BIM技术在杭州南站项目施工中的综合应用

杭州南站

一、项目简介

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项目概况

杭州南站位于杭州市萧山区，是杭州铁路枢纽的南端，和杭州站、杭州东站 共同构成三位一体模式的杭州铁路枢纽，同时它也是联结“甬台温”和“广沙”铁路的重要节点。杭州南站建筑总规模78923㎡，其中站房面积46973㎡，站台雨棚31950㎡。建成后站房设计高峰平均每小时客流量为3564人，最高聚集人数2000人。建筑-10.5m为地下出站通廊，-5m为设备夹层，-2.65m为轨道层、0m为站台层、4.0m为设备夹层、9m为高架候车层、15m为高架商业夹层；主体结构由站房钢-混凝土组合结构工程、灰空间幕墙工程、站房金属屋面工程及站台雨棚工程等组成。站场规模为7台21线，四个车场。

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采用BIM的原因

高要求：建筑造型新颖，构件加工、安装、装饰装修要求高。站房设计采用工业风、结构通透的建筑手法，追求结构及建筑的写实风格，构思独特。特别是钢结构的设计，突出体现了结构美学与建筑美学相结合的和谐、美观的独特的创意设计思想。但是，这种设计方案的实施，从钢结构加工、拼装、滑移到后期装饰装修对裸露的钢结构构件和钢结构整体的表面整修，除要求实施过程中的精益求精、专注细节外，更需要有全过程的高精度施作保障。采用BIM技术，可以有效达到指导和事先管控的目的，从而实现建造精品工程的目标。

难度大：站房整个工程中钢结构的工程量大，也最为复杂。整体屋盖施工时杭甬高铁、杭长高铁和沪昆等正线运营，施工难度大、安全要求高。进站灰空间是杭州南站设计的亮点，也是重要的风险把控点，此部位施工时下面正线均已开通，施工难度大、技术复杂。BIM技术的应用，可对结构关键部位施工风险实现可视化预想，确保施作中质量安全得到有效把控。

高水平管理：站房建设涉及专业众多。由于杭州南站站房设计方案的特点，管线综合与结构的关系、建筑美观与精细化施作的关系，均可通过BIM技术的深度应用，实现各相关方之间的信息沟通及协同设计，提升施工图和深化设计质量，解决复杂节点构造加工和安装难题，提高装修施工精度，减少后期施工变更带来的浪费和工期的延误。从而达到全面提高成品质量，提高施工效率，节约建设成本，提升建设质量的目的，实现精品化的初衷。

二、BIM应用具体内容

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建模阶段

杭州南站BIM模型，包括建筑模型和结构模型两部分，建筑模型主要包含项目主要站房及站台雨棚两部分的建筑安装做法等，结构模型包含站房主体和站台雨棚的基础和主体结构。

土建结构BIM模型：包含站房范围内的结构梁、板、柱、结构楼梯、地下结构和站台雨棚、桩基、承台等。

站房机电BIM模型：包含站房范围内的通风系统、中央空调系统、给排水系统、消防系统、喷淋系统、水炮系统、强电系统、弱电智能化系统。

钢结构模型：包含屋盖支撑钢立柱、钢结构桁架屋盖、灰空间幕墙钢结构龙骨。

沙盘：采用BIM软件建立整体模型，通过3D打印技术，按照1：180的比例，制作杭州南站工程整体沙盘模型，立体展示杭州南站各个功能区块，便于项目管理者合理组织施工安排，也便于外部人员更直观了解杭州南站的工程建设。

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深化设计

钢结构屋盖桁架深化设计：由于钢桁架屋盖杆件繁多，支座节点复杂，工厂加工和现场安装精度要求高，设计院给的蓝图 无法满足构件加工和现场安装尺寸与精度要求，所以通过Catia参数化精确建模，针对现场实际情况设计规范要求，对构件加工断开位置和现场安装对接位置标定明确，深化导出二维图纸，从而满足工厂精确加工和现场构件精确安装。

