业主主导模式下BIM技术在高速铁路建设项目中的实现与应用

业主主导模式下BIM技术在高速铁路建设项目中的实现与应用1项目背景2重点问题与解决方案3应用案例目录CONTENTS4BIM管理实施成果01项目背景项目简介铁路工程项目特点项目实施目标1、项目简介牡佳铁路客运专线全长371.622km，设计运行时速250km/h，沿线经过牡丹江市、林口县、鸡西市、七台河市、桦南县、双鸭山市、佳木斯市5个地级市2个县级行政区，其中路基工程总长159.956km，占线路全长的43.56%；桥梁141座143.502km，占线路全长的39.08%；隧道共34座，长度63.732km，占线路全长的17.36%2、项目BIM应用实施目标设计阶段施工阶段交付阶段全面遵守铁路BIM联盟标准，创建牡佳铁路全线、全专业精细化BIM设计模型；实现基于精细化模型的多参与方数据共享与协同工作；设计优化。深化设计：在设计模型的基础上，结合实施性施工组织设计、开展基于BIM的施工深化设计应用（施工模型创建过程）。施工指导：在施工模型的基础上，附加建造过程、施工顺序、施工工艺，进行施工过程的可视化模拟与交底（制作3D作业指导书）。以模型为载体，关联相关资料（设计信息、施工过程信息、建设管理信息等），并为运维阶段信息交互创造条件。3、项目特点信誉培训规划项目设计涵盖铁路站前站后全部专业，协同难度大项目实施涉及多参与方，建设管理难度大总体规模371km，桥梁多处跨越河流和既有线路；路基段最大挖方边坡41.12m、且多处为软弱土层；隧道段线路经过采空区、瓦斯气体地层。多参与方全线、全专业综合BIM技术应用项目实施地理跨度大，区域地形、地质环境复杂站前相关工程（路基、桥梁、隧道、站场、轨道、大临工程等）站后工程（站房、四电工程等）涉及咨询方1家、设计方1家、BIM建模方1家，平台及软件提供方1家；施工方13家，监理方13家、设备供应方若干。02重点问题与解决方案组织保障模型创建模型交付与共享信息传递1、组织机构与制度保障高速铁路工程建设项目实施涉及多个参与方，主要包括建管、设计、施工、监理等多家单位，BIM应用协调、统筹管理难度大。如果不能形成统筹管理，各参与方单打独斗，将难以体现BIM应用价值，实现项目实施目标。建设单位施工单位设计单位监理单位1.1组织模式创新哈牡铁路客专公司

