探索BIM技術(shù)在福州地鐵機(jī)電工程中的應(yīng)用

黃道營

(福州市地鐵建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站 福建福州 350011)

0 引言

地鐵機(jī)電工程不同于傳統(tǒng)的建筑工程，它不僅包括建筑工程中的水電、暖通、電氣等工程，同時(shí)還包括鐵路工程中的通信、信號(hào)、軌道等，系統(tǒng)多且復(fù)雜。在機(jī)電設(shè)備安裝過程中，往往存在設(shè)備多、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備材料運(yùn)輸安裝工程量大、工藝要求高、管線綜合布置難度大、送電調(diào)試工期緊等[1]，造成多個(gè)專業(yè)協(xié)調(diào)難度大，施工困難，整體質(zhì)量、安全難以保障，在施工中出現(xiàn)的問題比較多。BIM技術(shù)出現(xiàn)為解決這些問題提供了很好的幫助。

1 BIM簡介

1.1 涵義

BIM，即建筑信息模型，BIM施工技術(shù)顧名思義建筑信息模型與施工相結(jié)合，即建筑信息模型在建筑施工過程中的應(yīng)用。把BIM技術(shù)引入到建筑工程，對(duì)提升施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管理、優(yōu)化變更成本及減少錯(cuò)漏、提高生產(chǎn)率、加快工程進(jìn)度、構(gòu)建綠色建筑等均具有積極的意義。

1.2 優(yōu)點(diǎn)和潛力

BIM技術(shù)作為建筑施工管理的一種輔助手段，可全過程地運(yùn)用于建筑管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，能夠更好地對(duì)建筑全壽命過程進(jìn)行管理，對(duì)質(zhì)量、安全、進(jìn)度、造價(jià)等進(jìn)行智能控制，對(duì)多專業(yè)工序、工種進(jìn)行協(xié)同管理，提高工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 國內(nèi)外發(fā)展情況

BIM實(shí)踐最初主要由北歐的芬蘭、挪威及新加坡等國家所主導(dǎo)，美國等一些發(fā)達(dá)國家緊隨其后。經(jīng)過長期的醞釀及實(shí)踐，BIM在美國逐漸成為主流，并對(duì)包括中國在內(nèi)的其他國家BIM實(shí)踐產(chǎn)生影響。如今，BIM應(yīng)用在國外已經(jīng)相當(dāng)普及[2]，其中英國政府更是發(fā)文要求截至2016年，全面協(xié)同3D-BIM強(qiáng)制使用BIM。

我國BIM發(fā)展目前還處于起步階段，潛力巨大。國家和地方政府均重視BIM的發(fā)展，其中住建部《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中談到“十三五時(shí)期，全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力” “普及項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)，開展施工階段的BIM基礎(chǔ)應(yīng)用。有條件的企業(yè)應(yīng)研究BIM應(yīng)用條件下的施工管理模式和協(xié)同工作機(jī)制，建立基于BIM的項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)”[2]。上海市作為全國首個(gè)發(fā)布BIM政策的省級(jí)政府，至2014年開始先后發(fā)布包括《關(guān)于在本市推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》等多個(gè)BIM技術(shù)推廣政策。其他如北京、天津、浙江、黑龍江、深圳、成都、濟(jì)南等省市地方政府也不同程度推出相關(guān)政策，推進(jìn)BIM技術(shù)在地方區(qū)域的發(fā)展。如表1所示。

表1 部分推行BIM技術(shù)的政策匯總

2 工程概述

根據(jù)《福州市城市總體規(guī)劃(2017-2035年)》，福州市軌道交通線網(wǎng)將由14條地鐵線路組成，其中地鐵2號(hào)線西起閩侯縣蘇洋村，東至?xí)x安區(qū)鼓山鎮(zhèn)，整體呈東西走向，線路全長30.167km，均為地下敷設(shè)。全線共設(shè)車站22座，1個(gè)停車場(chǎng)，1個(gè)車輛段，其中換乘車站5座，如圖1所示。目前，2號(hào)線主體已大部分完工，進(jìn)入機(jī)電(安裝)施工階段。項(xiàng)目的機(jī)電工程主要包括通風(fēng)空調(diào)、給排水與消防、動(dòng)力照明、信號(hào)、通信、BAS、FAS等。