CATIA软件有着强大的深化设计功能和灵活操作性，结合使用参数化和自由形状建模工具集，为复杂节点直接建模助力现场施工提供了可靠依据。

钢结构十字柱深化设计：“十字”型屋架支撑钢柱共有32根，均为箱型截面小柱，组合成“十字”截面大柱，结构复杂，且钢柱为外露结构，外观质量要求高，加工及安装难度大。

“十字”型屋架支撑钢柱共有32根，均为箱型截面小柱组合成“十字”截面大柱，结构复杂，且钢柱为外露结构，外观质量要求高，加工及安装难度大。

灰空间幕墙及站房屋面深化设计：杭州南站灰空间垂直幕墙包括 外立面铝板、内立面铝圆管和铝板间聚碳酸酯板三部分内容。通过深化设计，在模型中很直观的表达 幕墙元件的尺寸和安装位置，指导幕墙元件精确加工和现场安装。

碰撞检查是指在施工前预先发现安装工程中不同部分、不同专业之间的冲突和干扰。利用Navisworks软件对各个专业管线进行碰撞检测，根据碰撞检测情况，不断调整管线空间布局，以达到最合理的综合排布效果。

我们可以通过导出的碰撞报告得出碰撞点的ID，便于在Revit快速找到对应点，并进行修改方案的定制，方便与设计单位沟通。

如果按图施工，必然导致一系列施工变更，而利用三维可视化修改不必要出现的碰撞点，可以减少返工，加快施工进度，保证施工质量。

优化排布后的综合管线模型，解决了因管线冲突引起的设计变更和材料浪费，可以三维环境下观察管线之间的排布关系，并可以任意生成所需要位置的坡切图，通过量测，获得管线准确的安装位置，生成的BIM深化施工图，可成为施工单位现场安装的有效参考依据。此外，依据管线模型规划各区域各系统管线的安装时间和顺序，使各施工部门有序组织，按计划实施，保障工期，提升整个机电系统的安装质量。

吊支架深化设计：按照支吊架设计要求和相关规范标准，结合现场实际条件合理放置吊支架。

吊支架放置时有时候只考虑到了一路管线，利用三维可视化，避开其他管线。

通过控制支架参数可以调整支架。

往下翻会降低净高，风管上方还有空间，建议上翻。

地下通廊装修设计：材料种类众多，且装修要求高，墙、顶、地三者结合，从二维图纸很难立体的联想起三者的相互关系，通过BIM技术，建立三维模型，把墙、顶、地三者有效结合，直观有效的展示，精确指导施工。

三、施工管理应用

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工艺模拟

杭州南站站房屋盖滑移施工，涉及八条铁路营业线，施工安全风险高，为有效组织施工，降低既有线施工安全风险，根据需求制作高仿真、高清晰滑移施工工艺模拟，为屋盖施工把脉，也作为各方了解本项目屋盖滑移施工的一个窗口。

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可视化交底

灰空间垂直幕墙施工难度大、安装精度要求高，构建灰空间幕墙及吊顶的精细模型，并制定安装方案，统筹安排龙骨、铝板、铝圆管、等各工种的施工工序，合理组织工种之间的有效衔接。利用模型对作业人员进行施工组织和施工工艺三维交底。做到施工有准备，质量有保证，安全有保障。

十字钢立柱构造设计复杂，而且均为结构外露，不作装修隐蔽，这对施工质量控制提出了高标准、高要求。十字柱从工厂加工到现场安装焊接，均是施工难点，通过BIM建模，生成构件加工工艺流程模拟，和现场安装焊接控制工艺模拟，进行三维可视化交底，可减少工厂加工和现场安装返工量，保证工程质量和美观效果。

十字柱与钢筋混凝土连接节点设计复杂，钢筋布设数量大，工序繁多，容易发生钢筋连接错误、连接不到位等施工缺陷。采用BIM技术组构建节点模型，并生成节点施工工艺流程模拟，进行三维可视化施工交底，能更好的指导现场人员正确施工，减少反复工作量，保证工程质量，达到设计要求。

