BIM技術(shù)在大型濱海地鐵車輛段綜合管線施工中的應(yīng)用

摘 ?要：寧波軌道交通5號(hào)線經(jīng)堂庵跟車輛段綜合管線施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，通過BIM的模型建造、3D可視化、管線碰撞、方案優(yōu)化等方面發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的缺陷，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，協(xié)同管線各設(shè)計(jì)專業(yè)，事前把控管線設(shè)計(jì)質(zhì)量，事中控制施工中質(zhì)量、安全、進(jìn)度的管理，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的BIM指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工，快速解決問題，有效提升了車輛段綜合管線施工精細(xì)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了效益最大化。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);綜合管線;3D可視化;管線碰撞

中圖分類號(hào)：TP391.9 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）24-0117-04

Abstract： BIM Technology is applied in the integrated pipeline construction stage of Ningbo Rail Transit Line 5 Jingtang Angen depot. Found out defects in design drawings through BIMs model construction， 3D visualization， pipeline collision and scheme optimization. Optimize the design scheme， cooperate with various pipeline design majors， control the quality of pipeline design in advance， and control the management of quality， safety and progress in construction， so as to realize BIM guidance of design and construction in the real sense， quickly solve problems， effectively improve the fine management level of integrated pipeline construction in the depot and maximize benefits.

Keywords： BIM technology; integrated pipeline; 3D visualization; pipeline collision

0 ?引 ?言

寧波市軌道交通5號(hào)線一期土建工程經(jīng)堂庵跟車輛段項(xiàng)目位于寧波市海曙區(qū)集士港鎮(zhèn)。車輛段東西長350 m，南北長950 m，試車線及測(cè)試線長1 800 m，規(guī)劃用地面積約41.75 hm，總建筑面積約11.03萬平方米，共17個(gè)建筑單體。工程總造價(jià)為9.74億元。項(xiàng)目主要包括站場(chǎng)工程、橋涵工程、房屋建筑、綜合管網(wǎng)、機(jī)電設(shè)備、綜合監(jiān)控、四電系統(tǒng)、軌道工程、河道改移、綠化等工程。本車輛段施工過程中全面應(yīng)用BIM技術(shù)，如圖1所示，以提高綜合管線施工工效，縮短施工工期，實(shí)現(xiàn)過程中精細(xì)化管理，促進(jìn)整體管理水平的提升，達(dá)到降本增效的目的。

1 ?社會(huì)及行業(yè)背景

隨著BIM及信息化技術(shù)的發(fā)展，近年來住建部及各省市相繼出臺(tái)了很多推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的相關(guān)文件。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2015年6月16日發(fā)布了《推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見》，2016年8月23日發(fā)布了《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，文件中明確要求“到2020年末，新立項(xiàng)項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)中，集成應(yīng)用BIM的項(xiàng)目比率達(dá)到90%;進(jìn)一步完善并集成企業(yè)運(yùn)營管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)經(jīng)營管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理信息系統(tǒng)的升級(jí)換代;深度融合BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通信、云計(jì)算等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理信息系統(tǒng)的一體化應(yīng)用，促進(jìn)企業(yè)設(shè)計(jì)水平和管理水平的提高。

2 ?工程施工難點(diǎn)

（1）本工程建筑面積11.03萬平方米，建筑單體17個(gè)，由于征地拆遷原因及業(yè)主要求通車時(shí)間，施工工期由原合同29個(gè)月壓縮至17個(gè)月，導(dǎo)致綜合管線施工工期相應(yīng)縮短，各專業(yè)同時(shí)施工，交叉作業(yè)較多。

（2）綜合管線工作量較大。本工程綜合管網(wǎng)包括給水、消防、雨水、廢水、污水、供電、通訊、信號(hào)、AFC、FAS、BAS、SPKS等專業(yè)，合計(jì)管線里程185.4公里，各專業(yè)管線間布置錯(cuò)綜復(fù)雜，較為秘籍，且交叉點(diǎn)多。

（3）本工程共計(jì)17個(gè)單體，涉及室內(nèi)外管線接口較多，高程及平面位置與單體結(jié)構(gòu)位置錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)及出圖模式極易出現(xiàn)差、錯(cuò)、碰、漏問題，施工過程很難發(fā)現(xiàn)問題，至施工接口工程時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問題，極易造成返工。

（4）技術(shù)管理難度較大。本項(xiàng)目技術(shù)人員緊缺，同時(shí)因本項(xiàng)目所涉專業(yè)特別多，專業(yè)技術(shù)人員更為緊缺。隨著公司規(guī)模擴(kuò)大，承接業(yè)務(wù)量劇增，同時(shí)管理要求也越來越高，多重因素造成技術(shù)人員嚴(yán)重不足，鑒于本項(xiàng)目所涉專業(yè)情況，對(duì)專業(yè)人員的數(shù)量及專業(yè)技能要求更高，應(yīng)用好BIM可視化技術(shù)將有效緩解技術(shù)人員數(shù)量及專業(yè)能力要求。

