[分享]京张高铁BIM应用!诸多画面曝光

发表于2020-02-24    146人浏览    1人跟帖    总热度:495  

作为我国八纵八横高铁网的重要组成部分
2022年北京冬奥会重要交通保障设施
北京到河北张家口高铁日前开始架设接触网
        
为确保这条时速350公里的智能高铁安全运行
整个供电系统都启用了先进的智能设备
BIM技术作业信息化的一部分
在京张高铁建设中发挥了重要作用

一、工程概况
新八达岭隧道全长12.01km,隧道连续穿越居庸关、水关、八达岭长城等风景名胜,3次穿越长城,近距离穿越百年京张铁路和石佛寺村,是全线环保要求最严格,工期最紧张的控制性工程。隧道采用并行双洞多分支斜井设计、多工作面协同作业,有效满足环保和工期要求。
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八达岭长城站


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二、试点目标

验证已发布的《铁路工程实体结构分解指南》《铁路工程信息模型分类和编码标准》《铁路工程信息模型数据存储标准》;
探索项目设计中同一专业内部、不同专业间的协同设计;
实现设计优化,解决用传统二维图纸表达复杂三维形态难题,提高设计准确率,对复杂三维形态的可实施性进行拓展;
探索BIM在铁路建设项目管理中的应用场景。以建设项目的进度、质量、安全、环保、投资控制等管理目标为主线,探索应用BIM进行设计变更、进度跟踪、质量安全和投资控制管理的实施方法;
探索基于BIM的项目管理方法、流程及模式,以标准化管理为目标,促进管理手段的提升。
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BIM模型、编码相关难题讨论

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三、BIM设计阶段应用


项目BIM设计应用包括:资源配置、协同设计、BIM设计建模、建模过程中发现的问题及解决方案、建立构件库、IFD编码验证、模型属性及构件检查、正向设计探索。
1.资源配置
硬件配置:采用Bentley软件平台为BIM工作平台。
软件配置:根据BIM系统信息化平台特点,采用MicroStationCE、Power Civil for China、AGLOSGEO、LumenRT、AECOsim Building Designer等实现BIM系统运行。
人员组织:见下图
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2.协同设计
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BIM协同设计体系建设
(1)协同标准
交付精度标准。规范各专业几何精度和信息深度;模型单元的划分;数据建立、传递和解析;
(2)标准理论建设主要内容:见下图
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(3)协同资源:见下图
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(4)协同行为:制定项目总体流程和详细流程
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协同工作流程
(5)协同组织结构:针对具体工作流进行人员权限及角色的动态管理
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(6)设计工作
包括:建模工作中的问题及解决方案、构件库建立、IFD编码验证、模型属性及构件检查、正向设计探索等。
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站后专业工作思路
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等高线和高程点生成八达岭隧道段落三维地形
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正向设计探索
(7)解决方案
建立全专业构件库,利用参数化快速建模技术,将设计意图以参数形式驱动模型自动建立;
基于BIM体系的特点,结合集团IDM开展相关标准和规程的制定;
各阶段全专业采用统一数据框架进行模型专业属性管理;
建立全专业构件逻辑结构,形成构件管理树,对成果模型进行精细化管理;
对包括设计工具、构件库等资源集中托管,实现全专业在同一环境中开展协同设计工作;
封装用户自定义类的方式扩展设计平台对各专业的支持。

