江西省建设工程安全质量监督管理局 330096
摘要：为了解决铁路站房改扩建项目施工中体量大、结构设计和节点施工复杂等问题，应用BIM技术在施工前对高铁新旧站房管线衔接施工过程进行模拟，不断对管线布置以及施工顺序进行优化，避免管道碰撞问题，合理安排管线施工顺序，实现管线施工的进度目标。多项先进技术综合运用，在减少成本支出的同时，确保工程保质保量按期完工，施工管理水平和工作效率得到了显著提升。
关键词：新旧站房衔接，BIM技术，管线优化
1、工程概况
南昌站是昌九铁路的端点和京九铁路的中间站，是京九线在中部地区唯一的省会站，又是浙赣铁路的交汇处，客流量大。南昌站位于南昌市中心，东为洪城大道，南北为规划道路，西临昌九城际站场。车站中心里程K1444+598.36，站坪设计标高23.83。既有南昌站为线侧平式，高架候车室跨线进站，旅客地道出站站场既有4座站台。本次施工为在既有站场东边新建城际场二台三线及新建东站房，站台上面新建高架侯车室与新老站房连接。新建无站台柱雨棚及14米宽旅客出站地道，接长行、邮包地道、行邮包联系通道及客服系统，通信工程，电力及电气化工程，站场过渡工程。新建11、12、13道及五、六台，改造一~四台及南北头咽喉区道岔及相关线路。总建筑面积为84713平米，其中新建东站房18458平米，新建高架候车室16540平米，新建无柱雨棚49715平米。南昌站地下一层，地上主体二层。
图1 南昌站改造平面图
2、技术难点
站房工程是综合性工程的典型代表，其机电主要有电气、设备两大专业，其中电气、设备又包含多个系统，空间小，且管线复杂多样，涉及不同的机电安装队伍。同时机电管线各专业设计人员普遍设计阶段配合不协调，管线线路冲突和标高“打架”现象，设计当中空间浪费严重，没有统筹合理安排各管线的空间布置，空间资源没有得到充分利用，降低空间使用效率。再加上受具体施工现场情况、专业技术、人员操作水平等因素的差异影响，设计人员设计的图纸不可避免的会存在很多局部等、不可预见的施工、维修困难，设备、管线在施工中没有工作面、位置发生冲突，无法按图施工，这给管线施工带来很大的难度。
3、管线优化设计原则
对管线进行排查后，需要对管线“打架”、复杂部位管线交叉碰撞、各管线的空间布置等问题进行优化设计，为项目施工、运行、管理、维修以及管线与周围环境协调创造有利条件。
优化过程当中，首先应在充分理解原有的设计意图的基础上，参照各专业的设计规范、施工规范，再遵循工程当中一些基本原则进行优化，如表1所示，以下只是一般性原则，实际情况中根据具体情况进行选择。
4、施工关键技术
为了保证管线施工不干扰既有线运营，有效的缩减施工时间，合理利用空窗期进行施工，使用BIM技术在施工前对管线施工过程进行模拟，不断对工期进行优化，实现管线施工的进度目标。将南昌站的管线信息模型导入施工模拟软件中，关联进度计划进行施工预演。
4.1 碰撞检查分析
碰撞检查是指在施工开始前对图纸的检查，对整个建筑图纸中不同部位之间发生冲突的审核。在工程中，碰撞的类型主要划分为四种：硬碰撞[1]、软碰撞[2]、间隙碰撞、副本碰撞，其中，硬碰撞是指两个实体间的位置交集；软碰撞是指两个物体间发生直接交叉和碰撞，但是这种交叉和碰撞在一定范围内是被允许的；间隙碰撞是指两构件物理上并没有发生碰撞，但是它们的间距小于一定值而不满足要求的碰撞，常见的间隙碰撞主要发生在管道碰撞，因为在安装管道的时候，如果间隙太小，不便于安装和以后的维修；副本碰撞是指两个完全相同的构件在空间上完全重合，这种情况基本很少发生，在涉及到比较严谨的计算时，例如钢、水泥量计算时需要用到，避免重复计算增加成本。
BIM即建筑信息模型（Building Information Modeling）的简称，是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程”[3]，也是项目在不同阶段、不同参与方之间协同工作的基础[4]。目前BIM技术主要用于硬碰撞检查。常见的碰撞包括：安装过程中各个专业之间设备管线的碰撞、机电和结构之间的碰撞、机电和建筑之间的碰撞等。利用BIM软件进行碰撞检查，构建三维模型，通过软件自动将碰撞位置检测出来，，图2为应用BIM软件进行碰撞检查的工作流程图。
