基于BIM的數(shù)字化建造技術(shù)在地鐵機(jī)電工程中的應(yīng)用

摘 要：針對(duì)地鐵機(jī)電工程特點(diǎn)，空間狹小，系統(tǒng)多，本文利用BIM技術(shù)、數(shù)字化建造技術(shù)、裝配式施工技術(shù)，利用經(jīng)優(yōu)化的BIM管線綜合模型，輔以3D掃描、紅外放線設(shè)備核實(shí)現(xiàn)場尺寸并為加工、裝配提供定位信息，極大地提高了地鐵加工施工數(shù)字化水平，一定程度上降低了施工成本。

關(guān)鍵詞：BIM;數(shù)字化建造;地鐵工程;機(jī)電工程

Abstract：In view of the characteristics of Metro MEP Project， the space is small and the system is many. This paper use BIM technology， digital construction technology and assembly construction technology， the optimized CSD BIM model， and verify the field size with 3D scanning and infrared line equipment， provide positioning information for processing and assembly， which greatly improves the subway processing. The construction digitalization level reduces the construction cost to a certain extent.

Key Words：BIM，Digital construction，Metro Engineering，MEP project

1 引言

成都地鐵1號(hào)線三期工程包括北段、支線段、南段三部分，正線全長18.692km，全為地下線，共設(shè)車站14座，其中換乘站8座。1號(hào)線三期工程在香山站西側(cè)新建主變電所一座，同時(shí)對(duì)皂角樹車輛段進(jìn)行改造。成都地鐵1號(hào)線三期工程香山站，車站總建筑面積13484.35m2;段家山站，總建筑面積10430m2;車站總建筑面積13772m2;區(qū)間長度：從麓山南站與香山站區(qū)間中心里程至武漢路站與寧波站區(qū)間中心里程，全長3.88km。

香山站為1號(hào)線三期首期工程南段第四個(gè)車站，站后設(shè)置雙停車線，為小交路折返站。 車站北側(cè)橫跨規(guī)劃下穿路，該交叉路口處有遠(yuǎn)期規(guī)劃互通立交，本站預(yù)留與立交橋西側(cè)南北匝道人行通道的連接通道及出入口。車站采用明挖順筑法施工，其中小里程端盾構(gòu)始發(fā)，大里程段盾構(gòu)接收。

本站設(shè)置有A、B、C、D四個(gè)出入口、無障礙出入口、消防疏散口以及1、2號(hào)兩個(gè)風(fēng)亭組。

2 主要思路

為了打造智能化地鐵建造工程，我們在香山站及香山至段家山區(qū)間開展全站、全區(qū)間BIM技術(shù)示范應(yīng)用，從基于BIM的二次深化與建模、基于BIM的碰撞檢測及調(diào)整、BIM出圖指導(dǎo)施工、基于BIM的數(shù)字化加工與安裝等方面進(jìn)行應(yīng)用。過程中通過建立的模型，進(jìn)行施工方案比選、施工方案模擬、施工工序模擬等將前期問題全部解決，并利用虛擬漫游、VR、手持終端、3D掃描等，能夠讓施工員和工人身臨其境，切身感受感受到綜合管線的排布，更加直觀地排除碰撞問題，從實(shí)體感官中準(zhǔn)確定位設(shè)備的安裝位置以及運(yùn)輸通道，提高施工效率。

3 應(yīng)用點(diǎn)

3.1 基于BIM的二次深化與建模

本項(xiàng)目二次深化除了常規(guī)的通風(fēng)空調(diào)、給排水、動(dòng)力照明外，還涵蓋了氣滅、FAS、BAS、多聯(lián)機(jī)、通信、信號(hào)等系統(tǒng)專業(yè)，還包括香段區(qū)間的BIM建模，通過采用BIM技術(shù)，進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)。

地鐵車站空間狹小，設(shè)備眾多，在狹窄的工作面中，施工很難一次順利安裝完成，香山站采用BIM技術(shù)的三維優(yōu)化，綜合考慮全專業(yè)、全設(shè)備，提前考慮風(fēng)機(jī)的吊裝、管道的保溫、風(fēng)機(jī)的接線、風(fēng)閥的檢修、吊架的施工要求，有效地降低了施工難度，實(shí)現(xiàn)零返工。