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四、BIM施工应用


1.成果交付
BIM模型的交付流程为:模型轻量化转换→模型质量检查→模型上传→模型审核和发布→模型分发
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(1)模型轻量化
通过模型轻量化转化插件将BIM模型设计源文件转化成统一格式的轻量化模型文件及模型属性数据文件,从而解决的模型源文件格式不统一以及模型的浏览器展示和交互操作问题。轻量化转换的模型压缩比高达:200:1,并可保持模型失真,同时,支持所有几何元素、非几何、自定义属性(EBS、IFD等编码)数据提取功能。
模型检查:见下图
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(2)模型上传
上传内容:模型源文件、轻量化模型文件及模型属性数据文件。模型上传后模型属性数据将进行结构化存储,方便后续BIM应用信息检索和数据访问。
(3)模型审核和发布
模型上传至模型库后进行人工审核。审核人员通过浏览器浏览BIM并进行测量、剖切等操作。发布人员根据审核意见进行发布。发布后模型提供给施工单位相关人员下载使用。模型库还对模型进行版本和访问权限管理。
2.施工模型建立
WBS分解:见下图
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(1)可视化技术交底
制作了锚杆施工、锚索施工、三洞分离段施工、三联拱段施工、围岩等级工法施工等三维可视化技术交底。
(2)电子沙盘的施组计划预演及进度跟踪
功能分析:建设综合展示、施工流程及工艺模拟、应急疏散及路线规划、结构分解及分层展示、进度模拟、通风方案。
激光/照相成模:见下图
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(3)二衬混凝土浇筑管理系统探索研究
在新八达岭隧道大跨过渡段中,大断面二衬混凝土浇筑尚属首次,BIM小组根据项目需要,开发并应用二衬混凝土浇筑管理系统,通过数据实时更新与提示,不仅严格控制混凝土浇筑,还为成本控制提供有力的数据支持,保障了大跨段二衬施工的安全与质量。



京张铁路 梁桥BIM应用




在桥梁工程施工阶段应用BIM可达到建立资源计划、控制资金风险、降低施工成本提高施工效率的目的。京张铁路新保安高架特大桥(40+56+40) m转体连续梁桥跨京包铁路,施工难度和危险性系数较高,为有效确保转体桥安全顺利施工,在施工阶段中采用BIM技术,通过应用BIM三维可视化技术交底、材料工程量统计、四维虚拟施工模拟、三维设计出图及碰撞检查功能,有效提高了工程精细化管理水平,加快了工程施工速度,确保了工程安全施工,为类似工程BIM应用提供一定的参考和借鉴。




该转体桥是国内时速350 km高速铁路第一座采用墩顶转体的连续梁,靠近临近既有线施工,采用墩顶转体施工难度较大,施工危险性系数较高。采用BIM技术可提前模拟连续梁桥现场施工,分析施工危险源,提高施工安全性;同时,还可精确提取材料消耗量、三维可视化技术交底、三维设计出图,提高项目精细化管理水平,加快工程施工速度,降低工程施工成本。



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关键构件精细化建模
球铰是转体桥的核心构件,在工程施工中球铰安装顶面任两点高差不能大于1 mm,中心纵横向误差不能大于1 mm,施工安装精度要求较高。为确保球铰安装精度,在施工阶段,利用Revit对球铰构件进行精细化建模,见图2,通过利用1:1的精细化模型,对工人进行三维可视化技术交底,确保球铰施工质量满足施工要求。同时,为确保挂篮安装顺利,提高挂篮安装速度,对菱形挂篮进行精细化建模,见图3,并对模型进行拆分,对施工人员进行安装顺序说明,有效确保挂篮安装质量,提高挂篮安装速度。
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图2 球铰三维立体可视化模型
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 图3 挂篮精细化模型
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材料工程量统计
新建京张铁路转体连续梁桥的计价模式为工程量清单计价,且均采用综合单价形式。材料种类繁多,数量庞大,常规管理较困难。利用BIM材料工程量统计功能,在桥梁施工阶段,分别对桥梁的钢筋、钢绞线、混凝土总量和阶段性材料消耗量进行统计,以工程总量作为现场施工材料采购的控制指标,有效控制材料浪费,降低工程施工成本,为实现物资材料精细化管理提供依据。

 

