新福厦铁路作为 《铁路“十三五”发展规划》 高速铁路重点项目、福建省融入国家
新福厦铁路作为 《铁路“十三五”发展规划》 高速铁路重点项目、福建省融入国家 “一带一路”倡议的重要通道,为提高新福厦铁路四电集成工程整体质量,构建我国东南沿海地 区高铁“新标杆”,围绕新福厦铁路四电集成工程开展 BIM 应用分析。以实现数字化交付为目 标,从设计模型,到施工阶段进行模型深化应用,再结合铁路四电管理平台进行施工管理及智 能建造。依托 BIM 等先进技术实现新福厦铁路四电集成工程科学化、规范化建设,为我国开展 铁路四电相关工程施工提供参考。
新福厦铁路作为 《铁路“十三五”发展规划 》 高 速铁路重点项目 ,也是福建省融入国家 “一带一路 ” 战略的重要通道之一。该工程连接福州和厦门两地, 线路正线全长 277.42 km ,经过泉州、莆田和漳州等县 市。该项目是我国首条速度 350 km/h 的跨海高铁,实 施技术方案复杂,对施工人员的技能水平要求较高。 该项目施工线路长,桥隧占比高达 85.57% ,跨越了 5 个自然保护区和多个渔业养殖区,施工点多且分散,施 工周期短。由于该项目专业性强且专业之间施工接口复 杂,因此需要高度协调和管理,确保施工进度和质量。
针对项目实施重难点,以“精品工程智能福厦” 为目标,在设计交付模型基础上进行四电工程 BIM 深 化应用、逐步完善形成竣工模型;充分利用大数据、 BIM 、 GIS 、物联网等新一代信息技术,搭建基于 BIM 的四电工程管理平台,实现项目精细化管理,通过采 集工程过程信息并集成至 BIM 模型,为数字化移交奠 定坚实基础。
1. BIM技术应用优势
数字化的建筑设计、施工和运营管理系统,将相 关数据整合到一个中央模型中,实现对建筑项目全生 命周期的管理。以构建建筑施工模型为主导,并以数 字仿真形式对建筑各方面的数据信息进行表达。 BIM 技 术在铁路四电工程领域应用的主要优势如下:
( 1 )在铁路四电施工中充分利用 BIM 技术,能够 更好地指导现场施工,帮助各参与方充分理解交付物, 实现相关资源的有效利用,从而提升效率、安全性和 可信度,降低风险和成本。
( 2 ) BIM 技术可以解决传统施工中细部管理不畅、 通过协调也无法处理的特异性问题,适应铁路四电专 业特点实现精细化管理。
( 3 ) BIM 技术应用还可以帮助铁路四电项目更好地 管理和记录施工过程中的资料,有序、可视化的资料 管理可以帮助建设单位更便捷地审核施工过程中出现 的问题,实现设计、施工模型及资料的一体化管理, 更好地控制和协调工程设计与现场施工过程。
2. 铁路四电工程BIM应用案例
随着我国铁路事业的迅猛发展,以及信息化、自 动化、集成化水平的不断提高, BIM 技术在铁路四电集 成工程施工领域也得到了广泛应用,如京沈高铁、成 贵高铁、京雄城际铁路、怀邵衡铁路等。其中,成贵 高铁从依据施工图建立四电 BIM 模型,到运用平台实 现施工人员、施工进度、施工安全质量、施工测量等 信息的管理等多方面都进行过应用实践,并取得显著 成果,应用示例见图 1 ( a );京雄城际铁路除了基于 BIM 技术的施工实践应用外,还尝试了基于 BIM 技术的 接触网信息系统研究,利用 BIM 技术承载包含接触网 施工阶段所有数据的数据库,形成了接触网施工数字 化管理系统,实现数据在各参与方的共享、复用(见 图 1 ( b ))。 这些项目都依据自身技术特点 , 针对性地 进行了 BIM 、 GIS 、物联网等技术探索应用, 为智能建 造、工程数字化提供了实践经验。
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图1 铁路四电集成工程BIM应用示例
1. 创建BIM施工深化模型
新福厦铁路四电集成工程由建设单位主导进行设 计模型移交应用,由于设计模型结构划分、编码体系 与施工要求不一致,存在模型颗粒度、几何精度不足 等问题,为解决这些问题,项目根据施工应用需求对 设计模型进行拆分细化、嵌套重组、材质调整、信息 深化等操作(见图 2 ),过程中利用二次开发插件快速 准确补充完善模型(见图 3 ),创建施工深化模型,指 导现场施工。
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图2 设计模型拆分重组
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图3 铁路四电集成工程BIM应用示例
2. 碰撞检查
