BIM機(jī)電技術(shù)在城際鐵路工程全生命周期中的應(yīng)用

馮騰

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，我國(guó)已進(jìn)入城市軌道交通快速發(fā)展期［1］。城際鐵路工程系統(tǒng)是集線站、土建、設(shè)備、機(jī)電等多種系統(tǒng)為一體的大型復(fù)雜工程［2］。

BIM作為建筑業(yè)的全新技術(shù)逐漸成熟應(yīng)用于軌道交通工程中［3］。在機(jī)電設(shè)計(jì)階段，可進(jìn)行管線改遷、管線綜合與碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、機(jī)電裝修效果模擬等：在施工階段，可用于工程形象進(jìn)度、施工方案模擬、施工安全監(jiān)控、預(yù)制構(gòu)件加工安裝、材料精確下單、竣工信息整理、變更簽證管理；在運(yùn)維階段，可基于機(jī)電運(yùn)維平臺(tái)，融合模型信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備精細(xì)化管理。

杭州—海寧城際鐵路（簡(jiǎn)稱杭海城際鐵路）全線12個(gè)車站，其中8個(gè)高架站、4個(gè)地下站，工程機(jī)電設(shè)計(jì)包括暖通、給排水、FAS&BAS、動(dòng)力照明、通信、信號(hào)、民用通信等多個(gè)專業(yè)。由于多專業(yè)交叉，傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)計(jì)綜合方式容易造成返工和變更，因此亟需BIM技術(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化。同時(shí)，BIM技術(shù)效益的最大化在于對(duì)建筑信息進(jìn)行管理，在施工和運(yùn)維階段，利用BIM可實(shí)現(xiàn)建筑信息管理的智能化［4］。

1 機(jī)電設(shè)計(jì)

1.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

基于Revit軟件平臺(tái)的專業(yè)協(xié)同主要有2種方法：工作集模式和鏈接模式［5］。杭海城際鐵路工程采用工作集模式，在平臺(tái)中心文件中通過工作集模式賦予不同工作人員設(shè)計(jì)權(quán)限，參與項(xiàng)目的各專業(yè)設(shè)計(jì)師可以在本地文件中對(duì)各自負(fù)責(zé)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，不受其他部分干擾，也可以借用權(quán)限進(jìn)行交叉設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)成果階段性更新至中心文件中，基于中心文件的專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)方式見圖1。工作集具有靈活的劃分方式，根據(jù)企業(yè)設(shè)計(jì)習(xí)慣，可以按樓層劃分，也可以按系統(tǒng)劃分。

圖1 基于中心文件的專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)方式

1.2 管線布置

1.2.1 總體規(guī)劃

地鐵車站內(nèi)系統(tǒng)相對(duì)固定，管線數(shù)量、規(guī)格變化較少，根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，可大致將地鐵車站的管線空間布置進(jìn)行合理劃分［6］，管線總體規(guī)劃布置見圖2。

（1）頂層管線。有大系統(tǒng)送風(fēng)管、大系統(tǒng)排風(fēng)/排煙管、小系統(tǒng)排煙管、站臺(tái)層變電所房間內(nèi)的管線，此類管線按功能一般貼頂部布置。

（2）下層管線。為各類水管，應(yīng)防止漏水或結(jié)露對(duì)其他管線的影響，此類管線在最下層。

（3）次下層管線。包括冷媒管、氣滅管線，此類管線一般布置在水管上方的次下層。

（4）次頂層管線。包括強(qiáng)、弱電橋架，此類管線檢修頻繁。

圖2 管線總體規(guī)劃布置

1.2.2 機(jī)房

管線相對(duì)位置固定后，對(duì)空調(diào)機(jī)房進(jìn)行管線布置。新版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》頒布后，對(duì)防煙、排煙機(jī)房提出了嚴(yán)格要求，機(jī)房管線布置需更加緊湊，增加了管線布置難度。對(duì)于單柱車站，下站臺(tái)立管應(yīng)盡量布置在柱子兩側(cè)，避免回風(fēng)管對(duì)進(jìn)入排風(fēng)道的其他管線造成影響；同時(shí)保證管線直接接入站臺(tái)公共區(qū)，避免管道下站臺(tái)后穿越站臺(tái)層設(shè)備區(qū)?？照{(diào)器的位置分2種：一是位于單柱的下側(cè)，空調(diào)器靠近風(fēng)井（見圖3（a））；二是位于單柱的上側(cè)，空調(diào)器遠(yuǎn)離風(fēng)井（見圖3（b））。按圖3（b）布置，下方走道的排煙管需繞行至上方，氣流路徑貫穿整個(gè)排風(fēng)道，排煙路徑長(zhǎng)；按圖3（a）布置，氣流路徑短，煙氣排除較為順暢。因此，機(jī)房布置采用圖3（a）的方式，即空調(diào)器靠近風(fēng)井側(cè)布置。

