業(yè)主主導(dǎo)模式下BIM技術(shù)在高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

業(yè)主主導(dǎo)模式下BIM技術(shù)在高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用1項(xiàng)目背景2重點(diǎn)問題與解決方案3應(yīng)用案例目錄CONTENTS4BIM管理實(shí)施成果01項(xiàng)目背景項(xiàng)目簡介鐵路工程項(xiàng)目特點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)1、項(xiàng)目簡介牡佳鐵路客運(yùn)專線全長371.622km，設(shè)計(jì)運(yùn)行時速250km/h，沿線經(jīng)過牡丹江市、林口縣、雞西市、七臺河市、樺南縣、雙鴨山市、佳木斯市5個地級市2個縣級行政區(qū)，其中路基工程總長159.956km，占線路全長的43.56%；橋梁141座143.502km，占線路全長的39.08%；隧道共34座，長度63.732km，占線路全長的17.36%2、項(xiàng)目BIM應(yīng)用實(shí)施目標(biāo)設(shè)計(jì)階段施工階段交付階段全面遵守鐵路BIM聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建牡佳鐵路全線、全專業(yè)精細(xì)化BIM設(shè)計(jì)模型；實(shí)現(xiàn)基于精細(xì)化模型的多參與方數(shù)據(jù)共享與協(xié)同工作；設(shè)計(jì)優(yōu)化。深化設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)、開展基于BIM的施工深化設(shè)計(jì)應(yīng)用（施工模型創(chuàng)建過程）。施工指導(dǎo)：在施工模型的基礎(chǔ)上，附加建造過程、施工順序、施工工藝，進(jìn)行施工過程的可視化模擬與交底（制作3D作業(yè)指導(dǎo)書）。以模型為載體，關(guān)聯(lián)相關(guān)資料（設(shè)計(jì)信息、施工過程信息、建設(shè)管理信息等），并為運(yùn)維階段信息交互創(chuàng)造條件。3、項(xiàng)目特點(diǎn)信譽(yù)培訓(xùn)規(guī)劃項(xiàng)目設(shè)計(jì)涵蓋鐵路站前站后全部專業(yè)，協(xié)同難度大項(xiàng)目實(shí)施涉及多參與方，建設(shè)管理難度大總體規(guī)模371km，橋梁多處跨越河流和既有線路；路基段最大挖方邊坡41.12m、且多處為軟弱土層；隧道段線路經(jīng)過采空區(qū)、瓦斯氣體地層。多參與方全線、全專業(yè)綜合BIM技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)施地理跨度大，區(qū)域地形、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜站前相關(guān)工程（路基、橋梁、隧道、站場、軌道、大臨工程等）站后工程（站房、四電工程等）涉及咨詢方1家、設(shè)計(jì)方1家、BIM建模方1家，平臺及軟件提供方1家；施工方13家，監(jiān)理方13家、設(shè)備供應(yīng)方若干。02重點(diǎn)問題與解決方案組織保障模型創(chuàng)建模型交付與共享信息傳遞1、組織機(jī)構(gòu)與制度保障高速鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施涉及多個參與方，主要包括建管、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等多家單位，BIM應(yīng)用協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌管理難度大。如果不能形成統(tǒng)籌管理，各參與方單打獨(dú)斗，將難以體現(xiàn)BIM應(yīng)用價值，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)。建設(shè)單位施工單位設(shè)計(jì)單位監(jiān)理單位1.1組織模式創(chuàng)新哈牡鐵路客專公司