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施工进度模拟

机电工程施工模拟，预先展现施工过程，防范风险，提高可预见性。

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质量管理

钢结构焊缝信息虚拟盒管理：建立现场焊接的钢结构节点焊缝信息虚拟盒，虚拟盒包含焊接日期、操作人员、检查日期、检查人员、检查结果、检测日期、检测结果、检测单位等信息，根据施工进度，实时录入相关信息，施工单位和业主可在施工期间、运营阶段随时调取查询相关信息，做到追溯有据可查，责任到人。

二维码半成品构件信息化管理：用BIM系统平台，在BIM模型中对对应管线生成二维码，利用打印机打印出二维码标签，贴于现场相应构件上，利用移动设备扫描，即可身在现场实时查询构件排布信息、材质信息等。

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安全管理

高空坠物对防护棚冲击的影响模拟分析：站房屋面和灰空间施工时都会对既有线路造成安全风险，钢结构临时防护棚只是个临时结构，设计时的冲击荷载是80KN/m2，然而施工过程中影响因素很多，控制的难度也很大，对防护棚的冲击荷载进行模拟分析能更好的了解防护棚的性能，以便制定安全措施进行安全防护。通过模拟分析，可知在防护棚上方20m位置80kg的物体自由落体，可对防护棚压型钢板造成破坏，影响既有线运营安全。这对防护棚上方高空作业，采取有针对性的安全防护提供了可靠依据。

站房钢屋盖桁架滑移施工方案风险分析：杭州南站站房屋盖施工，因场地条件限制，根据现场情况，最理想的施工方法为滑移施工，即屋盖单元通过特定的轨道，借助顶推设备，从拼装位置滑移至安装位置。根据现场滑移条件，可采用累积滑移和分段滑移两种滑移方式。

累积滑移优点：

• 可减少既有线上空焊接、拼装工作量；
• 屋盖桁架的焊接在拼装平台上完成可以有效控制屋盖桁架构件的拼装焊接质量；
• 屋盖单元合拢焊接工作量少，利于屋盖整体质量控制。

分段滑移的优点：

• 屋盖滑移同步性高切可控；
• 屋盖滑移过程中发生侧向受力时，可有效调控；
• 施工安全性更高，尤其在既有线上方可避免类似滑移轨道侧弯等不可逆转的安全风险。

通过BIM三维模型及虚拟施工，最后综合评定，为避免累积滑移施工，可能发生的滑移不同步和因累积滑移荷载较大，对滑移轨道及支撑立柱产生不利影响和后果，杭州南站站房钢屋盖桁架采用分段分单元滑移施工，把滑移施工对既有线的安全风险控制在可接受范围，且通过采取相应的质量、安全措施，保证施工质量合规和保障既有线施工安全有效。

站房灰空间幕墙安装施工方案风险分析：站房灰空间垂直幕墙施工，因部分作业在铁路既有线正上方进行，既有线上方涉及施工内容包括，幕墙外立面铝板及附属配套构件、内立面铝圆管及附属配套构件，且各涉及施工面积均为920㎡。如果该部分内容都在铁路天窗（即晚间铁路运营线封锁停电）内进行，则仅幕墙施工就需42个天窗，其中普速场天窗28个（每个天窗2h，实际施工时间1.5h），高速场天窗14个（每个天窗4h，实际施工时间3.5h）。这样的施工方式既无工效保障，也无质量保证，极大的影响施工的正常开展。

基于此种不利情况，我单位在上海铁路局方案评审时，利用三维BIM模型，把相关厉害关系通过模型展示，获得路局业主方高度认可，最终把在天窗内施工的内容控制在12个天窗内完成（普速场8个，高速场4个），在确保既有线施工安全的前提下，为保证工期和施工质量创造了有利条件。

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商务应用

精确算量：利用BIM建模可提供项目计划工程预算数据，同时可以利用BIM模型快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息。由于本项目BIM模型包含工程数据，所以项目部出现两份数据，如不做到精确核对，那么将在接下来的施工过程中及后期工作带来阻碍，所以，必须利用BIM模型当中的数据，对内部成本进行核对与控制，通过这样的模式，可以大大降低预算部门错算、漏算等问题，同时也为BIM模型数据接下来的实施提供保障，使其双方的问题都能通过提前核对得到保障，并能够相互协调统一施工过程当中的数据应用。

