工程总承包模式下BIM技术在动车所项目中的应用.pdf

2023年第4期专业应用专业应用工程总承包模式下BIM技术在动车所项目中的应用赵志辉1，刘江伟2（1.中国铁路设计集团有限公司 工程总承包事业部，天津 300308；2.中国铁路设计集团有限公司 线路站场枢纽设计研究院，天津 300308）摘要：随着铁路工程总承包模式的推广，BIM在设计、建造和管理等方面表现出不同的特点，特别是设计单位作为铁路工程总承包方，BIM技术的工程应用更加凸显其复杂性。以盐通高铁南通动车所工程为例，通过分析总承包建设管理模式的特点和动车所建设管理的重点，从总承包项目BIM管理、动车所设计优化、设计交付、施工组织优化等方面研究BIM技术工程应用。实践表明，在设计单位主导的铁路工程总承包模式下，采用BIM技术有助于优化设计方案，节省工程投资，更易发挥BIM价值，进一步提高工程建设质量与管理水平。关键词：BIM；工程总承包；动车所；项目管理；设计；施工中图分类号：U221；U269 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2023）04-0045-09DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2023.07.26.0010 引言BIM技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。BIM的核心是通过建立虚拟建筑工程三维模型，利用数字化技术，为该模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目相关利益方提供一个工程信息交换和共享的平台。基金项目：中 国 铁 路 设 计 集 团 有 限 公 司 科 技 开 发 项 目（2019YY320508、2022A02527002）第一作者：赵志辉（1974），男，正高级工程师。E-mail：通信作者：刘江伟（1989），男，工程师，硕士。E-mail：452023年第4期专业应用专业应用目前，BIM技术已在全球范围内得到业界的广泛认可，国内外学者对BIM技术的特点及工程应用展开了广泛的研究和探索，取得了积极有益的成果。但是，不同建设模式下的BIM应用模式和效果存在较大差异性，特别是在工程总承包模式下，BIM的应用展现出不同的特点。王淑嫱等1总结 EPC 工程总承包模式下BIM技术在装配式建筑的设计、预制构件生产和现场装配施工3个阶段的应用价值，重点介绍BIM技术在其施工阶段的具体应用。王志刚2发掘“BIM技术+”在工程总承包模式下设计、施工及运维等各环节自动化、智能化应用价值，实现建筑业智慧建造、数字建造，促进产业提档升级。徐豪3从工程实例的角度，分析BIM技术在工程总承包项目管理中的应用。向前等4以 BIM 技术在广东（潭洲）国际会展中心项目设计、施工阶段的应用为例，介绍了BIM技术在多专业协同设计和智慧建造方面的具体实施办法。陈奕才等5提出基于BIM的数字建造平台在EPC项目中的应用方法，并 分 析 数 字 建 造 平 台 在 EPC 项 目 的 实 施 过 程。彭寿昌6开发了涵盖11项功能模块的工程总承包项目管理系统，将BIM三维模型用于过程管理，结合GIS地图进行综合信息展示。史育童等7以潞城全民健身中心项目为研究对象，详细阐述项目实施过程中BIM技术在EPC工程总承包项目中的实践应用。潘永杰等8从标准、数据和业务3个维度阐述桥梁运维的BIM应用需求，给出运维模型单元划分原则，确定基于标准化信息模板实现模型与数据库信息关联的实施方案。孙慧等9设计了基于BIM+GIS技术的建维一体化管理平台总体架构，给出具体技术路线和关键技术，实现了BIM+GIS 技术的建维一体化管理平台应用。韩宝剑等10基于BIM+GIS数据集成技术，搭建一体化的京雄城际铁路四电施工管理平台。应用BIM技术，完成虚拟建造、碰撞检测、管线优化、深化出图、工程量统计等工作。上述研究促进了BIM技术的快速发展，但是针对以设计单位牵头的工程总承包模式下的BIM应用研究较少。在此，基于盐通高铁南通动车所项目的BIM应用，探索设计单位主导下的铁路工程总承包项目BIM应用特点和技术效果。