信息化管理办公室BIM咨询：中铁四局BIM设计：中国铁路设计集团3D平台：中国铁道科学研究院9家站前工程施工单位3家站房工程施工单位2家四电工程施工单位监理单位业主主导技术咨询单位支持各方参与1.2制度保障详细约定具体的目标、应用范围、应用阶段和执行标准。详细约定组织机构、推进计划和培训计划。明确BIM应用的基础条件；应用的流程；确定模型的创建、使用、管理和交付要求；确定BIM平台的功能；确定科研规划与保障措施。由咨询方编制了牡佳项目BIM应用执行计划书。约定了项目在设计阶段、施工阶段和交付阶段的实施目标、软硬件配置计划、推进计划、培训计划、执行标准等内容。明确了参与方的目标和职责，以保证BIM实施效果。1.2制度保障1.3人员培训由于BIM技术作为新理念和新技术，在铁路施工行业普及还属于初级阶段，各施工单位BIM技术应用能力良莠不齐，为保证各参建单位具备BIM技术应用实施能力，在人才培养上，由哈牡公司组织，咨询单位实施，举办了6期bim技术应用培训，内容上涵盖了软件建模、深化设计应用、无人机实景建模与应用等。这些培训采用定制化的方式开展，培训案例主要采用项目的实际案例。通过现学现用的方式，提高牡佳项目BIM人员的能力和牡佳铁路BIM应用水平。3.1建模技术创新——骨架线设计理念经研究，牡佳BIM设计团队选用达索系统创建主要项目模型实体。模型创建协同主要采用“骨架线”的方式：先约定工程结构树，再确定总骨架线，在总骨架上创建专业骨架线，各专业建模人员在各自的专业骨架线上建立模型。通过这种方式，确保了各专业模型空间定位的准确性，实现了各专业模型的协调创建。经测量，设计交付模型的线路坐标精度在正负1mm以内，满足了施工方直接从模型提取坐标用于施工交底的精度要求。项目参考《铁路工程实体结构分解指南》，定义出各专业的工点，再按照各类构件进行细分。以结构树形式清晰表达工程结构分解，形成了一套铁路BIM设计模型的分解方案。总装-专业结构树专业-工点结构树工点-构件结构树3.3建模技术创新——模型结构分解3.2建模技术创新——快速建模工具BIM设计团队基于达索知识工程和CAA模块二次开发了连续梁、涵洞、桥梁等设计程序，实现了快速批量创建桥梁、隧道、路基等结构的轻量化模型。CAA桥梁快速建模程序CAA接触网批量布置达索知识工程脚本3.4建模技术创新——标准部署项目BIM设计团队基于达索系统部署了中国铁路IFC标准的分类和属性，构建了铁路全专业BIM设计整体环境，扩展形成IFC类型218项，属性集446项。3、模型交付与共享方式牡佳铁路参与各方地处多个不同地理区域，为保证设计交付模型变更时各标段手中的模型同步变更，同时保障竣工模型整合和统一交付，牡佳项目首次通过异地分布式服务器的方式对达索BIM系统进行部署。项目主服务器与9台标段现场FCS文件服务器数据同步。中国铁设在天津主服务器上传BIM交付模型。各标段文件服务器与天津主服务器同步数据，极大提升标段现场施工人员打开模型及进一步深化模型的操作速度。形成了“基于互联网信息共享技术架构、分布式部署”的模型交付与共享协同机制。4、

信息传递方式创新——IFC格式传递按照发布的《铁路工程信息模型分类和编码标准》，对设施、设备模型进行分类编码。同时，将设计非几何信息录入模型属性内，通过IFC格式模型进行传递。坐标几何尺寸体积IFC属性信息编码工具4、

信息传递方式创新——EQR格式工程量传递

通过开发统一EQR信息传递程序，将模型属性集中的EQR属性赋值到相应的Properties属性中。在3DE管理端搜索到总装模型，选择待计算工程数量模型后，将工程数量直接输出至EXCEL表格。保证了基于IFC文件进行工程数量汇总。4、信息传递方式创新——数字交付利用平台功能，将设计信息和施工信息（包括施工蓝图、施工影像资料、检验批、施工日志、工程属性等）与对应模型进行挂接，实现了设计施工信息向运维传递的数字交付探索。设计信息挂接施工信息挂接03应用案例设计应用施工应用建设管理应用1、BIM模型创建及应用的工作流程快速建模工具开发实体模型创建地形数据采集地形实景建模模型整合模型轻量化设计BIM应用输出IFC格式模型交付3D建设管理平台应用输出原生格式模型交付施工单位深化设计应用2.1设计优化——接口工程设计优化