信息化管理辦公室BIM咨詢：中鐵四局BIM設(shè)計(jì)：中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)3D平臺：中國鐵道科學(xué)研究院9家站前工程施工單位3家站房工程施工單位2家四電工程施工單位監(jiān)理單位業(yè)主主導(dǎo)技術(shù)咨詢單位支持各方參與1.2制度保障詳細(xì)約定具體的目標(biāo)、應(yīng)用范圍、應(yīng)用階段和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)約定組織機(jī)構(gòu)、推進(jìn)計(jì)劃和培訓(xùn)計(jì)劃。明確BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)條件；應(yīng)用的流程；確定模型的創(chuàng)建、使用、管理和交付要求；確定BIM平臺的功能；確定科研規(guī)劃與保障措施。由咨詢方編制了牡佳項(xiàng)目BIM應(yīng)用執(zhí)行計(jì)劃書。約定了項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段、施工階段和交付階段的實(shí)施目標(biāo)、軟硬件配置計(jì)劃、推進(jìn)計(jì)劃、培訓(xùn)計(jì)劃、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。明確了參與方的目標(biāo)和職責(zé)，以保證BIM實(shí)施效果。1.2制度保障1.3人員培訓(xùn)由于BIM技術(shù)作為新理念和新技術(shù)，在鐵路施工行業(yè)普及還屬于初級階段，各施工單位BIM技術(shù)應(yīng)用能力良莠不齊，為保證各參建單位具備BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施能力，在人才培養(yǎng)上，由哈牡公司組織，咨詢單位實(shí)施，舉辦了6期bim技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)，內(nèi)容上涵蓋了軟件建模、深化設(shè)計(jì)應(yīng)用、無人機(jī)實(shí)景建模與應(yīng)用等。這些培訓(xùn)采用定制化的方式開展，培訓(xùn)案例主要采用項(xiàng)目的實(shí)際案例。通過現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的方式，提高牡佳項(xiàng)目BIM人員的能力和牡佳鐵路BIM應(yīng)用水平。3.1建模技術(shù)創(chuàng)新——骨架線設(shè)計(jì)理念經(jīng)研究，牡佳BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選用達(dá)索系統(tǒng)創(chuàng)建主要項(xiàng)目模型實(shí)體。模型創(chuàng)建協(xié)同主要采用“骨架線”的方式：先約定工程結(jié)構(gòu)樹，再確定總骨架線，在總骨架上創(chuàng)建專業(yè)骨架線，各專業(yè)建模人員在各自的專業(yè)骨架線上建立模型。通過這種方式，確保了各專業(yè)模型空間定位的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)模型的協(xié)調(diào)創(chuàng)建。經(jīng)測量，設(shè)計(jì)交付模型的線路坐標(biāo)精度在正負(fù)1mm以內(nèi)，滿足了施工方直接從模型提取坐標(biāo)用于施工交底的精度要求。項(xiàng)目參考《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南》，定義出各專業(yè)的工點(diǎn)，再按照各類構(gòu)件進(jìn)行細(xì)分。以結(jié)構(gòu)樹形式清晰表達(dá)工程結(jié)構(gòu)分解，形成了一套鐵路BIM設(shè)計(jì)模型的分解方案?？傃b-專業(yè)結(jié)構(gòu)樹專業(yè)-工點(diǎn)結(jié)構(gòu)樹工點(diǎn)-構(gòu)件結(jié)構(gòu)樹3.3建模技術(shù)創(chuàng)新——模型結(jié)構(gòu)分解3.2建模技術(shù)創(chuàng)新——快速建模工具BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)基于達(dá)索知識工程和CAA模塊二次開發(fā)了連續(xù)梁、涵洞、橋梁等設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)了快速批量創(chuàng)建橋梁、隧道、路基等結(jié)構(gòu)的輕量化模型。CAA橋梁快速建模程序CAA接觸網(wǎng)批量布置達(dá)索知識工程腳本3.4建模技術(shù)創(chuàng)新——標(biāo)準(zhǔn)部署項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)基于達(dá)索系統(tǒng)部署了中國鐵路IFC標(biāo)準(zhǔn)的分類和屬性，構(gòu)建了鐵路全專業(yè)BIM設(shè)計(jì)整體環(huán)境，擴(kuò)展形成IFC類型218項(xiàng)，屬性集446項(xiàng)。3、模型交付與共享方式牡佳鐵路參與各方地處多個不同地理區(qū)域，為保證設(shè)計(jì)交付模型變更時各標(biāo)段手中的模型同步變更，同時保障竣工模型整合和統(tǒng)一交付，牡佳項(xiàng)目首次通過異地分布式服務(wù)器的方式對達(dá)索BIM系統(tǒng)進(jìn)行部署。項(xiàng)目主服務(wù)器與9臺標(biāo)段現(xiàn)場FCS文件服務(wù)器數(shù)據(jù)同步。中國鐵設(shè)在天津主服務(wù)器上傳BIM交付模型。各標(biāo)段文件服務(wù)器與天津主服務(wù)器同步數(shù)據(jù)，極大提升標(biāo)段現(xiàn)場施工人員打開模型及進(jìn)一步深化模型的操作速度。形成了“基于互聯(lián)網(wǎng)信息共享技術(shù)架構(gòu)、分布式部署”的模型交付與共享協(xié)同機(jī)制。4、