1 项目概况及管理特点盐通高铁为双线高速铁路，设计行车速度为350 km/h。始于在建徐盐铁路盐城站，终于在建沪通铁路南通西站，新建正线156.686 km，新建南通动车所1处。盐通高铁是中国国家铁路集团有限公司实施工程总承包建设模式的试点项目，该项目由中国铁路设计集团有限公司（简称中国铁设）作为EPC工程总承包方。南通动车所新建 20 条、预留 16 条存车线，新建6条、预留4条检查库线，2条人工清洗线，1条临修线，1条旋轮线，2条出入段线，新建1条、预留1条牵出线，通过式洗车机2套，以及配套生产生活房屋共计21栋，总面积52 686.18 m2。在铁路工程总承包建设管理模式下，集中凸显设计与建设管理、施工管理、物资管理的深度融合。在南通动车所工程实施中，总承包方发挥技术优势，在施工图批复后、施工单位进场前，超前开展采购工作，保证了工程顺利进行。在工程总承包模式下，南通动车所项目管理具有如下特点：（1）工程建设采用以设计为主导的工程总承包新模式。相比传统设计项目，设计单位一般仅负责建设项目的工程设计，最多再加上编制相关设备的招标文件、协助建设单位进行设备招标，做好设计配合工作即可。而作为 EPC 总承包方，则需要负责整个工程（或主体工程）的设计、采购、施工、调试开车，角色转变对能力提出了更高要求。（2）场地空间受限，工艺布局复杂，专业接口多，设计优化难度大。南通动车所工程内容涉及多个专业，接口界面多，工程体量大，配套房屋分布分散，管线布置复杂。其中6线检查库、临修旋修库等门式钢架房屋钢结构吊装、焊接施工难度大，质量要求高；轮对踏面检测棚、临修旋修库等整体道床及基础施工，施工精度要求较高，是动车所建设的重难点。（3）施工工期紧，多方并行施工，施工组织困难。根据相关要求，盐通高铁确定2020年12月28日具备开通运营条件，南通动车所2020年6月20日具备开通条件。由于施工周期的优化调整，南通动车所内房屋建设、轨道施工、电缆铺设、设备安装等施工时间高度462023年第4期专业应用专业应用重合，现场有工程车、汽车吊、大型挖机等各种作业机械，多专业、多工种人员穿插，现场施工组织难度较大，并存在较大施工安全风险，对总承包管理团队提出了更高要求。2 总承包项目BIM管理2.1总体策划与流程在铁路工程总承包模式下，BIM应用需达到如下目标：（1）探索工程总承包主导下，设计、施工、业主多方参与的基于 BIM+GIS 的铁路建设管理新模式，打造精品工程；（2）应用BIM技术完成动车所总体布置优化、施工图设计模型交付、技术交底、施工图深化设计；（3）应用BIM技术指导施工。基于模型开展施工交底，探索施工组织优化方法，解决专业间、施工单位间的协调，减少返工，确保工期；（4）交付BIM模型，为施工和运维阶段提供详实的基础数据。在工程总承包模式下，于项目前期开展了南通动车所 BIM 应用总体策划，总体策划明确以下内容：（1）应用范围：测绘地形；站场设备、场地、有砟轨道、道路、排水、围墙等；无砟轨道；21座生产生活房屋；暖通系统；给排水系统；电力系统；通信系统；信号系统；信息系统；接触网设备设施；动车检修设备设施等共计14个专业全部BIM设计内容。（2）应用内容：动车所整体建模、综合管线设计、室外设备设施布局、室内工艺管线及检修设备布置等。（3）应用流程如下：总承包方协调组织成立动车所 BIM 设计、施工应用团队，形成BIM设计二、三维对接调整深化设计现场BIM应用的应用流程。南通动车所BIM应用流程见图1。设计单位业主建设单位信息模型运维单位咨询单位监理单位施工单位信息模型信息模型协同环境 总包单位 施工图 施工 运营（展望）施工图审核动车所施工图设计编制并上报开工报告建设监管配合施工动车所施工图BIM模型施工深化设计及施工组织优化施工应用施工管理竣工模型（验交版）竣工验收竣工验收竣工验收运营维护运营监管竣工模型施工深化设计模型（RIM平台）配合验交数字化产品模型铁路工程信息模型标准中国铁设铁路BIM协同设计平台施工监理运维模型编制动车所BIM施工图设计应用计划编制动车所BIM施工应用计划动车所BIM应用策划动车所BIM应用机构组织中国铁设CRDC_RIM盐通高铁信息化管理平台Intel Xeon CPU，3.0 GHz以上/内存，64G以上/硬盘，256G以上固态硬盘/NVIDIA Quadro K4000、M4000及以上显卡图1南通动车所BIM应用流程472023年第4期专业应用专业应用2.2组织架构为保证南通动车所BIM应用的高效推进，总承包方中国铁设建立了有效的组织架构和工作机制。