3 ?BIM實(shí)施方案

BIM的實(shí)施方案流程：需求分析—組建團(tuán)隊(duì)—資源配置—BIM標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)同平臺(tái)—設(shè)立目標(biāo)—BIM應(yīng)用。項(xiàng)目部組建的BIM團(tuán)隊(duì)由多個(gè)專業(yè)且有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員組成，所有成員均能獨(dú)立建模、碰撞、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的能力。

應(yīng)用BIM模型制作軟件（如Revit2016，Tekla等）、BIM模型應(yīng)用軟件（Navisworks類、AutoCAD類、office類、Civil3d類等）。使用2臺(tái)高配臺(tái)式電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行模型渲染及資料匯總，4臺(tái)普通臺(tái)式電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形繪制及信息錄人，1臺(tái)筆記本電腦進(jìn)行演示匯報(bào)，1臺(tái)VR體驗(yàn)設(shè)備用于技術(shù)交底等。

4 ?BIM現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 ?BIM建模坐標(biāo)系

由于本項(xiàng)目專業(yè)較多，根據(jù)所需建模項(xiàng)目規(guī)模、形狀等情況確定建模坐標(biāo)系，以方便建模的情況下在合模時(shí)準(zhǔn)確、快捷、簡便。同時(shí)，所確定的建模坐標(biāo)系盡可能使所建模型在建模軟件視圖的中部。

為了方便不同參與單位BIM模型的共享，保證模型的快速整合，BIM模型文件長度單位必須定義為毫米，標(biāo)高單位定義為米，按1：1比例建模型。

為了保證模型的準(zhǔn)確整合及保證模型基本位于視圖中心，定義x方向?yàn)闁|向?yàn)檎?，z方向以豎直向上為正，y方向?yàn)楸毕驗(yàn)檎?，坐?biāo)系按設(shè)計(jì)坐標(biāo)系進(jìn)行整體偏移確定。

同一個(gè)文件的模型文件應(yīng)該使用BIM通用坐標(biāo)系，采用同一個(gè)軸網(wǎng)文件，以保證模型整合時(shí)能夠?qū)R、對(duì)正，經(jīng)堂庵跟車輛段總體模型圖如圖2所示。

4.2 ?綜合管線BIM建模

經(jīng)堂庵跟車輛段是一個(gè)綜合體項(xiàng)目，其包含站場(chǎng)（軌道、接觸網(wǎng)、電力、通信、信號(hào)、給排水等）、房建（建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)空調(diào)、給排水及動(dòng)照等），場(chǎng)站室內(nèi)外管線錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)技術(shù)方法讀圖審圖困難，不易發(fā)現(xiàn)差、錯(cuò)、碰、漏等問題。本項(xiàng)目室內(nèi)外各專業(yè)管線種類多且數(shù)量大，管線與各結(jié)構(gòu)建筑間關(guān)系復(fù)雜，室內(nèi)外各類管線銜接多，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)及出圖模式極易出現(xiàn)差、錯(cuò)、碰、漏問題，如圖3、圖4所示。

4.3 ?BIM可視化應(yīng)用

地鐵車輛段涉及專業(yè)較多，結(jié)構(gòu)、管線復(fù)雜，傳統(tǒng)二維讀圖審圖方式，工作量大、效率低、專業(yè)經(jīng)驗(yàn)要求高，通過BIM方式將二維升到三維，實(shí)現(xiàn)碰撞檢查的可視化、自動(dòng)化，極大地提高工作效率，降低審圖難度，保證審圖沒有遺漏，避免空間沖突，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤傳遞到施工階段。

通過BIM模型，采用多維度、多層次、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自定義剖面進(jìn)行可視化漫游預(yù)覽識(shí)圖、審圖，各專業(yè)綜合管線形象直觀易懂，如圖5所示。不僅降低了對(duì)識(shí)圖者專業(yè)技術(shù)、能力及經(jīng)驗(yàn)的要求，還大大提高識(shí)圖速度及識(shí)圖的效果，達(dá)到事半功倍的效果。

需要注意的是，通過BIM建模及多專業(yè)合模，在上圖視角及查看方式下，可依次、快速、直觀的核查出室內(nèi)外管線銜接可能存在的問題，并在此基礎(chǔ)上能快速確定合理的調(diào)整方案。

綜合管線通過BIM建模熟悉圖紙、輔助識(shí)圖、幫助審圖，讓識(shí)圖人員能及時(shí)直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的差、錯(cuò)、碰、漏及不合理情況。

應(yīng)用BIM技術(shù)多專業(yè)合模，實(shí)現(xiàn)二維、三維、立面、平面、剖面、分層、分區(qū)、分專業(yè)等多維度查看方式輔助識(shí)圖、審圖，讓識(shí)圖人員能更全面、徹底、細(xì)致、快速、有序、形象、直觀的把握并審核確定圖紙意圖，以指導(dǎo)施工。采用BIM技術(shù)依次排查發(fā)現(xiàn)問題，并應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)存在的問題快捷、形象直觀的擬定調(diào)整方案，同時(shí)更好地保證了調(diào)整方案的質(zhì)量。