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BIM可视化技术交底应用
BIM在可视化施工方面的应用主要表现在:利用3D模型展示建筑工程实体构件。新建京张铁路通过利用施工图纸+可视化模型技术、BIM模型与移动设备结合、BIM模型+施工工艺文档,以3D实体模型对施工人员进行技术交底,见图4,使管理人员和作业工人深刻领悟设计意图,掌握施工方法,从而避免因理解错误造成的返工现象,大大提高了工程交底效率。
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图4 三维可视化技术交底
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施工方案比选
京张铁路转体连续梁桥0#块支架可选择满堂支架(见图5)和预埋牛腿临时支架(见图6)两种施工方法,针对转体桥0#块支架施工,提前利用BIM对满堂脚手架和预埋牛腿临时支架两种施工方案进行对比模拟分析,通过BIM对两种不同施工方案的动态模拟,综合分析两种不同施工方案材料消耗量(由BIM直接导出)、工程施工成本,最终确定连续梁0#块采用预埋牛腿临时支架施工较合理。
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图5 满堂脚手架施工
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图6 墩身预埋牛腿支架施工
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BIM施工模拟
BIM技术可进行3D、 4D虚拟施工模拟,新建京张铁路转体桥采用BIM技术,首先对项目的重难点关键施工工序,主要包括球铰安装工艺、挂篮安装施工工艺、转体连续梁桥0#块支架施工工序、边跨及中跨现浇段施工工序进行了细致的动态模拟;其次将桥梁整合模型与工期进度时间结合,实现了基于时间维度的四维虚拟施工模拟,通过模拟达到了合理配置资源,及时了解施工进度的目的。
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图7 球铰安装施工动画模拟图

(1)转体桥核心构件——球铰安装施工模拟
转动球铰施工安装精度要求较高,为了使施工作业人员明确施工流程、保证施工精度,建立球铰转盘、上下球铰等参数模型,对球铰安装进行施工动态模拟,保证施工质量和进度,见图7。
(2)挂篮安装施工工艺模拟
挂篮安装风险性系数较高,为提高挂篮安装速度,确保现场施工安全,利用BIM技术预先对挂篮三维立体拼装进行演示,并详细分析挂篮各部位型钢参数、梁柱节点加固方式,使现场施工人员明确安装注意事项,确保施工安全。
(3)转体连续梁桥0#块支架施工模拟
在建立0#块支架模型的基础上,重点对支架的安装过程进行动态施工模拟,见图8,通过模拟演示使施工人员充分理解支架施工过程和质量卡控点,确保临时支架施工质量。
(4)边跨及中跨现浇段施工动态模拟
为细化、规范边跨及中跨现浇段施工,重点对边跨及中跨合龙段施工进行三维动态模拟演示,见图9,提高了边跨及中跨工程施工质量。
(5)4D施工进度控制与分析
结合项目实际工期安排,通过BIM进度模型,综合评估施工进度情况,使项目管理人员及时发现施工滞后问题,及时采取措施,进行纠偏调整。
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图8 转体连续梁桥0#块支架施工模拟
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图9 边跨及中跨现浇段施工动态模拟
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碰撞检查
碰撞检查是BIM技术的关键应用点之一,结合建立的三维模型和项目的实际需要进行设计碰撞检查,碰撞检测包括整体桥梁的检测和部分构件间的检测,通过检查发现0#梁段腹板与转体反力墩存在碰撞冲突,同时,利用Navisworks软件对钢筋及钢绞线模型进行碰撞检查并生成碰撞报告,通过提前发现碰撞点,合理调整钢筋及钢绞线安装位置,避免后期返工。


京张铁路转体桥项目,通过应用BIM排除了95%的图纸错误,避免了90%的返工,提高了10%的施工进度,减少了人、材、物的浪费,工程施工质量、安全管理水平显著提高,大幅提升了公司精细化管理水平,节约成本约50万元。同时,依托BIM顺利实现了国内时速350 km高速铁路第一座采用墩顶转体连续梁桥的顺利合龙,极大地树立了公司的外部形象,取得了良好的经济和社会效益。                                                                       

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 发表于2020-03-04   |  只看该作者      

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