由于現(xiàn)場施工分專業(yè)分工序進(jìn)行，通過平面圖，我們很難預(yù)見可能出現(xiàn)的未知阻礙，更是無法控制現(xiàn)場碰撞致使的二次拆改，最終可能出現(xiàn)無法正常安裝與檢修的情況。運(yùn)用BIM進(jìn)行深度優(yōu)化，與廠家到貨設(shè)備進(jìn)行符合，與現(xiàn)場保持一致，通過初期的方案模擬，避免無法檢修操作的情況。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)VR應(yīng)用

建立BIM模型，導(dǎo)入VR設(shè)備，應(yīng)用VR設(shè)備，能夠讓施工員和工人身臨其境，切身感受感受到綜合管線的排布，更加直觀地排除碰撞問題，從實(shí)體感官中準(zhǔn)確定位設(shè)備的安裝位置以及運(yùn)輸通道，提高施工效率，減少施工過程中不必要的麻煩。

3.3 BIM出圖指導(dǎo)施工

BIM出圖包括：

綜合管線圖、專業(yè)圖、預(yù)留孔洞圖、基礎(chǔ)定位圖、預(yù)制加工詳圖、預(yù)制加工構(gòu)件裝配圖等。

經(jīng)過碰撞檢查，凈高優(yōu)化，漫游工序后，機(jī)電各專業(yè)BIM模型尺寸、位置、標(biāo)高已經(jīng)確定，可直接導(dǎo)出各專業(yè)二維圖，且?guī)в袦?zhǔn)確、清晰的標(biāo)注，表達(dá)清晰，效果突出，可直接指導(dǎo)施工，針對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，可導(dǎo)出剖面圖和三維圖，進(jìn)一步輔助施工人員理解施工圖紙，保障施工準(zhǔn)確無誤進(jìn)行（見圖6）。

3.4 3D掃描

三維激光掃描生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)軟件處理，即可轉(zhuǎn)換為BIM模型數(shù)據(jù)，進(jìn)而可立即與設(shè)計(jì)的BIM模型進(jìn)行精度對(duì)比，找出模型不同的，對(duì)BIM模型進(jìn)行調(diào)整，保證BIM模型的可行性。

3.5 裝配式機(jī)房施工

為保證施工工期，香山站機(jī)房采用裝配式施工，通過BIM模型模擬進(jìn)行方案比選、并通過BIM模型模擬施工，通過BIM技術(shù)分段預(yù)制，采用場外預(yù)制加工、現(xiàn)場組裝的方式，全過程指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

裝配式機(jī)房簡介：香山站冷水機(jī)房面積220平米，機(jī)房內(nèi)設(shè)備有冷水機(jī)組兩臺(tái)，冷凍及冷卻水泵各兩臺(tái)，分集水器各一臺(tái)，群控柜一臺(tái)，送/補(bǔ)風(fēng)機(jī)一臺(tái);主要管線包含冷凍及冷卻水管，排風(fēng)兼排煙風(fēng)管、送補(bǔ)風(fēng)風(fēng)管，動(dòng)照橋架，消火栓管道及壓力排水管道。

實(shí)施裝配式機(jī)房施工重點(diǎn)在于方案的最優(yōu)化，我們通過對(duì)擬安排的三個(gè)方案進(jìn)行如下對(duì)比分析（見表1）。