信息傳遞方式創(chuàng)新——IFC格式傳遞按照發(fā)布的《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》，對設(shè)施、設(shè)備模型進(jìn)行分類編碼。同時，將設(shè)計(jì)非幾何信息錄入模型屬性內(nèi)，通過IFC格式模型進(jìn)行傳遞。坐標(biāo)幾何尺寸體積IFC屬性信息編碼工具4、

信息傳遞方式創(chuàng)新——EQR格式工程量傳遞

通過開發(fā)統(tǒng)一EQR信息傳遞程序，將模型屬性集中的EQR屬性賦值到相應(yīng)的Properties屬性中。在3DE管理端搜索到總裝模型，選擇待計(jì)算工程數(shù)量模型后，將工程數(shù)量直接輸出至EXCEL表格。保證了基于IFC文件進(jìn)行工程數(shù)量匯總。4、信息傳遞方式創(chuàng)新——數(shù)字交付利用平臺功能，將設(shè)計(jì)信息和施工信息（包括施工藍(lán)圖、施工影像資料、檢驗(yàn)批、施工日志、工程屬性等）與對應(yīng)模型進(jìn)行掛接，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)施工信息向運(yùn)維傳遞的數(shù)字交付探索。設(shè)計(jì)信息掛接施工信息掛接03應(yīng)用案例設(shè)計(jì)應(yīng)用施工應(yīng)用建設(shè)管理應(yīng)用1、BIM模型創(chuàng)建及應(yīng)用的工作流程快速建模工具開發(fā)實(shí)體模型創(chuàng)建地形數(shù)據(jù)采集地形實(shí)景建模模型整合模型輕量化設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用輸出IFC格式模型交付3D建設(shè)管理平臺應(yīng)用輸出原生格式模型交付施工單位深化設(shè)計(jì)應(yīng)用2.1設(shè)計(jì)優(yōu)化——接口工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

站前站后模型整合后，開展了各專業(yè)間的模型碰撞檢查，提前修改設(shè)計(jì)錯誤。接觸網(wǎng)支柱與電纜井沖突接觸網(wǎng)硬橫跨基礎(chǔ)與橫向排水槽沖突聲屏基礎(chǔ)與過度電纜井沖突2.1設(shè)計(jì)優(yōu)化——排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)路基橋梁過渡段排水系統(tǒng)優(yōu)化通過結(jié)構(gòu)物與地形曲面進(jìn)行布爾運(yùn)算，在路基段、隧道洞口開展系統(tǒng)排水設(shè)計(jì)優(yōu)化，避免了排水不暢、無法與現(xiàn)有排水體系順接、匯水不合理等問題，較傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計(jì)具有明顯優(yōu)勢，同時表達(dá)也更加直觀。隧道洞口排水系統(tǒng)優(yōu)化排水溝模型2.2設(shè)計(jì)細(xì)化涵蓋多專業(yè)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括防雷接地、通信機(jī)械法拉第籠、線纜及防護(hù)設(shè)施（鋼管、纜溝、阻燃防護(hù)槽盒）、引入電纜井、人（手）孔等BIM協(xié)同設(shè)計(jì)。防雷、線纜敷設(shè)、防護(hù)及附屬設(shè)施法拉第籠2.3輔助設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)方案比選牡佳鐵路DK5+600左側(cè)有個廢棄采石場的山體，靠近新建鐵路，山上出現(xiàn)多條裂縫，且縫隙逐漸加大，需要進(jìn)行邊坡防護(hù)，達(dá)到消除山頂上方裂縫、且盡量減少刷方量的要求。項(xiàng)目組按照方案一（1:1.5坡率、10m分級、平臺5-20m寬）和方案二（1:1.5坡率、8m分級、平臺5-20m寬），分別在三維場景下展示刷方情形，并計(jì)算刷方量，輔助開展方案比選。原地形刷坡方案比選2.3輔助設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)沉降分析模型沉降云圖模型網(wǎng)格劃分建立工程BIM模型應(yīng)用ProcessComposer模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)沉降分析，快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)-分析-優(yōu)化迭代過程，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。