圖1 福州地鐵2號(hào)線示意圖

因基于傳統(tǒng)二維圖紙的機(jī)電安裝工程中，由于安裝空間狹窄或管線過于密集等方面原因，施工現(xiàn)場(chǎng)存在著大量的“錯(cuò)漏碰缺”現(xiàn)象，不同專業(yè)的管線交叉碰撞嚴(yán)重，導(dǎo)致安裝空間嚴(yán)重不足或安裝效果極差，給機(jī)電工程項(xiàng)目管理造成了很大困擾。同時(shí)，由于采用二維尺寸圖，圖紙繁且復(fù)雜，尺寸多變，容易造成安裝偏差，造成既影響使用功能又影響感官質(zhì)量，此種情況下，為有效解決上述難點(diǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、管理壓力，2號(hào)線部分站點(diǎn)采用BIM技術(shù)以走出遇到的管理困境。采用Revit、Rebro等軟件進(jìn)行BIM建模，主要實(shí)現(xiàn)BIM的工廠化預(yù)制，并指導(dǎo)工程施工，能夠在施工前提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)矛盾，優(yōu)化管線布設(shè)，降低后期施工返工率，節(jié)省變更費(fèi)用。通過方案設(shè)計(jì)、擴(kuò)初和深化施工圖設(shè)計(jì)，利用Revit、Rebro等軟件對(duì)管線布置進(jìn)行BIM建模，模擬機(jī)電設(shè)備的安裝順序，模擬不同專業(yè)安裝可能存在的碰撞問題，在實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制化的同時(shí)，提高機(jī)電工程安裝準(zhǔn)確度，降低工程成本，提升施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化水平。

3 BIM應(yīng)用過程

3.1 BIM實(shí)施步驟

第一，收集結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電安裝等各專業(yè)CAD圖紙，在完成結(jié)構(gòu)及建筑模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)二維圖紙進(jìn)行BIM管線建模。

第二，根據(jù)管線綜合圖紙，對(duì)管線模型進(jìn)行優(yōu)化排布，消除碰撞，生成管綜模型。

第三，在管線綜合模型的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)管三通、彎頭等異形件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)水管構(gòu)件、橋架、支吊架按照工廠化加工要求添加標(biāo)準(zhǔn)族庫構(gòu)件，保證管件、閥門等構(gòu)件與實(shí)物一致，使模型能夠達(dá)到工廠化加工水平。

第四，由業(yè)主組織各參建方及專家組對(duì)BIM模型進(jìn)行審查，審查修改完成后，對(duì)BIM模型圖進(jìn)行會(huì)簽、封模。

最后，對(duì)管線模型進(jìn)行定長分割、編碼，并發(fā)工廠進(jìn)行預(yù)制化加工，如圖2所示。

圖2 BIM技術(shù)實(shí)施流程

3.2 主要應(yīng)用范圍

在機(jī)電項(xiàng)目施工過程中，BIM技術(shù)主要運(yùn)用以下5個(gè)方面：

(1)機(jī)電管線綜合排布、風(fēng)水電設(shè)備機(jī)房深化設(shè)計(jì);

(2)墻體孔洞的精確預(yù)留、預(yù)埋件的精準(zhǔn)布設(shè);

(3)水管、風(fēng)管、橋架、綜合支吊架等工廠化預(yù)制；消防泵房，環(huán)控機(jī)房裝配式安裝;

(4)利用3D掃描技術(shù)，通過虛實(shí)對(duì)比查漏補(bǔ)缺，實(shí)現(xiàn)3D掃描技術(shù)與BIM模型相結(jié)合，保證模型與實(shí)體一致;

(5)三維建模，確保尺寸精確，施工看圖過程簡單明了，減少誤差操作，減少后期變更及養(yǎng)護(hù)成本。

管綜建模如圖3所示。

圖3 BIM技術(shù)管綜建模

4 BIM技術(shù)應(yīng)用效益

4.1 技術(shù)效益

地鐵項(xiàng)目機(jī)電工程往往具有工程量大、工作環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，在以往施工中，經(jīng)常會(huì)遇到材料運(yùn)輸管理困難、多專業(yè)交叉施工溝通協(xié)調(diào)難度大、工人野蠻施工現(xiàn)象多、質(zhì)量安全隱患大等一系列問題，運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行三維可視管理，可以最大限度地降低施工管理過程中一些不確定因素產(chǎn)生：

(1)能夠?qū)υ倪M(jìn)行統(tǒng)籌管理，通過歸集材料耗量等，建立主要材料數(shù)據(jù)庫；

(2)通過對(duì)工程材料的工廠化加工和模塊化安裝，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化施工作業(yè)；

(3)能夠精準(zhǔn)按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)機(jī)電工程孔洞、管線布置等進(jìn)行綜合優(yōu)化，在提升工效的同時(shí)降低了反復(fù)拆裝造成的材料、人員、時(shí)間浪費(fèi)；

(4)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的可視化監(jiān)控，使工程進(jìn)度管理更加科學(xué)，有效解決機(jī)電項(xiàng)目中多專業(yè)交叉施工問題；

(5)能夠有效減少中間變更手續(xù)，提升施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)水平；

(6)在地鐵機(jī)電施工領(lǐng)域形成了標(biāo)準(zhǔn)化模式，對(duì)優(yōu)化項(xiàng)目資源配置，提升工程質(zhì)量安全具有重要意義。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景照片如圖4～圖6所示。

