BIM技術在大型高鐵綜合客運樞紐機電安裝中的應用

龍道杰，王步云

（中鐵四局集團管理研究院，安徽合肥 230041）

0 引言

隨著BIM技術作為建筑行業(yè)一項新技術、新工藝的不斷推廣，大量的建筑企業(yè)通過不斷探索與實踐，特別是與設計、施工過程的深入融合，積累了寶貴的應用經(jīng)驗，為機電安裝優(yōu)化、安全分析提供了更加有效和可靠的技術手段［1-2］。

基于BIM技術提前進行設計圖紙偵錯，同時三維模擬分析能夠有效規(guī)避機電安裝過程中的管線交叉碰撞、管線排布混亂、安裝不符合規(guī)范等現(xiàn)象，能避免返工造成的經(jīng)濟損失和工期延誤、以及傳統(tǒng)管理造成的質量缺陷，達到設備排布合理、管線走向整齊美觀，同時提高機電安裝效率與質量［3-5］。

1 項目概述

1.1 工程概況

淮安高鐵綜合客運樞紐工程位于淮安市生態(tài)文旅區(qū)，是連接連鎮(zhèn)高鐵、徐鹽高鐵、寧淮城際鐵路、淮蚌城際鐵路、京滬高鐵二線5條高等級鐵路的全國鐵路客運樞紐站，是快速連通蘇北、蘇中、蘇南的交通樞紐和換乘中心，項目占地面積約17萬m2，總投資約150 613萬元。

項目包含站前廣場及地下空間工程，站前廣場占地面積約5.7萬m2，地下空間為地下3層鋼筋混凝土結構，總建筑面積187 196.7 m2（其中人防工程16 310 m2），長225 m、寬256 m。負1層為社會停車場、出租車蓄車場及公交車站，高6.0 m；負2層及負3層為社會車場、高4.2 m，共有2 000多個泊車位，可實現(xiàn)高鐵、社會車輛、城市軌道交通等多種交通方式的無縫換乘。淮安高鐵綜合客運樞紐工程效果見圖1。

圖1 淮安高鐵綜合客運樞紐工程效果圖

1.2 技術難點

（1）項目為大型地下空間工程，內部交通疏散線路復雜，需同時滿足公交車輛、社會車輛通行要求，對機電管線安裝凈空要求控制嚴格。

（2）機電安裝體量大、專業(yè)多且管線排布交叉密集。機電專業(yè)含變配電系統(tǒng)、強弱電系統(tǒng)、消防與給排水系統(tǒng)、暖通空調系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等各類機電設備1 492臺套和相應管線。

（3）項目工期緊張，實際施工僅1年（機電安裝僅3個月），采用多家施工隊伍交叉作業(yè)增加了管理難度。

1.3 措施

針對以上技術難點，采用BIM技術輔助現(xiàn)場管理，提出以下措施：

（1）通過建立機電全專業(yè)項目，對項目重點區(qū)域進行凈空分析與檢查，保證凈空達到設計通行要求。

（2）整合機電BIM模型，針對機房出口、車道上方、管道井內部等管線密集區(qū)域進行碰撞檢查分析，提前解決管線交叉現(xiàn)象，合理排布管線走向。

（3）根據(jù)各個施工隊伍的作業(yè)范圍，將BIM模型拆分成若干區(qū)域，明確各自施工范圍與管線預留接口位置，合理安排工序工時，避免作業(yè)沖突。

2 機電BIM應用原則

2.1 機電深化原則

（1）滿足深化設計施工規(guī)范。機電管線綜合應保持各專業(yè)系統(tǒng)設計原意，保證各個系統(tǒng)正常使用功能。滿足業(yè)主對建筑空間要求及建筑本身的使用功能的情況下，遵循大管優(yōu)先布置、臨時管道避讓長久管道、有壓管道避讓無壓管道、金屬管道避讓非金屬管道、附件少的管道避讓附件多的管道、管線交叉考慮低成本管道翻彎等要求［6］。

（2）合理利用空間。機電管線的布置應在滿足使用功能、路徑合理、方便施工、盡可能降低施工成本的原則下集中布置，系統(tǒng)主管線布置于公共空間區(qū)域。

（3）滿足施工和維修空間。充分考慮系統(tǒng)調試、檢測和維修等要求，合理確定各種設備、管線、閥門和開關的具體尺寸和安裝空間，避免管線碰撞。

（4）滿足裝飾吊頂。機電管線綜合布置應充分考慮機電安裝完成后各個區(qū)域的凈高要求，特別是走廊、商業(yè)區(qū)域，在無吊頂區(qū)域（如車庫、設備房等）管線整體排布整齊、合理、美觀。

（5）保障結構安全。機電管線需要穿梁、穿一次結構墻時，管線宜位于梁體中部1/3處，即管洞上下距梁頂、底不小于1/3梁高，并經(jīng)過結構設計師同意方可梁上留洞，保障結構的絕對安全。