在组织架构方面，形成了从决策层到应用层的高效组织（见图2）。（1）领导决策层：由苏北指挥部主导本次BIM应用。（2）主责主控层：以中国铁设工程总承包事业部为应用主责单位，对应用方向、目标进行把控；总承包项目部作为BIM应用主控单位，根据确定的应用目标组织实施。（3）技术保障层：中国铁设BIM研发项目部负责提供平台、策划、数据标准和技术应用支持。（4）应用层：设计单位成立专门的BIM设计团队，负责BIM设计、校核与优化，担负BIM设计与优化主体责任；二维设计团队负责确认核改，担负工程设计质量主体责任；施工单位设立信息化管理部，由项目总工程师分管，设部长1人、BIM工程师不少于3人、信息化工程师1人，全面落实标段工程施工信息化管理和BIM技术应用工作，对施工阶段BIM应用担负主体责任；监理单位至少配1名信息化工程师，担负监理信息化管理和BIM技术应用主体责任。总承包方中国铁设将南通动车所BIM模型通过自主研发的铁路信息模型（RIM）管理平台，提供给各施工单位，在现场通过笔记本电脑、手持平板等设备即可进行成果查阅，更加便于现场施工。RIM管理平台为项目级的管理平台，依托地理信息技术搭建的数据管理和服务平台，以服务的形式对外发布勘察设计各方交付的BIM模型数据、地理信息数据和基础设施数据，供建设施工参与方使用。在盐通高铁项目中，针对项目特点和需求进行定制开发，发挥设计总承包优势，在三维进度展示、虚拟仿真、可视化交底等方面，突出EPC管理特色。通过RIM管理平台，极大丰富了EPC总承包的管理可视化管理手段。3 设计优化应用BIM进行设计优化，是南通动车所建设过程中的重要环节。在南通动车所设备设施整体布局优化方面，创建动车所全专业LOD3.5级BIM模型，同步进行系统集成，审核动车所内各系统布局，并进行优化调整。通过对布局调整，优化多系统之间的位置关系，对四电综合管沟、场区消防系统、信号机布局、库内工艺管线等进行系统布局调整，使设备布局更为整齐，保证应用功能，易于设备养护维修，也为生产提供了更大作业空间。动车所三维总图见图3。（1）四电综合管线走向调整。在集成环境中发现入段线外侧四电综合管沟与接触网支柱基础冲突，应用BIM技术分析后，将四电综合电缆沟整体外移1 m，接触网基础、给排水系统和综合管沟均满足规范要求，并对二维设计成果同步进行优化（见图4、图5）。（2）给排水系统布局调整。原设计动车所存车场范围给排水系统与接触网支柱基础存在干扰。应用BIM图3动车所三维总图苏北指挥部决策层中国铁设总包盐通高铁项目部中国铁设BIM研发项目部设计单位BIM设计团队主责主控层应用层技术保障层施工单位监理单位设计单位二维设计团队图2南通动车所BIM实施组织架构482023年第4期专业应用专业应用图5外移1 m后的四电综合管沟走向图4四电综合管沟与接触网基础冲突492023年第4期专业应用专业应用技术，对比给排水系统整体外移（见图6）和局部绕避（见图7）2种解决方案。整体外移方案需要设置支管连接主管道与消火栓；在局部绕避方案中，主干管网位置不变，于接触网支柱基础位置做局部绕避。经建设单位、总承包项目部、设计方、施工方共同研讨后确定采用整体外移方案。图6主干管整体外移1 m方案图7主干管局部绕避接触网基础方案502023年第4期专业应用专业应用4 设计交付与施工组织优化4.1设计交付在南通动车所BIM应用设计成果交付方面，探索了BIM+GIS服务交付、单机应用交付、BIM图纸交付和BIM数据交付等不同的交付方式。基于中国铁设RIM管理平台，将动车所BIM数据集成至盐通高铁RIM建设管理平台。各施工单位通过远程访问 BIM 设计成果，可实现兴趣点添加、距离测量、施工进度管理等功能（见图8）。在基于Navisworks软件的交付中，将设计成果输出至Navisworks 软件，在普通电脑上进行动车所BIM模型应用，包括浏览查看和测量（见图9）。基于Navisworks软件，施工单位可以自动开发其施工应用。