3、施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用策劃牡佳鐵路施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用由牡佳BIM咨詢單位總體策劃。針對施工重難點(diǎn)工程，逐項(xiàng)分解形成應(yīng)用矩陣，并交付給牡佳參建各施工標(biāo)段實(shí)施。3.1大臨規(guī)劃項(xiàng)目利用無人機(jī)創(chuàng)建實(shí)景地形模型，確定大臨設(shè)施場地范圍，通過奔特利軟件，計(jì)算出場地范圍內(nèi)的填挖平衡標(biāo)高，最大限度的降低場地平整的成本。在場地模型上，模擬大臨設(shè)施的場地布置，導(dǎo)出大臨設(shè)施工程數(shù)量，幫助項(xiàng)目部成本分析和方案決策。梁場規(guī)劃海拔385.56時場地填挖方量近似相等3.2取棄土場土方計(jì)算方式人員數(shù)量外業(yè)處理時間內(nèi)業(yè)處理時間總時間安全性準(zhǔn)確性傳統(tǒng)測量2人2天1天3天低低GIS測量1人30分鐘4小時4.5小時高高利用無人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)，采集牡佳鐵路全線取棄土場地形，以確定取棄土場取棄土方量能否滿足施工需要。與傳統(tǒng)測量方式相比，這種方法作業(yè)人員少，外業(yè)時間短，且內(nèi)業(yè)處理為計(jì)算機(jī)自動計(jì)算，無需占用人員時間。極大提高了工作效率，最終結(jié)果的準(zhǔn)確性也高于傳統(tǒng)測量方式。同時由于取棄土場邊坡多半較為陡峭，傳統(tǒng)測量方式存在一定危險，而采用無人機(jī)作業(yè)可以保障作業(yè)人員安全。3.3施工深化設(shè)計(jì)一是保障了施工外觀質(zhì)量，二是能夠通過模型確定施工現(xiàn)場每次拱形骨架澆筑的混凝土方量，減少了混凝土超運(yùn)造成的浪費(fèi)，三是通過模擬可以計(jì)算出整個工點(diǎn)所需的六棱快數(shù)量，為項(xiàng)目構(gòu)件預(yù)制廠六棱塊預(yù)制和施工成本控制提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。路基設(shè)計(jì)模型模擬骨架護(hù)坡及防護(hù)柵欄布置4、3D建設(shè)管理平臺應(yīng)用牡佳鐵路3D建設(shè)管理平臺是基于BIM+GIS的鐵路建設(shè)施工管理平臺在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系的支撐下，以BIM技術(shù)為核心，結(jié)合GIS技術(shù)，充分利用云、物、大、移等前沿技術(shù)搭建信息化平臺，構(gòu)建項(xiàng)目建設(shè)及施工管理業(yè)務(wù)應(yīng)用，提升鐵路工程的工程建設(shè)施工管理和信息共享能力。3D建設(shè)管理平臺電子沙盤模塊將地理信息和工程模型基于三維GIS進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)從宏觀大場景到微觀細(xì)度BIM模型的整體展現(xiàn)。模型構(gòu)件與電子施工日志掛鉤實(shí)現(xiàn)了進(jìn)度可視化展示。平臺全面遵守鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一接口和編碼。完整、無縫承接和展示了IFC模型的各項(xiàng)信息。已完成施工中未施工1233D建設(shè)管理平臺應(yīng)用——電子沙盤04BIM管理實(shí)施成果2018年10月16日，中國鐵設(shè)“牡丹江之佳木斯客運(yùn)專線BIM設(shè)計(jì)”榮獲2018年度bulidingSMART國際BIM大賽特別獎（SpecialDistinction），參賽的53個項(xiàng)目分別來自中國、英國、法國、日本、澳大利亞等20個國家。獎項(xiàng)評價：“很好的組織了用例，創(chuàng)新性的添加了鐵路IFC線型，為完善IFC標(biāo)準(zhǔn)作出了貢獻(xiàn)”。1、設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用效果評價2、施工BIM應(yīng)用效果評價序號獎項(xiàng)名稱獲獎單位獲得獎項(xiàng)1第八屆“龍圖杯”哈牡公司、中鐵四局、中國鐵設(shè)綜合組一等獎22019年“智建中國”國際BIM大賽哈牡公司、中鐵四局、中國鐵設(shè)綜合組一等獎3中建協(xié)第四屆“全國BIM大賽”哈牡公司、中鐵四局、中國鐵設(shè)綜合組一等獎（初評）4首屆