1.2.3 走道

走道管線寬度不超過630 mm，且靠走道兩邊布置，中間至少留500 mm的檢修空間。走道底層有水管、預(yù)留中部橋架空間、頂層布置排煙管及衛(wèi)生間排風(fēng)管。

1.2.4 公共區(qū)

對(duì)于公共區(qū)空調(diào)大系統(tǒng)，平時(shí)客流集中在兩邊，將送風(fēng)管道布置在兩側(cè)。如遇火災(zāi)，補(bǔ)風(fēng)從出入口補(bǔ)入，考慮到公共區(qū)兩側(cè)的人員疏散，將排煙口布置在中部，將煙氣向人員疏散的反方向排除，有利于人員疏散。最后，考慮站廳中部下翻梁的阻隔以及送風(fēng)均勻性，在站廳層應(yīng)采用2送2排，排風(fēng)口位于中部。

圖3 空調(diào)器位置

1.3 審查關(guān)鍵點(diǎn)

1.3.1 管線復(fù)雜節(jié)點(diǎn)

地鐵車站管線繁多、錯(cuò)綜復(fù)雜，有時(shí)需連續(xù)變高轉(zhuǎn)彎才能使管線走通。特別是在設(shè)備區(qū)走道交叉處，管線多達(dá)十幾根，需橫縱穿越，如所有管線采用高度錯(cuò)位布置，則會(huì)導(dǎo)致走道高度不足，因此需要合理擺放管線，可采用“固定管線標(biāo)高，預(yù)留橫穿空間”節(jié)點(diǎn)策略，使管線排布井然有序，同時(shí)極大地減少了管線變高。走道交叉處管線排布見圖4。

圖4 走道交叉處管線排布

1.3.2 管線分界節(jié)點(diǎn)

地下車站內(nèi)不同建筑分區(qū)對(duì)管線的安裝和使用需求不同，不可避免地存在管線分界節(jié)點(diǎn)。地鐵車站管線分界節(jié)點(diǎn)主要有公共區(qū)與設(shè)備區(qū)分界處、公共區(qū)與出入口分界處、走道與強(qiáng)弱電交界處。在交界處應(yīng)充分利用空間變化特點(diǎn)，公共區(qū)與設(shè)備區(qū)分界處管線應(yīng)從垂直空間布置延展為平面布置（見圖5）。

圖5 公共區(qū)與設(shè)備區(qū)分界處管線分界節(jié)點(diǎn)

1.3.3 空間預(yù)留

在進(jìn)行管線整體排布時(shí)充分考慮安裝和檢修空間。安裝空間主要指人員攀爬、支吊架設(shè)備空間，檢修空間主要指橋架、風(fēng)管閥件、水管閥件等易損設(shè)備檢修操作空間。在空間預(yù)留方面充分利用BIM的三維、模擬特性，保證人員操作便捷、安全。最終避免施工與設(shè)計(jì)不一致，設(shè)備區(qū)走道從平面到三維再到最后實(shí)際施工，均需保持一致性［7］（見圖6）。

圖6 設(shè)備區(qū)走道

1.4 設(shè)計(jì)交底及展示方案

利用Revit軟件平臺(tái)自帶功能可實(shí)現(xiàn)渲染、漫游、動(dòng)畫效果并且導(dǎo)出，但由于Revit軟件平臺(tái)不能實(shí)現(xiàn)輕量化，所以可采用渲染插件對(duì)模型進(jìn)行視圖調(diào)整美化，展示效果更加立體真實(shí)，在設(shè)計(jì)交底中更清晰地展示模型，機(jī)電三維模型見圖7。

圖7 機(jī)電三維模型

2 施工管理

利用BIM的可模擬性，對(duì)復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行4D施工模擬［8］。以BIM為核心技術(shù)，結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)與大數(shù)據(jù)分析，搭建杭海城際鐵路一體化智慧建造信息平臺(tái)。

2.1 施工模擬

通過機(jī)房4D施工模擬的可視化展示，精準(zhǔn)定位風(fēng)機(jī)及吊架，解決吊架生根難、碰撞多、檢修空間小等問題，同時(shí)分析施工順序合理性，向施工人員交底安裝工序及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)要求，提高機(jī)房安裝效率（見圖8）。

圖8 機(jī)房4D施工模擬的可視化展示

2.2 施工管理

（1）進(jìn)度管理模塊?？稍贐IM視圖的進(jìn)度功能欄中查看近期工程進(jìn)度，進(jìn)行實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度對(duì)比，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)過程中的每一環(huán)都可追溯，同時(shí)有效保證工程進(jìn)度［9］。