在电子 BIM 图纸交付中，将 BIM 设计成果制作成3DPDF文档交付施工。施工和监理方在普通电脑、手机上即可实现移动应用，包括查阅信息和测量应用。成果制作时考虑不同的工程应用场景，预设相应的主题快照，为现场施工人员快速定位提供方便。在BIM数据交付时，为方便施工阶段应用，同时提供了达索原厂格式数据和铁路IFC标准格式数据。施工单位可应用该数据对模型进行深化，也可基于该数据开发特有的施工应用。4.2施工组织优化在BIM施工组织优化方面，重点是对动车所检查库进行优化和检查。检查库是制约动车所建设工期的关键工程，涉及2家施工单位和3层作业平台、轨道桥、安全联锁监控系统等6家设备厂家。各单位施工时序关系复杂，施工组织方式直接决定了是否可以按期完工。因此有必要应用BIM技术，对施工组织进行优化。通过增加并行施工、详细规划施工进料，减少各工序间的交叉干扰。在统一的BIM协同设计平台环境中，对库内所有构件进行施工组织时序规划，增加并行作业，应用DELMIA模块检查并排除施工干扰，有效保证了建设工作，并为每个施工方提供了足够的施工时间。根据施工组织优化成果，明确了施工单位和设备厂商在每个分区分块内的施工时间及上个工序完成后的状态。各单位按照施工组织约定的时间节点备料、施工、清场，为下道工序提供施工条件。根据施工进度计划，在DELMIA软件中同时模拟每个构件施工过程，检查施工组织的可实施性，制作BIM施工组织作业指导书。通过应用BIM技术，建设、设图8RIM管理平台打开南通动车所BIM成果512023年第4期专业应用专业应用计、施工、设备厂商之间做到高效远程沟通，节约了各参建单位的成本支出。通过施工组织优化，增加并行施工，提高厂外预制量，为每道工序争取更多的施工时间，施工质量进一步提升，从而保障项目顺利实施。5 应用效果南通动车所项目采用BIM技术后，与传统二维设计相比，展现出BIM独特的优势和效果。（1）在室外综合管线BIM优化排布方面，运用BIM技术可将二维图纸信息替换为三维信息，更加直观地表达出多专业管线的空间位置关系，同时可将整合的各专业模型信息进行碰撞检查，在施工前完成全部优化排布并交付现场，有助于施工人员在施工过程中快速了解设计意图，节省读图时间，并通过BIM模型接口关系的清晰化表达，减少了施工交叉干扰，节省了施工单位间的沟通成本，有效避免了返工情况。根据施工单位反馈，通过开展室外综合管线BIM优化排布，可节省工期1.52.0个月。（2）在检查库BIM 施工组织优化方面，基于BIM技术的施工组织设计相较于传统方式，可直观展示工程进度以及相关施工方案的具体实施过程，提早预演并发现施工中的重点、难点问题，并进行优化调整及施工交底提醒，减少施工过程中的沟通成本及施工返工。同时，通过施工组织优化，合理安排施工工序，增加并行施工，节省施工周期。根据施工单位反馈，结合优化后的检查库施工组织进度计划，通过开展检查库BIM施工组织优化，可节省工期2个月。6 结论结合南通动车所项目，研究探讨以设计为主体的总承包建设管理模式下，在动车所工程中开展BIM设计、优化、施工的应用方法，重点研究了动车所总体布局和施工图深化设计中的BIM应用，同时探索了多种BIM交付方法以及BIM成果在施工组织优化中的应用方法。相关研究与实践表明：（1）工程总承包建设管理模式下，借助BIM技术图9Navisworks交付522023年第4期专业应用专业应用开展深化设计和施工应用，将设计、施工信息通过BIM模型实现集中直观展示，便于参建各方对整个工程建设信息进行全面、直观地掌握和了解，有助于提高项目管理水平，实现安全、高质量建设。（2）由总承包方主责实现BIM应用，更能充分发挥 BIM 价值，可明显提升工程建设质量和管理水平；开展和探索四电工程全流程BIM应用，可促进工程数字化建设发展，为铁路工程运维奠定数字基础。参考文献1 王淑嫱，周启慧，田东方.工程总承包背景下BIM技术在装配式建筑工程中的应用研究 J.工程管理学报，2017，31（6）：39-44.2 王志刚.工程总承包模式下BIM技术创新应用价值 J.价值工程，2018，37（36）：232-234.3 徐豪.基于BIM技术下的工程总承包项目管理研究 J.工程建设与设计，2018（22）：249-250.4 向前，赵朋辉，骆军，等.EPC总承包工程BIM技术应用 J.