48 m segmental beam was summarized in this paper. It mainly included the application of 3D（three dimensional）visualization technology，collision detection technology，cost control and construction management. T hrough the application of BIM technology，the application of BIM technology in different stages of the construction process was obtained. T he BIM technology can be better used in the future construction and maximize the use of BIM technology to create benefits for site construction.

Key wordsSegmental beam；Building Information M odeling；3D Visualization；Collision detection；Cost control；Construction management

中圖分類號(hào)U445. 1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 11

文章編號(hào)：1003-1995（2016）06-0040-04

收稿日期：2015-08-17；修回日期：2016-01-18

作者簡(jiǎn)介：郜建忠（1965—），男，高級(jí)工程師，碩士。