需要注意的是，通過圖6剖視圖視角及查看方式，可依次、快速、直觀地看到各樓層及室內(nèi)外管線銜接情況、對(duì)比變化及可能存在的問題，并在此基礎(chǔ)上能快速確定合理的調(diào)整方案。

通過BIM進(jìn)行工藝過程模擬，實(shí)現(xiàn)施工工藝預(yù)演，為施工方案評(píng)審提供可視化、直觀的體驗(yàn)，并可作為BIM3D施工技術(shù)交底用，綜合辦公樓地下室局部管線模型圖如圖7所示。

通過BIM的漫游、VR全景展示及施工過程模擬，在方案制定過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案的錯(cuò)誤及不足，從而同步整改完善方案。通過方案模擬，不僅驗(yàn)證了方案的可行性，同時(shí)通過模擬及時(shí)完善了方案的細(xì)節(jié)事項(xiàng)，確保方案安全、合理、高效。

利用BIM三維可視化功能，在方案實(shí)施前對(duì)參與方案實(shí)施的相關(guān)人員采用動(dòng)態(tài)三維模式進(jìn)行技術(shù)交底，使交底更直觀、生動(dòng)、形象，確保參與施工人員均能快速、明確、清晰的理解相關(guān)方案。

4.4 ?管線碰撞檢查技術(shù)

通過BIM碰撞檢查技術(shù)快速分析并形成碰撞報(bào)表，然后對(duì)照碰撞報(bào)告內(nèi)的碰撞問題逐個(gè)分析處理，碰撞檢查及碰撞管線三維圖如圖8、圖9所示。應(yīng)用BIM技術(shù)碰撞檢查技術(shù)，通過設(shè)置不同的碰撞參數(shù)以調(diào)整碰撞檢查對(duì)象、范圍及過濾合理碰撞，形成對(duì)應(yīng)碰撞報(bào)告。

對(duì)本項(xiàng)目管線碰撞合計(jì)碰撞點(diǎn)13 806個(gè)，其中：（1）管線正常穿墻、板、梁的碰撞有12 507處，部分碰撞點(diǎn)為合理碰撞，需施工時(shí)預(yù)留預(yù)埋穿越孔，部分碰撞點(diǎn)為不合理碰撞，可避免或因影響結(jié)構(gòu)受力需調(diào)整管線位置或局部轉(zhuǎn)彎繞行;（2）管線交叉或與結(jié)構(gòu)物位置沖突碰撞有1 299處，以上碰撞應(yīng)功能及結(jié)構(gòu)要求必須調(diào)整。

4.5 ?基于BIM調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙

通過BIM可視化及碰撞檢查，可直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中存在的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，提前將圖紙問題及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，并通過三維模型直接更改管線路徑及避讓方案，同時(shí)因結(jié)構(gòu)變更導(dǎo)致管線調(diào)整也可直觀地體現(xiàn)在模型圖上，明確需調(diào)整范圍及數(shù)量，大大增加了出圖效率及出圖的準(zhǔn)確定，同時(shí)可創(chuàng)建平面圖、剖面圖、立面圖，保證出圖的一致性和準(zhǔn)確性。

5 ?BIM技術(shù)應(yīng)用成果

5.1 ?BIM技術(shù)應(yīng)用成果

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，真正做到了圖紙問題的提前發(fā)現(xiàn)、提前變更，做到事前控制、過程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了施工方案及施工技術(shù)交底的可視化，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)綜合管線施工效率。

5.2 ?經(jīng)濟(jì)效益

（1）通過BIM檢查碰撞，提前發(fā)現(xiàn)管線位置沖突及室內(nèi)外管線錯(cuò)位問題1 299處，避免返工損失約135萬元，減少了結(jié)構(gòu)開孔數(shù)量，提高了管網(wǎng)施工效率及施工質(zhì)量，并縮短工期34天。

（2）通過管線建模及可視化應(yīng)用，大大降低了識(shí)圖難度、管理難度及組織難度，極大地減少了現(xiàn)場(chǎng)管理人員的工作量，提高了現(xiàn)場(chǎng)管理水平，降低管理費(fèi)用10余萬元。

6 ?結(jié) ?論

本文針對(duì)地鐵車輛段綜合管線施工BIM技術(shù)應(yīng)用展開了研究，在管線施工前期，通過BIM建模、管線碰撞驗(yàn)證原設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“錯(cuò)、漏、碰、缺”問題，并通過模型調(diào)整，快速、準(zhǔn)確地出具管線優(yōu)化調(diào)整方案，極大地減少了人力物力，節(jié)約了施工成本。然而本項(xiàng)目BIM的應(yīng)用只是BIM技術(shù)的一部分，BIM技術(shù)在車輛段中的應(yīng)用還處于不完善的階段，需要應(yīng)用到更多的車輛段中，才能發(fā)揮出BIM技術(shù)應(yīng)用的真正作用。

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作者簡介：楊雪（1986.11—），男，漢族，安徽淮南人，工程師，本科，研究方向：土木工程。