（2）質(zhì)量管理模塊。將質(zhì)量問題與模型關(guān)聯(lián)，結(jié)合機(jī)電質(zhì)量管理流程，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量精細(xì)化、痕跡化管理。

（3）成本管理模塊?？刹榭碆IM模型中各構(gòu)件的工程量，將BIM機(jī)電工程量與設(shè)計(jì)、招標(biāo)代理工程量進(jìn)行比較核查，對(duì)缺漏項(xiàng)、多項(xiàng)等問題進(jìn)行逐一排查（見圖9）。

圖9 成本管理模塊

2.3 監(jiān)測(cè)管理

在監(jiān)測(cè)管理模塊，可實(shí)時(shí)查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)情況并匯總統(tǒng)計(jì)，通過大數(shù)據(jù)信息整理與分析，預(yù)判事件節(jié)點(diǎn)、評(píng)估工程成果，真正實(shí)現(xiàn)智能化、信息化（見圖10）。

圖10 監(jiān)測(cè)管理模塊

2.4 智慧平臺(tái)

通過開發(fā)“PIP平臺(tái)”——?jiǎng)?chuàng)新型的全過程工程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，集成項(xiàng)目信息管理、設(shè)計(jì)管理、投資管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、協(xié)同平臺(tái)數(shù)據(jù)交換等功能模塊，使建設(shè)、總體咨詢、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、專業(yè)承包單位等各參建單位在統(tǒng)一的平臺(tái)上利用模型協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)真正基于BIM的機(jī)電項(xiàng)目管理工作?！癙IP平臺(tái)”現(xiàn)場(chǎng)見圖11。

圖11 “PIP平臺(tái)”現(xiàn)場(chǎng)圖

3 運(yùn)維管理

將BIM數(shù)據(jù)導(dǎo)入至運(yùn)維管理平臺(tái)，形成設(shè)備資產(chǎn)臺(tái)賬，結(jié)合BIM模型，精準(zhǔn)定位設(shè)備空間信息。利用運(yùn)維管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)歸納、分析功能，實(shí)現(xiàn)地鐵設(shè)備監(jiān)控、巡檢、維護(hù)等功能。

3.1 設(shè)備監(jiān)控

通過網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)，將分散在不同地點(diǎn)的地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并將采集到的數(shù)據(jù)接入至運(yùn)營(yíng)維護(hù)平臺(tái)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、易損部件磨損程度及電氣控制系統(tǒng)等進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，便于判斷設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。運(yùn)維數(shù)據(jù)連接方式見圖12。

圖12 運(yùn)維數(shù)據(jù)連接方式

3.2 遠(yuǎn)程診斷

運(yùn)營(yíng)維護(hù)平臺(tái)的操作員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)警、事件信息，結(jié)合設(shè)備特性和專家經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)診斷和故障預(yù)警，及時(shí)消除設(shè)備隱患。運(yùn)維平臺(tái)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，設(shè)備監(jiān)控界面見圖13。

圖13 設(shè)備監(jiān)控界面

3.3 移動(dòng)辦公

運(yùn)營(yíng)維護(hù)平臺(tái)可提供多種操作方式，工作人員在任何可連接互聯(lián)網(wǎng)的地方通過網(wǎng)頁(yè)瀏覽器查看運(yùn)營(yíng)維護(hù)平臺(tái)的畫面或功能，方便工作人員隨時(shí)隨地通過運(yùn)營(yíng)維護(hù)平臺(tái)了解任意一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況［10］。同時(shí)智能運(yùn)維平臺(tái)軟件在工單、在崗、巡檢等多項(xiàng)運(yùn)維管理流程上展現(xiàn)出強(qiáng)大的功能，真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理智能、簡(jiǎn)單、高效。

4 結(jié)論

杭海城際鐵路工程項(xiàng)目利用BIM機(jī)電技術(shù)完成了設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)、維護(hù)全生命周期精細(xì)化設(shè)計(jì)和管理。

（1）設(shè)計(jì)階段：實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化BIM設(shè)計(jì)、審查、移交流程，達(dá)到精細(xì)設(shè)計(jì)的目的。

（2）施工階段：采用4D施工模擬，合理安排工序，同時(shí)利用BIM模型結(jié)合智慧施工管理平臺(tái)，達(dá)到質(zhì)量、進(jìn)度、成本的控制管理。

（3）運(yùn)維階段：上傳模型信息至運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維的無縫鏈接。

綜上所述，該項(xiàng)目真正實(shí)現(xiàn)了全生命周期的BIM機(jī)電技術(shù)應(yīng)用，為后續(xù)工程項(xiàng)目BIM機(jī)電技術(shù)應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。