四电集成工程施工涉及专业多、专业间接口复杂, 可能会出现较多干涉、无法安装的现象。结合现场实 际情况,创建、整合四电及相关专业 BIM 模型,检查 各专业施工安装空间干涉、限界,形成问题记录卡, 优化设备布置,闭环碰撞问题,降低现场布置过程中 的碰撞问题;检查预留预埋情况,优化预留预埋位置, 避免二次开凿增加结构安全隐患。
3. 线缆布设优化
四电集成工程中包含大量电缆、光缆,线缆敷设 经常会因为空间有限、径路规划不合理出现线缆交叉、 线缆转弯半径不足、线缆预留不足等问题。为了解决 这些问题,利用 BIM 技术来严格规划每根线缆的走向, 使其满足外观平、顺、美、无交叉、耗材最少、层次 分明等原则。通过 BIM 模型输出图纸指导现场施工, 可以使线缆敷设一次成优(见图 4 ),保证线缆敷设质 量,节约施工工期。尤其在弱电专业,创建精细到接 线端子的施工深化模型(见图 5 ),对电源线、数据线、 控制线等各类线缆布置走向及顺序进行预布和优化, 输出接线工序表和线缆布设图,现场施工人员依据布 设图纸进行施工,可以提升施工效率,节约施工 成本。
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图4 线缆布设优化
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图5 弱点专业端子线缆布设
4. 施工方案深化
四电集成工程施工中存在部分设计未标明或不易 确定的位置及难点,制定合规的最优方案,能有效减 少二次调整带来的时间、成本、人员、材料的浪费 。 在施工方案设计中运用 BIM 技术,能够促进提升施工 方案设计及时性。以下以变电所外分支沟槽施工方案 为例,介绍施工方案深化应用。
牵引变电所外分支沟槽包含通信、电力、变电、 接触网等多专业的电缆沟,需要结合环境地势、周边 设施等才能进行准确布置,因此设计阶段未能对具体 路径进行规划。施工前, BIM 技术人员结合地理信息、 参照站前路桥、接触网、牵引变电所等模型,对接触 网、变电、通信、信号等专业分支沟槽进行创建,并 检测分支沟槽在跨沟、越坡、交叉、上桥等复杂工况 下的模型冲突。根据检测结果,对分支沟槽的路径及 穿越方案进行深化设计和出图,以指导分支沟槽施工。 通过 BIM 技术专项设计,可以保证各专业分支沟槽的 电缆互不干扰、互不交叉,并得出最优的布置方案 (见图 6 )。总体来说, BIM 技术可以帮助工程师在施工 规划阶段快速创建模型、进行冲突检测、深化设计和 出图,从而减少误差、提高效率和工程质量。
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图6 分支沟槽布置方案模拟深化
5. 可视化工艺交底
依据中国国家铁路集团有限公司 《细部设计和工艺质量标准》 和新福厦铁路特殊环境下的工艺要求,为保证施工技术交底效果,帮助施工作业人员理解作业流程、工艺要求,项目依据高速铁路施工规范和设计图纸,基于 BIM 施工深化模型制作四电各专业关键工艺交底动画。基于BIM可视化特性,将文字、图片、方案和三维动画充分结合,形象生动地展示施工工序、工艺流程、操作要点、质量标准等内容。
作业人员通过观看工艺模拟动画更容易掌握工艺的重难点、危险点等,提高交底效率,增进施工人员对作业内容的理解,有助于推广标准化作业,提升施工质量和效率。
6. 预制加工
在BIM深化模型基础上,根据厂商提供的可生产规格型号及参数范围,建立对应的实例模型,再结合现场实际情况优化支吊架、爬架、静电地板等构件布置,标准化构造尺寸,精确统计预制构件数量,经制作部门受力校核后,出具构件预制加工图纸、参数表,审核后交由工厂进行预制加工,保证了厂商进行构件加工时的准确度和效率,实现构件批量生产,节约采购成本及周期。
预制加工构件到达现场后,按照预制加工图纸进行定位、装配,可减少现场二次切割造成损耗及浪费。预制加工应用见图7。
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图7 预制加工应用
7. 工程量计算
在四电工程中,电缆、支架等材料的工程量卡控 非常重要,而 BIM 技术可以为此提供有效的解决方案。 施工深化过程中,通过逐步完善B IM 模型,并利用精 确的 BIM 施工深化模型对电缆、电缆支架、静电地板、 钢立柱等构件进行工程量计算,以避免零星采购和材 料浪费 。同时,使用 BIM 技术可以对电缆进行精确 测算,统计出电缆的需求总量及每根电缆的准确长度 ,项目人员在现场根据统计清单进行电缆配盘 和采购,以减少电缆取量不足或取量过度造成的线材 浪费 。 采用 BIM 技术进行施工深化和工程量计算的方法, 提高了施工效率,减少材料浪费,降低成本;同时, 在出现变更或优化时,也能够快速导出相关工程量, 缩短变更核算时间,优化项目管理。