2.2 BIM應用流程

機電建模首先確認所有管線的大體標高，根據(jù)項目地下通車要求，管線安裝最低凈空不得小于2.2 m，因此確定“橋架最上層、水管在中間層、風管在底下層”的管道分層，在此基礎上再進行建模，避免了后期調整的大量工作。

（1）專業(yè)協(xié)同建模。初步排布方案確定后，各技術人員通過協(xié)同鏈接的方式進行建模，建模團隊在同一個樣板文件中建模，保證建模標準統(tǒng)一、成果一致。

（2）合模、管線調整。各專業(yè)建模完成后，再對各專業(yè)模型進行整合，并對每層管線的橫向管道進行移動保證不重疊，對縱向碰撞進行翻彎調整、避讓，解決同層管線的碰撞，對于非同層管道，基本不用考慮交叉碰撞問題，調整完成后再結合軟件凈空分析、碰撞檢查結果逆向調整管線，直至滿足施工要求。機電BIM應用流程見圖2。

圖2 機電BIM應用流程

3 機電BIM技術綜合應用

3.1 凈空分析

在設定的最低凈高要求下，整合機電管線綜合模型，利用Fuzor軟件凈空分析功能，查找計算建筑區(qū)域內管線最低高度。其中針對車道、機房、管道井、地下一層精裝修區(qū)域等管線安裝密集、安裝高度要求嚴格的重點區(qū)域進行詳細檢查，通過三維視圖剖切、管線綜合標注等方式直觀展示管線層高是否滿足要求，并結合人員行走漫游系統(tǒng)性檢查樓層管線排布，實現(xiàn)空間利用最優(yōu)化（見圖3）。

圖3 基于BIM技術的凈空分析

3.2 碰撞檢查

通過Revit建模軟件分專業(yè)建立通風、空調、防排煙、給排水、消防噴淋、電力照明專業(yè)三維模型并輸入相關信息，在建模過程中盡量不對管線進行翻彎，保證同類管線處于同一標高，支管先不與主管連接，這樣便于后期管線的整體調整（見圖4）。整合機電各專業(yè)管線后，將模型導入Navisworks軟件進行碰撞檢查，根據(jù)碰撞結果對管線進行翻彎調整。同時將碰撞說明同步提交設計單位，提前固化圖紙，避免施工過程中的頻繁變更造成工期延誤［7］。

3.3 排布優(yōu)化

根據(jù)管線凈空分析、碰撞檢查結果，最后對管線進行優(yōu)化調整（見圖5），在不影響管線功能的前提下通過局部調整管線走向的方式避免出現(xiàn)集中交叉情況，當管線無法移位時，可以改變風管長寬比，但是不能改變風管截面積。過程中需要結合設計單位設計變更意見進行綜合調整［8］，實現(xiàn)管線排布的最優(yōu)化，最終將優(yōu)化模型用于施工指導和作業(yè)交底，為項目管理提供技術支持。

圖4 基于BIM技術的碰撞檢查

圖5 基于BIM技術的排布優(yōu)化效果

3.4 工廠化預制

通過導出BIM深化模型中管道的類型、管材、壁厚、長度等信息，形成管道預制加工圖。并將加工圖紙送至工廠進行數(shù)字化加工，數(shù)字化自動控制機床能夠自動識別處理BIM系統(tǒng)生成的預制加工圖紙，管道預制加工完成后送至現(xiàn)場安裝。結合BIM技術的管道預制加工能夠最大限度地避免施工中出現(xiàn)難以重復利用的管道下腳料，同時避免材料在施工現(xiàn)場的二次加工，縮短工期。

3.5 工程算量

基于BIM技術的工程算量是在BIM模型基礎上，快速提取模型參數(shù)信息，在建模過程中需要同步錄入管線尺寸、規(guī)格、材質等參數(shù)，根據(jù)軟件設置的相應預留或扣減計算規(guī)則，將機電安裝工程所用材料、構件快速、精確的按照不同專業(yè)、不同施工進度安排、不同樓層等分類匯總工程量，BIM高效準確地工程量統(tǒng)計方式，為工程造價管理提供精確數(shù)據(jù)，為項目的商務策劃奠定基礎。通過反復完善BIM數(shù)據(jù)模型，使其更加貼近于現(xiàn)場實際工程，在竣工結算中可以直接利用模型中的工程量數(shù)據(jù)作為竣工結算基礎數(shù)據(jù)，充分利用BIM技術在機電安裝工程的應用，有效提高工作準確度和效率。

4 結束語

淮安高鐵綜合客運樞紐工程利用BIM技術建立了設備、暖通、給排水、電氣、裝修裝飾等機電管線綜合模型。在施工過程中依托BIM模型完成了管綜優(yōu)化、管線預制加工與工程量統(tǒng)計。BIM技術在機電安裝中的深入應用，有效解決了管線交叉造成的頻繁拆除返工問題，同時管線預制的應用整體提高了機電安裝效率與質量，可為其他大型高鐵綜合樞紐工程的機電安裝BIM深入應用提供借鑒［9］。