以上各方案經(jīng)項(xiàng)目部各專業(yè)人員認(rèn)真分析后，最終選用方案三作為機(jī)房的最終方案。主要結(jié)論如下：

（1）設(shè)備及管線布置滿足專業(yè)技術(shù)要求;。

（2）管道排布及標(biāo)高合理，整體布局觀感較好。

（3）設(shè)備布置合理，機(jī)房人行通道及檢修空間較好。

（4）對(duì)后續(xù)裝配施工在管道運(yùn)輸及施工機(jī)械的使用有較好的保障。

（5）在細(xì)節(jié)或細(xì)部做法上更具優(yōu)勢，從整體到局部都更顯合理。

（6）少量管道增加，對(duì)成本的影響較小。

4 ?結(jié)束語

本項(xiàng)目通過應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)香山站整個(gè)車站的管線進(jìn)行了排布，制冷機(jī)房作為裝配式機(jī)房試點(diǎn)，結(jié)合BIM排布、模型分解等指導(dǎo)現(xiàn)場施工，本項(xiàng)目BIM應(yīng)用主要有以下成果。

4.1 ?基于BIM的二次深化與建模

本項(xiàng)目建模包括車站及區(qū)間，涉及機(jī)電所有專業(yè)，還包括設(shè)備區(qū)裝修及公共區(qū)裝修，建模范圍涵蓋全站、區(qū)間及各個(gè)專業(yè)。

通過采用三維軟件創(chuàng)建模型，進(jìn)行機(jī)電專業(yè)的深化設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行管線綜合布置，合理利用空間，解決管線碰撞，為實(shí)際解決問題提供參考，避免現(xiàn)場的管線碰撞和返工現(xiàn)象，全程指導(dǎo)施工。

4.2 ?基于BIM的碰撞檢測及調(diào)整

本項(xiàng)目通過BIM進(jìn)行綜合管線排布，共解決碰撞51處碰撞，將問題消滅于施工前。

4.3 ?BIM出圖指導(dǎo)施工

BIM出圖包括：綜合管線圖、專業(yè)、預(yù)留孔洞、基礎(chǔ)定位等。通過機(jī)電各專業(yè)BIM模型尺寸、位置、標(biāo)高，可直接導(dǎo)出各專業(yè)二維圖，可直接指導(dǎo)施工，針對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，可導(dǎo)出剖面圖和三維圖，進(jìn)一步輔助施工人員理解施工圖紙，保障了施工準(zhǔn)確無誤進(jìn)行。

4.4 ?裝配式機(jī)房施工

（1）節(jié)省工期。香山站制冷機(jī)房采用BIM排布，管線在場外預(yù)制加工，在現(xiàn)場機(jī)房不具備機(jī)電管線安裝的條件下，提前進(jìn)行加工，現(xiàn)場墻體砌筑、設(shè)備基礎(chǔ)澆筑完成后，直接進(jìn)行管線安裝。香山站設(shè)備4月底全部到場，4月初就已開始場外加工，5月5日現(xiàn)場具備管線安裝條件，24小時(shí)完成管線設(shè)備大面積安裝完成，大大節(jié)約了工期。風(fēng)管采用數(shù)字化加工，節(jié)約了加工周期，提高制作效率，也縮短了工期。

（2）節(jié)能環(huán)保。制冷機(jī)房施工現(xiàn)場基本無焊接施工，管道分段均在閥部件法蘭連接處，避免了地鐵地下施工空氣不流通對(duì)現(xiàn)場的污染。

（3）節(jié)約成本。風(fēng)管均采用數(shù)字化加工，大大節(jié)約了人工成本，提高了制作效率，保證了現(xiàn)場施工進(jìn)度，制冷機(jī)房水管場外批量加工節(jié)省人工。

本項(xiàng)目作為成都軌道交通BIM示范項(xiàng)目，為實(shí)現(xiàn)在成都軌道交通基于BIM的全壽命周期管理進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段入手，施工、運(yùn)維等階段的管理。統(tǒng)籌、推動(dòng)，明確平臺(tái)詳細(xì)功能及各單位職責(zé)，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)階段，施工階段的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、物資、成本等方面，到運(yùn)維階段設(shè)備管理、資產(chǎn)管理、運(yùn)營管理、人員管理等方面進(jìn)行管理，過程中按要求時(shí)實(shí)更新BIM平臺(tái)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)基于BIM的全生命周期管理。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

王克簫，中鐵建工集團(tuán)安裝工程有限公司總經(jīng)理，高級(jí)工程師。