新福厦铁路四电集成工程项目利用信息化手段整 合项目业务流程,与 BIM 模型相结合,建设“全要素、 全流程 、全覆盖”的 BIM 应用管理平台 , 服务施工 过程中的各参与方 , 包括设计单位人员 、 生产厂家 、 施工单位人员等。通过 Web 网页端以及手机微信端实 时采集工程现场的人员、物资材料、关键施工部位信 息等,将项目建设过程中的信息进行直观、动态、综 合、统一的建设管理监控,信息可视化展示,实现数 据交互与共享。
1. 项目信息管理
(1)基础数据
基础数据作为 BIM 应用管理平台的“地基”,所有 功能运转都离不开基础数据的协同、支撑,规范、准 确的基础数据可以减小平台应用的阻力。新福厦铁路 四电集成工程基础数据主要构成如下:
1 )主数据:工程实体分解编码、 WBS 编码、功 能模块与编码体系的映射关系;
2 )人员数据:组织架构、人员信息、账号密码、 职能权限;
3 )模型数据:轻量化 BIM 模型。
(2)三维电子沙盘
BIM 建模软件在模型维护及施工深化应用过程中起 着关键性作用,但是由于其专业度要求高,学习周期 长,不适合在项目中大范围推广,并且当体量模型过 大时,操作会变得卡顿,不适用于多方协同及施工管 理。因此,该项目通过搭建轻量化 BIM 管理平台,以 向运维实现数字化资产移交为目标,形成了整个项目 的三维电子沙盘(见图 8 )。
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图8 三维电子沙盘
三维电子沙盘实现了设计参数、四电接口、安全 问题、质量问题、预配加工等数据与 BIM+GIS 场景相 结合,可以清晰直观地呈现问题集中区域、频发部位、 处置状况,也可以根据模型快速进行档案信息查询, 为项目管理决策提供准确、合理的支撑。在电沙盘中 通过将 BIM 模型和项目管理数据深度融合,形成新福 厦铁路四电集成工程数字化资产,实现线路信息与地 理信息一体化、工点分布直观化、项目信息 BIM+GIS “一张图”集成化 ,从而提高管理效率、保障安全、 增强效益。
2. 进度管理
高速铁路四电集成工程具有施工点多分散 、 施工 线路长 、施工专业多、施工环境复杂等特点, 同时新 福厦铁路四电集成工程建设周期较短,引入基于 BIM 的进度管理手段对项目建设进度主动控制和全方位控 制 , 健全项目进度管理手段,更好地把控项目施工全 局, 提高项目整体效益和可控度 。
新福厦铁路四电集成工程通过构件划分规则来划 ,建立 WBS 编码和构件编码映射 关系,并通过工单形式,将各工点的作业任务下发至 具体劳务队。现场人员通过手机微信端快速、便捷填 写施工日志,扫码安装设备记录当日工作情况,平台 后台汇总现场进度数据,形成项目调度数据表,实现 了进度数据的采集、分析、可视化。同时利用三维 BIM 模型颜色状态变化的可视化方式,直观展现工点进度 情况,通过将实际进度与任务计划进行可视化对比分 析,保障了工程进度稳步推进。
新福厦铁路四电集成工程通过进度管理功能采集 分析项目碎片化的进度数据,结合三维可视化的形式 协助项目开展有效、合理、精细化的施工组织,保障 工程进度稳步推进。回溯三维进度情况见图 9 。
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图9 回溯三维进度情况
3. 关键物资管理
高速铁路四电集成工程涉及的物资材料种类繁多、 投资占比巨大、施工工点点多面广,致使物资仓储管 理困难,无法做到有效的过程信息追溯及实时更新 。 为了解决上述问题,满足物资管理需求,依托新福厦 铁路四电 BIM 应用管理平台,依据全生命周期可追溯 的管理理念及储存管理理论 ABC 分析法,研发了关键 物资管理功能。
结合项目具体情况,关键物资按照以下形式管理: ( 1 )项目部组织确定各专业纳入平台管理的关键 物资项,同时定义物资流转过程中需要采集的属性信 息(见图 10 )。
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图10 平台物资生产单
( 2 )将供应商纳入平台管理,生产时通过平台获 取二维码,铭刻在物资设备上(见图 11 )。
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图11 供应商铭刻物资二维码
( 3 )利用二维码快速便捷的优势,维护物资设备 生产、出厂、入库、出库相关信息 (见图 12 ),安装完 成后通过扫码选择物资安装的实际位置,同 BIM 模型 建立绑定关系,实现模型信息化 (见图 13 ),形成项目 数字化模型资产,实现现场与平台信息统一、虚拟与 现实价值转换 。