圖4 某站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)墻體孔洞預(yù)留

圖5 現(xiàn)場(chǎng)成品工廠化預(yù)制

圖6 現(xiàn)場(chǎng)管線綜合排布

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

實(shí)施BIM意味著企業(yè)前期要增加投入，包括購買軟硬件、聘請(qǐng)專業(yè)人才等，但根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施BIM后期，“隨著相應(yīng)生產(chǎn)效率的提高，BIM產(chǎn)生的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益將逐步顯現(xiàn)，并對(duì)企業(yè)產(chǎn)生長期的影響”[3]。美國斯坦福大學(xué)整合設(shè)施工程中心(CIFE)根據(jù)32個(gè)項(xiàng)目總結(jié)使用BIM技術(shù)產(chǎn)生的效果：“能夠消除40%預(yù)算外變更，能夠把造價(jià)估算控制在3%精確度范圍內(nèi)；造價(jià)估算耗費(fèi)的時(shí)間縮短80%；通過發(fā)現(xiàn)和解決沖突，將合同價(jià)格降低10%；項(xiàng)目時(shí)限縮短7%，及早實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)”。地鐵2號(hào)線共設(shè)22站，經(jīng)測(cè)算，節(jié)約的成本也相當(dāng)可觀。

4.2.1可節(jié)約的成本

(1)風(fēng)管

每個(gè)站大約7000m2，人工制作需要3個(gè)大工，3個(gè)小工，4個(gè)月完成一個(gè)車站

單個(gè)車站人力成本：(3×260+3×200)×30×4=16.5萬元

22個(gè)車站：16.5×22=364.5萬元

機(jī)械加工每天800m2，每個(gè)站大約9d完成，成本：(3×260+3×200)×9=12.4萬元

22個(gè)車站：12.4×22=27.3萬元

節(jié)約成本：364.5-27.3=337.2萬元

(2)橋架

每個(gè)站大約20萬元，使用BIM后材料成本節(jié)約率約為12%(通過優(yōu)化路徑和科學(xué)下料節(jié)約)

節(jié)約成本 20×12%×22=52.8萬元

(3)水管

每個(gè)站大約110萬元，使用BIM后材料成本節(jié)約率約為8%(通過優(yōu)化路徑和科學(xué)下料節(jié)約)

節(jié)約成本：110×8%×22=193.6萬元

(4)采用BIM后實(shí)現(xiàn)了孔洞精準(zhǔn)預(yù)留

使用傳統(tǒng)的綜合管線藍(lán)圖孔洞預(yù)留準(zhǔn)確率為70%,采用BIM孔洞預(yù)留準(zhǔn)確率為96%，準(zhǔn)確率提高了26%，避免了孔洞預(yù)留不準(zhǔn)確導(dǎo)致后期重新施工成本，每個(gè)站節(jié)約6萬元

節(jié)約成本：22×6=132萬元

(5)使用BIM后提高的施工效率

使用BIM前每個(gè)站的施工周期約為7個(gè)月，使用BIM每個(gè)站的施工周期縮短了1.5個(gè)月，節(jié)省了人力成本。每個(gè)站總計(jì)施工成本為300萬元。

1個(gè)站節(jié)約成本 300/(7-1.5)=54.5萬元

節(jié)約成本：54.5×22=1199萬元

4.2.2需增加投入

(1)購置風(fēng)管加工廠設(shè)備總計(jì)150萬元，設(shè)備折舊率為每年20%，最終殘值為50萬元。2號(hào)線生產(chǎn)風(fēng)管需要1年，折舊費(fèi)：

(150-50)×20%=20萬元

(2)風(fēng)管運(yùn)輸費(fèi)

由加工廠送至現(xiàn)場(chǎng)，每個(gè)站需運(yùn)送風(fēng)管25趟，每趟產(chǎn)生成本500元。

累計(jì)成本：500×25×22=27.5萬元

(3)BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)投入

采用BIM，技術(shù)團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)投入30號(hào)人，每人工資每年15萬元計(jì)，產(chǎn)生費(fèi)用。

30×15=450萬元

(4)軟硬件購買及更新維護(hù)

購買各項(xiàng)軟硬件及后期維護(hù)預(yù)計(jì)投入100萬元。

4.2.3累計(jì)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

22個(gè)站累計(jì)約節(jié)約成本：337.2+52.8+193.6 +132+1199-20-27.5-450-100=1317.1萬元。

4.3 安全及社會(huì)效益

采用BIM后，施工材料采用工廠化預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)的噪音及使用加工機(jī)具帶來的安全隱患，極大改善了現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境。

同時(shí)，由于地鐵工程等均為民生工程，投資大、工期緊、社會(huì)關(guān)注度高，采用BIM技術(shù)，能夠有效加強(qiáng)各方面管理，對(duì)減少工程損耗、節(jié)約投資、加快進(jìn)度及確保施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全、文明均具有重大的意義。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)的最大魅力在于做好前期工作，后期即可產(chǎn)生不可估量的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。福州地鐵BIM技術(shù)的應(yīng)用尚處于探索階段，深度及潛力還有待挖掘，從目前運(yùn)用部分來看,其作為一種新興技術(shù)和工具，優(yōu)勢(shì)明顯且潛力巨大，具有很大的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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