图2 基于BIM的碰撞检查工作流程
用BIM技术进行碰撞检查可以清晰展现传统图纸中不能展现的一些深层次的问题，同时，可以在任何需要的地方进行剖切大图并调整该处的位置关系，可以彻底地检查各专业之间的所有冲突问题并反馈给各专业设计人员来进行调整，基本可以消除所有的碰撞。图3和图4为空调回水管之间的碰撞示例。
图5 三维漫游图
4.3南昌站管线4D模型的建立
4D模型是在3D模型的基础上加载进度信息。本项目选用Fuzor软件进行施工模拟。因此需要将revit软件中建立的三维模型导入Fuzor软件中，同时在软件中输入进度计划，也可以通过Project2016或者P6软件编制进度计划，导出.xml格式进入Fuzor软件中关联模型上的构件，从而进行施工预演。4D模型建立的程序如下：
第一步，建立基础模型。首先利用Revit软件，由BIM技术工程师对该项目的站房和站场两个区域，按照施工图设计图纸分别进行模型建立。
第二步，施工进度计划编制。采用Microsoft Project软件分别编制站房和站场的施工总进度计划。
第三步，模型合并与施工进度计划关联。将站房和站场的*.rvt格式模型文件，导入Navisworks软件中，同时通过TimeLiner功能，将站房和站场的Project格式的施工总进度计划，导入到该软件中。按照进度计划的细度与模型构件组进行关联。
第四步，进度计划模拟。利用Navisworks软件对已关联完毕的模型进行动画播放，利用BIM技术的可视化特点和颜色、模型虚实的比较，施工技术人员可以在检查施工进度过程中，发现相互工序以及站房和站场施工区域之间交叉作业的冲突节点和部位。
第五步，施工进度优化。根据检查到的交叉冲突情况，两个施工区域施工技术人员分别进行施工进度计划优化，找到问题调整后再次通过第三步和第四步进行优化，直至满足项目工期要求。利用Fuzor链接3D建筑信息模型与进度计划得到的4D建筑信息模型如图6所示
图6 4D虚拟建造技术实现流程图
4.4优化前施工方案
优化前的施工方案是按照顺序施工，先完成出站层暖通管线的安装铺设及消防管线的铺设，然后完成一层及二层的管线安装，最后完成所有设备的安装。工期为356天。模拟过程示例如下图7~9所示。图中下方的绿色条表示的是时间刻度，上方3D模型中的管线随着时间推移模拟管线的施工顺序。
图11 优化后的管线安装模拟时间
在进行综合管线碰撞检测中，发现众多管线冲突点，本项目通过检测一共出现709个碰撞点，经过专业人员进行筛选，在自动检测中查找出的结果中只有142个有效碰撞，这些有效碰撞才可能会造成工程的延期，有效率为20%，剩余80%的碰撞都可以直接忽略，以后不会对施工造成任何影响。
5、结语
（1）采用BIM技术进行碰撞检查，通过碰撞检查可以使各专业设计时进行更为及时有效的联系，在进行设计时不断地将不同专业的设计同步更新与优化。
（2）运用Revit软件针对南昌站消防喷淋系统、暖通系统运行碰撞检查分析，发现有效碰撞点142处。
（3）根据综合管线优化的原则，修改原有设计，成本节约为消防喷淋8%，暖通4%。
（4）运用Revit Mep软件结合南昌站进行了消防喷淋系统、暖通系统BIM建模，完成模型整合，并利用Fuzor软件进行了三维漫游查看。
参考文献
[1]王忠诚，王磊，张桥.基于BIM技术的地铁车站机电综合管线排布应用[J].土木建筑工程信息技术，2016，8（3）：66-73.
[2]宋丛丽.轨道交通车辆段综合管线软碰撞算法及实现[J].铁路计算机应用，2015（4）：28-31.
[3]戴荣里.BIM技术在兰州西站项目的应用[J].施工技术，2014（9）：99-101.
[4]刘卡丁，张永成，陈丽娟.基于BIM技术的地铁车站管线综合安装碰撞分析研究[J].土木工程与管理学报，2015（1）：53-58.
论文作者:梁卫明,吴凡
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/3
标签：管线论文; 模型论文; 南昌论文; 软件论文; 进度论文; 计划论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;