物资需求：通过以上工作，项目前期将得到准确的数据支持，为项目各条线施工人员提供强大数据支撑，同时项目各岗位人员可以根据自身需要，利用BIM系统灵活调取相关数据用于编制项目材料采购计划。BIM系统中集成了精确并且及时更新的工程量数据，结合项目的施工进度安排，在每次施工前利用系统提取每个施工过程所需要的精确的材料计划，并且施工完成之后把实际用量和图纸标准用量进行对比，确定材料的使用损耗率，并且找出问题根源所在，避免类似问题继续发生。

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运维管理

BIM综合管理平台：在结构数据模型基础上进行使用功能二次开发的功能集成平台。利用“杭州南站BIM综合管理平台”对设计深化、工期管理、现场质量管理、构件制造、工法创新、数据的查询、统计与校核进行了深入的应用实践，实现了工期可控、质量精品、成本效益达标的建设目标。

四、BIM技术应用创新实践

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工期四维管理

工期四维(x、y、z、t）管理功能，主要用于对工程进度管理的决策。在工程建设期间，召开例会时，坚持应用工期四维管理功能讨论各类问题，通过直观的BIM数据构建的四维工程形象，有效地提高了各方对工期进度、工序的安排、结构施工形象的预想与实际情况比对的沟通效率和准确性，并有针对性地分析解决现场存在问题，确保现场施工有序推进。

此功能依据指导性施组，既可连续查询也可独立查询某段时间或单个时间点预想的工程四维形象进度，也可通过现场定时摄录的视频或照片与预想的定时形象进度进行比对，确认现场的工程实际进度与指导性施组的吻合情况，进而提出相关的决策意见。

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模型轻量化

轻量化模型，主要用于对工程实施过程中的现场实时管控。建设、施工、监理、设计管理人员采用平板（如ipad）和BIM的轻量化模型，可在施工现场进行实时查询、复核施工精度和装饰装修效果，保障施工结果与设计相吻合，达到现场实时、清晰、直观、全面掌握工程质量的要求，实现现场实时把握质量控制要点，提高设计的实现度，降低质量管理隐患概率，从而有效规避质量管理风险。

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管线综合设计应用

综合管线设计应用BIM技术，可以三维环境下观察管线之间的排布关系，并可以任意生成所需要位置的剖切图，通过量测获得管线准确的安装位置。在杭州南站项目中，专业工程师利用BIM技术对综合管线实行虚拟碰撞检测4次。从检测结果可以看出，从最初的5299条碰撞问题减少到最后的2条，充分体现了BIM技术在综合管线布置中的应用优势。优化排布后的综合管线模型，解决了因管线冲突引起的设计变更和材料浪费，预留了管线维修空间，同时更加有效地避免了在施工时出现碰撞再采取滞后措施的现象。

五、BIM应用成果

1、提高组织决策效率

通过构建BIM模型，利用模型三维可视化的特点，为不同层级、不同管理人员提供直观的工程管理工具，提高项目各方对设计意图的理解，工程难易程度的认知，施工方案的交流和审核，促进项目各方共识的顺利达成。

2、提高深化设计效率

通过BIM技术，利用CATIA软件进行屋盖钢结构三维建模深化，提高了项目施工方与设计方沟通和意见反馈效率，达到准确建模，精确指导构件加工和安装施工。

3、提高工程管理可控性

通过BIM模型5D应用，提高项目决策人员对工程项目的质量、进度管理可控认知，科学合理有效进行施工组织管理。

4、提高施工安全管理效率

通过BIM模型三维可视化应用和BIM仿真模拟应用，更直观的认知施工安全风险源和风险高低程度，加强了项目管理人员对施工风险的判识能力，提高了项目管理人员对现场作业人员安全交底的效率和准确性。

5、提高项目施工技术管理能力

项目管理人员通过BIM模型三维可视化技术交底和“二维码”扫描技术应用，提高了项目技术人员与作业人员之间的沟通效率和现场技术管理。

6、提高项目成本控制管控能力

通过BIM技术精细建模，准确提量，为项目在材料方面直接带来的效益比传统方式节约2%左右，另外通过工艺模拟交底，减少返工率，确保施工顺利，质量有保证。