站前站后模型整合后，开展了各专业间的模型碰撞检查，提前修改设计错误。接触网支柱与电缆井冲突接触网硬横跨基础与横向排水槽冲突声屏基础与过度电缆井冲突2.1设计优化——排水系统优化设计路基桥梁过渡段排水系统优化通过结构物与地形曲面进行布尔运算，在路基段、隧道洞口开展系统排水设计优化，避免了排水不畅、无法与现有排水体系顺接、汇水不合理等问题，较传统的二维CAD设计具有明显优势，同时表达也更加直观。隧道洞口排水系统优化排水沟模型2.2设计细化涵盖多专业的主要设计内容包括防雷接地、通信机械法拉第笼、线缆及防护设施（钢管、缆沟、阻燃防护槽盒）、引入电缆井、人（手）孔等BIM协同设计。防雷、线缆敷设、防护及附属设施法拉第笼2.3辅助设计——设计方案比选牡佳铁路DK5+600左侧有个废弃采石场的山体，靠近新建铁路，山上出现多条裂缝，且缝隙逐渐加大，需要进行边坡防护，达到消除山顶上方裂缝、且尽量减少刷方量的要求。项目组按照方案一（1:1.5坡率、10m分级、平台5-20m宽）和方案二（1:1.5坡率、8m分级、平台5-20m宽），分别在三维场景下展示刷方情形，并计算刷方量，辅助开展方案比选。原地形刷坡方案比选2.3辅助设计——结构沉降分析模型沉降云图模型网格划分建立工程BIM模型应用ProcessComposer模块进行结构沉降分析，快速实现设计-分析-优化迭代过程，提高工程设计质量。3、施工阶段BIM技术应用策划牡佳铁路施工阶段BIM技术应用由牡佳BIM咨询单位总体策划。针对施工重难点工程，逐项分解形成应用矩阵，并交付给牡佳参建各施工标段实施。3.1大临规划项目利用无人机创建实景地形模型，确定大临设施场地范围，通过奔特利软件，计算出场地范围内的填挖平衡标高，最大限度的降低场地平整的成本。在场地模型上，模拟大临设施的场地布置，导出大临设施工程数量，帮助项目部成本分析和方案决策。梁场规划海拔385.56时场地填挖方量近似相等3.2取弃土场土方计算方式人员数量外业处理时间内业处理时间总时间安全性准确性传统测量2人2天1天3天低低GIS测量1人30分钟4小时4.5小时高高利用无人机实景建模技术，采集牡佳铁路全线取弃土场地形，以确定取弃土场取弃土方量能否满足施工需要。与传统测量方式相比，这种方法作业人员少，外业时间短，且内业处理为计算机自动计算，无需占用人员时间。极大提高了工作效率，最终结果的准确性也高于传统测量方式。同时由于取弃土场边坡多半较为陡峭，传统测量方式存在一定危险，而采用无人机作业可以保障作业人员安全。3.3施工深化设计一是保障了施工外观质量，二是能够通过模型确定施工现场每次拱形骨架浇筑的混凝土方量，减少了混凝土超运造成的浪费，三是通过模拟可以计算出整个工点所需的六棱快数量，为项目构件预制厂六棱块预制和施工成本控制提供了数据依据。路基设计模型模拟骨架护坡及防护栅栏布置4、3D建设管理平台应用牡佳铁路3D建设管理平台是基于BIM+GIS的铁路建设施工管理平台在标准规范体系、安全保障体系的支撑下，以BIM技术为核心，结合GIS技术，充分利用云、物、大、移等前沿技术搭建信息化平台，构建项目建设及施工管理业务应用，提升铁路工程的工程建设施工管理和信息共享能力。3D建设管理平台电子沙盘模块将地理信息和工程模型基于三维GIS进行叠加，实现从宏观大场景到微观细度BIM模型的整体展现。模型构件与电子施工日志挂钩实现了进度可视化展示。平台全面遵守铁路BIM联盟发布的规则和标准，统一接口和编码。完整、无缝承接和展示了IFC模型的各项信息。已完成施工中未施工1233D建设管理平台应用——电子沙盘04BIM管理实施成果2018年10月16日，中国铁设“牡丹江之佳木斯客运专线BIM设计”荣获2018年度bulidingSMART国际BIM大赛特别奖（SpecialDistinction），参赛的53个项目分别来自中国、英国、法国、日本、澳大利亚等20个国家。奖项评价：“很好的组织了用例，创新性的添加了铁路IFC线型，为完善IFC标准作出了贡献”。1、设计BIM应用效果评价2、施工BIM应用效果评价序号奖项名称获奖单位获得奖项1第八届“龙图杯”哈牡公司、中铁四局、中国铁设综合组一等奖22019年“智建中国”国际BIM大赛哈牡公司、中铁四局、中国铁设综合组一等奖3中建协第四届“全国BIM大赛”哈牡公司、中铁四局、中国铁设综合组一等奖（初评）4首届