建筑技术开发，2020，47（10）：70-71.5 陈奕才，崔喜莹，杜佐龙，等.基于BIM的数字建造平台在 EPC 项目的应用研究 J.施工技术，2021（3）：74-80.6 彭寿昌.基于BIM+GIS的工程总承包项目管理系统建设探索 J.项目管理评论，2021（3）：72-75.7 史育童，刘永青，闫帅，等.BIM技术在EPC工程总承包项目中的实践应用 J.建筑技术，2021，52（11）：1 405-1 408.8 潘永杰，刘晓光，蔡德钩，等.面向运维的铁路桥梁BIM模型及全生命周期信息关联研究 J.中国铁路，2020（5）：73-80.9 孙慧，封博卿，魏小娟，等.BIM+GIS技术在京张高铁建维一体化管理中的应用J.中国铁路，2022（7）：96-101.10 韩宝剑，刘红良，闫军.BIM+GIS数据集成在京雄城际铁路四电施工管理中的应用 J.中国铁路，2022（12）：50-57.责任编辑 卢敏收稿日期 2023-07-26Application of BIM Technology in EMU Sub-depot Project under EPC ModeZHAO Zhihui1,LIU Jiangwei2(1.EPC Division,China Railway Design Corporation,Tianjin 300308,China;2.Route,Station and Yard Hub Design Institute,China Railway Design Corporation,Tianjin 300308,China)Abstract:With the promotion of Engineering Procurement Construction(EPC)mode for railway projects,BIM shows different characteristics in design,construction and management.Especially when the Designer serves as the general contractor of railway projects,the complexity of engineering application of BIM technology becomes more evident.Taking the Nantong EMU sub-depot of Yancheng-Nantong HSR as an example,this paper studies the engineering application of BIM technology from the aspects of BIM management of EPC projects,design optimization of EMU sub-depot,design delivery and construction organization optimization by analyzing the characteristics of EPC management mode and the key points of EMU sub-depot construction management.Practice shows that under the EPC mode of railway projects led by the Designer,adopting BIM technology is conducive to optimizing the design scheme,saving project investment,giving full play to the value of BIM,and further improving the quality and management level of engineering construction.Keywords:BIM;EPC;EMU sub-depot;project management;design;construction53