BIM技術在廣州高鐵客運站鋼結構雨棚上的應用

BIM技術 在鐵路建設中全面推廣，促使高鐵建設向精細化施工、標準化建設方向發展，進而提高建設管理水平。高鐵佛山西站建設項目順應高鐵標準化建設發展需要，在工程建設管理中采用BIM技術，局部實現了可視化工程建設管理。

佛山西站位于佛山市南海區，是廣州鐵路 樞紐四大主客站之一，是廣佛都市圈面向西南地區輻射的重要節點，也是國家發展和改革委員會確定的高鐵引領地方經濟發展模式的重要試點項目。

佛山西站車場區域為“橋建合一”結構，總規模為10臺23道，站房總建筑面積6.8萬平方米。佛山地鐵3號線和4號線垂直引入佛山西站地下。佛山西站被打造成集鐵路、地鐵及城市公交等多種方式為一體的綜合交通樞紐站。

佛山西站無站臺柱鋼結構 雨棚采用箱型鋼管混凝土柱，交叉單層網殼結構，雨棚順軌方向210.1m跨7孔梁板，垂軌方向連續10拱跨越23股道，建筑面積51065平方米。為滿足貴廣高鐵、南廣高鐵（2014年底開通）、佛肇城際鐵路（2016年3月底開通）、全站（2017年6月底全面投產）等不同節點要求和運輸需求，無站臺柱鋼結構雨棚被劃分為三大區域分期安裝實施（分區1→分區2→分區3）。

無站臺柱雨棚分區安裝順序

雨棚安裝方案比選

依據分塊安裝實施思路，結合現場實際，對分區1雨棚具體安裝方案提出原位拼裝、整體滑移、累積滑移3種思路。

原位拼裝

傳統原位拼裝優點：作業靈活、可多點開發、臨時措施簡單。而在“橋建合一”的佛山西站，原位拼裝的優勢蕩然無存。起重設備置于承軌層，“橋梁+框架梁板”結構的承軌層決定起重設備、運輸設備的載重能力和荷載傳遞方式；安裝和運輸占用同一條縱向通道，限制了多點施工；桿件交織的網殼結構嚴重制約了起重設備作業范圍和起重能力。

分析：成本低、質量難控、作業條件困難、工期不可控。

BIM模擬原位拼裝

整體滑移

整體滑移能有效解決原位拼裝條件差的困難，拼裝質量易控制，且納入關鍵工序（整體滑移）工期短。

分區1雨棚整體滑移的拼裝場地布置于站場北側，該區域投影為220m×80m，拼裝架空高度達35m?，F實困難：（1）拼裝胎架和頂推滑移措施復雜，投資巨大；（2）雨棚拼裝、承軌層施工、地鐵建設同步推進，相互干擾大，且共用運輸通道安全隱患大；（3）該整體滑移方案只適應分區1雨棚。

分析：成本高、質量易控、存在一定安全風險、作業條件較好、工期短。

累積滑移

在前2種基礎上，研究累積滑移，在鋼結構雨棚端頭設置固定拼裝胎架，利用塔吊拼裝鋼結構雨棚，完成1節滑移1節，直至所有結構就位。

累積滑移模擬施工

由跨端向中心同向累積滑移的方法

東側滑移4跨，西側滑移3跨

BIM技術深化設計

為便于安裝施工，采取BIM技術重點對鋼結構雨棚分塊安裝的網殼縱、橫向接口等部位進行深化設計。

網殼縱向接口處理

無站臺柱雨棚分塊安裝，在后續安裝鋼結構雨棚的滑移模擬時，區與區交接處的連接桿件受柱頭鑄鋼節點牛腿影響，采取預留嵌補形式，滑移分塊桿件與鑄鋼柱頭相對間隙控制在300mm左右，待該區網殼滑移到位后，安裝分區間嵌補構件。

縱向接口嵌補段平面設置

縱向接口嵌補段設置

網殼橫向接口處理

北側分區1雨棚采取東西相向累積滑移合攏方案，BIM模擬拼裝發現合攏位置的鋼柱柱頭和橫軌方向主拱管已放在西側第1個滑移單元里，故東側第1個拼裝單元沒有對應的鋼柱和橫軌向主拱管，桿件開口呈自由懸挑狀，為保證結構穩定性，研究采用加設連接拱管加固。

