佛山西站钢结构雨棚BIM应用

BIM技术在铁路建设中全面推广，促使高铁建设向精细化施工、标准化建设方向发展，进而提高建设管理水平。高铁佛山西站建设项目顺应高铁标准化建设发展需要，在工程建设管理中采用BIM技术，局部实现了可视化工程建设管理。

佛山西站位于佛山市南海区，是广州铁路枢纽四大主客站之一，是广佛都市圈面向西南地区辐射的重要节点，也是国家发展和改革委员会确定的高铁引领地方经济发展模式的重要试点项目。

佛山西站车场区域为“桥建合一”结构，总规模为10台23道，站房总建筑面积6.8万平方米。佛山地铁3号线和4号线垂直引入佛山西站地下。佛山西站被打造成集铁路、地铁及城市公交等多种方式为一体的综合交通枢纽站。

佛山西站无站台柱钢结构雨棚采用箱型钢管混凝土柱，交叉单层网壳结构，雨棚顺轨方向210.1m跨7孔梁板，垂轨方向连续10拱跨越23股道，建筑面积51065平方米。为满足贵广高铁、南广高铁（2014年底开通）、佛肇城际铁路（2016年3月底开通）、全站（2017年6月底全面投产）等不同节点要求和运输需求，无站台柱钢结构雨棚被划分为三大区域分期安装实施（分区1→分区2→分区3）。

无站台柱雨棚分区安装顺序

雨棚安装方案比选

依据分块安装实施思路，结合现场实际，对分区1雨棚具体安装方案提出原位拼装、整体滑移、累积滑移3种思路。

原位拼装

传统原位拼装优点：作业灵活、可多点开发、临时措施简单。而在“桥建合一”的佛山西站，原位拼装的优势荡然无存。起重设备置于承轨层，“桥梁+框架梁板”结构的承轨层决定起重设备、运输设备的载重能力和荷载传递方式；安装和运输占用同一条纵向通道，限制了多点施工；杆件交织的网壳结构严重制约了起重设备作业范围和起重能力。

分析：成本低、质量难控、作业条件困难、工期不可控。

BIM模拟原位拼装

整体滑移

整体滑移能有效解决原位拼装条件差的困难，拼装质量易控制，且纳入关键工序（整体滑移）工期短。

分区1雨棚整体滑移的拼装场地布置于站场北侧，该区域投影为220m×80m，拼装架空高度达35m。现实困难：（1）拼装胎架和顶推滑移措施复杂，投资巨大；（2）雨棚拼装、承轨层施工、地铁建设同步推进，相互干扰大，且共用运输通道安全隐患大；（3）该整体滑移方案只适应分区1雨棚。

分析：成本高、质量易控、存在一定安全风险、作业条件较好、工期短。

累积滑移

在前2种基础上，研究累积滑移，在钢结构雨棚端头设置固定拼装胎架，利用塔吊拼装钢结构雨棚，完成1节滑移1节，直至所有结构就位。

累积滑移模拟施工

由跨端向中心同向累积滑移的方法

东侧滑移4跨，西侧滑移3跨

BIM技术深化设计

为便于安装施工，采取BIM技术重点对钢结构雨棚分块安装的网壳纵、横向接口等部位进行深化设计。

网壳纵向接口处理

无站台柱雨棚分块安装，在后续安装钢结构雨棚的滑移模拟时，区与区交接处的连接杆件受柱头铸钢节点牛腿影响，采取预留嵌补形式，滑移分块杆件与铸钢柱头相对间隙控制在300mm左右，待该区网壳滑移到位后，安装分区间嵌补构件。

纵向接口嵌补段平面设置

纵向接口嵌补段设置

网壳横向接口处理

北侧分区1雨棚采取东西相向累积滑移合拢方案，BIM模拟拼装发现合拢位置的钢柱柱头和横轨方向主拱管已放在西侧第1个滑移单元里，故东侧第1个拼装单元没有对应的钢柱和横轨向主拱管，杆件开口呈自由悬挑状，为保证结构稳定性，研究采用加设连接拱管加固。

加固方法：在距端口向内1个节点处，沿网壳圆弧面上方加设加固钢管，管径为219mm×6，加固钢管与网壳每个相交节点处相贯连接，连接钢管采用180mm×6，中心高度约450mm。

横向接口加固杆件

分块后的侧向水平力处理

由于网壳呈圆弧状，最大矢高达6m左右，结构受重力产生下挠，网壳滑移出胎架至就位前均处于自由状态，受自质量影响对两侧产生侧向水平力，易形变。

在拼装胎架范围内，滑移导梁设置为双轨形式，承担导轨和抵抗水平推力的作用；网壳滑出胎架范围，采取在主拱拱脚设置预应力张拉来抵抗网壳水平侧向力。

主拱拱脚预应力张拉设置

安装施工模拟

优化施工组织

BIM技术的一项重要功能就是实现虚拟施工，即在计算机上执行虚拟模型建造过程，对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测。因该区钢结构雨棚受佛肇城际铁路开通因素影响，工期紧迫，通过BIM技术对雨棚累积滑移拼装进行模拟施工，重点研究各工序及工序衔接是否存在再优化的可能性。经模拟发现累积滑移全过程均布置于关键线路上，单向累积滑移无法满足进度要求，最终采用由跨端向中心同向累积滑移的方法，将单端滑移优化为两端滑移。

优化工序流程

在利用BIM技术对钢结构模拟吊装工序优化调整过程中，发现钢结构构件从加工下单、下料生产直至到场安装期间的各环节中，因人员手写输入操作下单失误或构件批号发货错误等现象的风险因数很大，而且直接影响总体进度。

结合项目管理需求，在BIM软件建模同时，引入1套用于监控钢结构构件的深化、下单、生产、验收、发车、到场、存放、安装情况的“材料跟踪系统”软件（于2011年研发并经过项目实际验证）。将各类构件赋予尺寸、型号、材料等约束参数并写入计算机，现场管理者能即时跟踪了解钢结构构件的深化、下单、生产、验收、发车、进场、存放、安装等实时情况，使每个环节的运作得到更加合理的调整。

钢结构构件编号数据

过程监控

在模拟拼装过程中，可将雨棚钢结构进度计划同步链接到虚拟施工进度模拟过程，将空间信息与时间信息整合在1个可视的4D（3D+Time）模型中，直观、精确反映整个雨棚钢结构的吊装过程。

利用BIM软件重点监控进度执行情况，计算机协助完成雨棚安装施工进度工程的动态管理。当系统采集的进度执行情况与计划情况不一致时，系统自动检查计划进度的正确性，如发现计划有误，将自动停止任务，并提示返回修正进度计划；如果判断为进度滞后，系统主动提示赶工措施，并持续跟踪、反馈。

BIM技术适用于施工进度动态管理，关键在于BIM 模型的建立及对应模块的信息数据收集处理。吊装完成后，根据4D施工模拟，北侧分区1雨棚计划完成工期与实际现场实施工期模拟基本相符。

吊装完成后4D施工模拟

在佛山西站钢结构雨棚施工中，BIM体现出显著优势。通过建模，将雨棚钢结构拼装、滑移、就位体系转换过程实现可视化，雨棚钢结构深化设计、建造、安装过程中的沟通、讨论、决策得以在可视化的状态下进行。在雨棚钢结构施工前，根据设计、施工组织安排模拟施工，确定合理的施工方案、工序步骤并指导施工；将工效信息录入，实现雨棚钢结构安装全过程的动态进度管理。设计、施工、运营是不断优化的过程，BIM提供了更直观的优化平台。