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图12 物资全过程流转信息采集
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图13 物资过程信息集成
物资流转方面,通过对物资流转数据进行分析处 理,形成可视化图表,对日期、名称、型号、流转状 态等级联筛选,可以快速了解四电关键物资的流转情 况、到货比以及库存情况,合理倾斜现场资源,保障 工程稳步推进。 关键物资管理功能以二维码为载体,实现关键物 资可追溯的全过程闭环管理。通过 BIM 应用管理平台 将虚拟和现实串联起来,使项目管理更加便捷、高效, 也为智能运维奠定了良好基础。
4. 四电接口管理
铁路建设施工过程中需要站前施工单位与站后四 电施工单位加强沟通,确保各项预留、预埋措施满足 站后工程需要。接口是前道工序与后道工序的衔接, 是土建施工单位与四电施工单位交叉配合的关键部位, 是多方面工程综合在一起按施工先后顺序、不同时机 施工作业的系统集成。接口工程的好坏不仅影响站后 施工单位的工程质量和进度,也决定了主体工程的成 败,甚至对全线调试、运营和安全造成影响。
四电接口工程既涉及桥梁、路基、站场等土建专 业,又与电气化、电力、通信、信号等站后专业密切 相关,因此略显繁琐。同时,与土建施工过程中的大 型项目相比,四电接口工程主要是细部的接地钢筋、 接地端子、贯通地线、预埋件等细小内容,容易被忽 视。所以土建施工过程中的四电接口工程主要特点是 “繁”和“细”;为了解决这些问题,项目部根据现场 实际需求在 BIM 管理平台中搭建了四电接口管理模块, 具体过程如下:
( 1 )在平台中定制好各专业接口检查中的各项要 点,形成接口问题库,然后定义好站前单位及监理单位 的管理范围,形成问题责任库,并定制涵盖“发起 - 处 置 - 销项”的接口检查全闭环管理流程串联整个过程。
( 2 )现场发现接口问题时利用移动端快速、便捷 地整改、确认销号,录入时以“选择题”代替“填空 题”,录入里程值,所处检查位置、负责整改单位等关 联数据自动填报,提高数据采集效率和操作便捷性, 提高接口检查效率、规范接口检查数据。同时,根据 里程信息在三维电子沙盘中实现可视化定位,施工人 员可以便捷、直观地查看接口问题的频发区域、频发 类型和台账信息,实现基于 BIM 的接口快速定位、可 视化管理,明确后续接口检查工作的重点 。
( 3 )针对接口管理结果,根据具体检查项,定制差异 化的数据输出模板,满足检查结果的归档需求。接口检查 数据分析处理后形成可视化图表,通过对日期、专业、构 筑物、接口类型等级联筛选,为项目接口管理工作提供数 据支撑,降低工程成本。三维接口标签见图 14 。
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图14 三维接口标签
5. 接触网腕臂预配智能建造
从全铁路四电系统来看,接触网、信号、通信、电 力等专业的关键工序均有机械化方面的应用,但在智能 化方面还存在较大差距。新福厦铁路四电集成工程针对 接触网专业预配智能化装备进行研究,形成了集模块 化、工厂化、信息化、智能化为一体的成套建造技术, 将 BIM 技术、物联网、智能机械预配、应用管理平台与 施工生产深度融合,通过智能建造管理功能实现新福厦 铁路四电 BIM 应用管理平台与智能终端设备的互联互 通,提升施工作业效率和施工工艺质量 。
功能搭建涵盖设计、施工的精细化闭环管理流程, 从源头管理智能建造数据,保证数据的准确性、真实 性;通过平台下发生产任务,驱动现场预配设备自动 化生产,确保现场生产有序进行;利用二维码、模型 集成全过程智能预配数据,为智能运维奠定基础 。 预配数据闭环管理流程见图 15 。
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图15 预配数据闭环管理流程
通过对BIM技术在新福厦铁路四电集成工程的应用进行分析,探讨了利用平台和模型的全周期BIM技术应用方式和应用成效。从设计模型接收到施工模型深化,再到以实现数字化交付为目标打造项目的三维数字沙盘,将模型信息和施工管理流程统一纳入平台进行管理,实现了数据的可视化串联以及多参与方之间的有效协同管理。研究成果为BIM技术在工程建设中的有效应用提供了参考。
内容来源:
东南沿海铁路福建有限公司 .
陈四清.新福厦铁路四电集成工程BIM应用 .
(铁路BIM联盟文章,转发请注明出处)