加固方法：在距端口向內1個節點處，沿網殼圓弧面上方加設加固鋼管，管徑為219mm×6，加固鋼管與網殼每個相交節點處相貫連接，連接鋼管采用180mm×6，中心高度約450mm。

橫向接口加固桿件

分塊后的側向水平力處理

由于網殼呈圓弧狀，最大矢高達6m左右，結構受重力產生下撓，網殼滑移出胎架至就位前均處于自由狀態，受自質量影響對兩側產生側向水平力，易形變。

在拼裝胎架范圍內，滑移導梁設置為雙軌形式，承擔導軌和抵抗水平推力的作用；網殼滑出胎架范圍，采取在主拱拱腳設置預應力張拉來抵抗網殼水平側向力。

主拱拱腳預應力張拉設置

安裝施工模擬

優化施工組織

BIM技術的一項重要功能就是實現虛擬施工，即在計算機上執行虛擬模型建造過程，對工程項目的功能及可建造性等潛在問題進行預測。因該區鋼結構雨棚受佛肇城際鐵路開通因素影響，工期緊迫，通過BIM技術對雨棚累積滑移拼裝進行模擬施工，重點研究各工序及工序銜接是否存在再優化的可能性。經模擬發現累積滑移全過程均布置于關鍵線路上，單向累積滑移無法滿足進度要求，最終采用由跨端向中心同向累積滑移的方法，將單端滑移優化為兩端滑移。

優化工序流程

在利用BIM技術對鋼結構模擬吊裝工序優化調整過程中，發現鋼結構構件從加工下單、下料生產直至到場安裝期間的各環節中，因人員手寫輸入操作下單失誤或構件批號發貨錯誤等現象的風險因數很大，而且直接影響總體進度。

結合項目管理需求，在BIM軟件建模同時，引入1套用于監控鋼結構構件的深化、下單、生產、驗收、發車、到場、存放、安裝情況的“材料跟蹤系統”軟件（于2011年研發并經過項目實際驗證）。將各類構件賦予尺寸、型號、材料等約束參數并寫入計算機，現場管理者能即時跟蹤了解鋼結構構件的深化、下單、生產、驗收、發車、進場、存放、安裝等實時情況，使每個環節的運作得到更加合理的調整。

鋼結構構件編號數據

過程監控

在模擬拼裝過程中，可將雨棚鋼結構進度計劃同步鏈接到虛擬施工進度模擬過程，將空間信息與時間信息整合在1個可視的4D（3D+Time）模型中，直觀、精確反映整個雨棚鋼結構的吊裝過程。

利用BIM軟件 重點監控進度執行情況，計算機協助完成雨棚安裝施工進度工程的動態管理。當系統采集的進度執行情況與計劃情況不一致時，系統自動檢查計劃進度的正確性，如發現計劃有誤，將自動停止任務，并提示返回修正進度計劃；如果判斷為進度滯后，系統主動提示趕工措施，并持續跟蹤、反饋。

BIM技術適用于施工進度動態管理，關鍵在于BIM 模型的建立及對應模塊的信息數據收集處理。吊裝完成后，根據4D施工模擬，北側分區1雨棚計劃完成工期與實際現場實施工期模擬基本相符。

吊裝完成后4D施工模擬在佛山西站鋼結構雨棚施工中，BIM體現出顯著優勢。通過建模，將雨棚鋼結構拼裝、滑移、就位體系轉換過程實現可視化，雨棚鋼結構深化設計、建造、安裝過程中的溝通、討論、決策得以在可視化的狀態下進行。在雨棚鋼結構施工前，根據設計、施工組織安排模擬施工，確定合理的施工方案、工序步驟并指導施工；將工效信息錄入，實現雨棚鋼結構安裝全過程的動態進度管理。設計、施工、運營是不斷優化的過程，BIM提供了更直觀的優化平臺

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