淺析BIM技術在地鐵車站機電管線綜合排布中的應用
——以上海市軌道交通17號線為例

朱 宸 張艷菲

大連財經(jīng)學院 工商管理學院

1 BIM概述

建筑信息模型簡稱BIM，通過數(shù)字信息完成建筑模型的建立，以建筑工程項目的各類相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術打破了結構構件在傳統(tǒng)意義上的研究方法，全部的設計從獨立構件延伸到整個系統(tǒng)，匯集在一個動態(tài)可視化的三維模型上，相關人員能夠多角度多視角地動態(tài)觀察BIM模型。目前，BIM技術在我國受到廣泛重視，這種技術使建筑工程管理過程更加簡潔和有效，并且廣泛應用于工程項目全壽命周期管理。

2 地鐵車站機電管線施工過程中存在的問題

2.1 多專業(yè)多單位協(xié)調困難

由于地鐵車站機電安裝項目涉及通風空調、消防、建筑電氣，通信、信號、綜合監(jiān)控、安全門、電扶梯等十幾個專業(yè)。專業(yè)多且各自為戰(zhàn)，不能達到很好的協(xié)同，一旦一方出現(xiàn)錯誤，會造成其他專業(yè)施工圖不能對應，相互之間的管線沖突增加。并且當有些問題不能及時溝通解決時，留到施工過程中去解決將會造成不必要的浪費。另外，多專業(yè)多單位共同作業(yè)，必然存在交叉施工的問題，這時施工計劃的制定、作業(yè)面的加大、工序的合理安排也存在一定的協(xié)調問題。

2.2 地鐵車站管線設計復雜

近年，土地資源的稀缺，使得地下車站的發(fā)展進入高潮，但是地下施工面臨的問題也是繁多的，比如：存在各種地質問題導致結構體系比較復雜，同樣也使得項目造價偏高；由于需要各種功能性和專業(yè)性的設備，導致管線的布置錯綜復雜。由此產(chǎn)生的問題在施工過程中形成阻礙，易造成管線之間或管線與結構之間產(chǎn)生碰撞和重疊布置，這將對房間以及走道凈高產(chǎn)生影響，造成成本控制之外的返工和浪費，甚至埋下了安全隱患的種子。由此可見，在設計階段就解決好管線間的布置問題的重要性，并能夠直觀地展示給施工人員，減少施工時的錯誤，以此來提高施工質量，使成本控制在預算之內，增加了施工的可控性。

2.3 二維圖紙的局限性

當不同專業(yè)的管線發(fā)生碰撞時，二維管線綜合設計只是通過對各專業(yè)的管線進行一定程度上的疊加和斷線，再結合相關規(guī)則對管線的位置進行布置，確定出管線的原則標高，最后再針對關鍵部位繪制詳圖或剖面圖。各專業(yè)間較差的協(xié)調性給實際施工帶來了困難，僅憑標高處理管線的交叉問題是對管線進行局部處理，無法準確考慮管線的連貫性帶來的問題。導致解決一個位置的碰撞后，又帶來其他位置的碰撞，不全面的分析和觀察給施工人員帶來挑戰(zhàn)，最后只會加大工程量。

3 BIM技術在機電管線綜合排布中的優(yōu)勢

3.1 BIM技術的可視化

就現(xiàn)階段的建筑設計環(huán)境而言，傳統(tǒng)的施工圖紙只是在圖紙上采用線條的形式將項目的各個構件的信息表達出來，往往需要結合多張圖紙進行想象才能構造出其真實信息。而BIM技術提供的可視化思路能夠將項目的結構造型及管線設計情況以三維的形式呈現(xiàn)，創(chuàng)建了一個“所見即所得”的建筑模型。BIM建筑信息模型可視化是指構件之間形成的具有互動性和反饋性的可視，所以整個建筑項目的全壽命周期都是可視化的，使構建信息不僅限于二維平面圖紙，而是通過三維立體實物圖形的形式展現(xiàn)，并且支持項目在可視化的狀態(tài)下進行設計、建造，支持運營維護過程中的討論、溝通和決策。

3.2 BIM技術的模擬性

BIM完全可以為地鐵車站的建設進行模擬設計，更加準確地對施工方案和施工技術進行選擇和效果確認，在初期的設計階段就將施工時可能出現(xiàn)的問題進行模擬并找到解決辦法，做到事前控制。特別的是BIM技術能夠模擬真實世界中難以操作的事物，比如：乘客疏散模擬、節(jié)能模擬、防災模擬等。另外，借助BIM技術還可以充分實現(xiàn)4D、5D模擬分析，更加方便快捷地對施工進度和工程成本進行控制及分析。

3.3 BIM技術的協(xié)調性

因為地鐵車站機電安裝項目本身存在一個多專業(yè)多單位協(xié)調困難的問題，由此產(chǎn)生的沖突通常都是在施工組織協(xié)調過程中發(fā)現(xiàn)的，之后再討論解決方法往往會耽誤工期。BIM技術具有的協(xié)調性服務便可以解決此類問題，利用BIM技術在項目建造初期創(chuàng)建三維模型，將全部專業(yè)的管線集合在一個可視化的三維模型里，讓不同專業(yè)的不同人員，根據(jù)實際需求對專業(yè)管線碰撞和空間利用等問題進行分析，在模型中進行更改，實現(xiàn)信息的添加、刪除以及工作模型更新，動態(tài)統(tǒng)一程度高。便于后期快速進行碰撞檢測、動態(tài)模擬等協(xié)調控制工作。避免施工階段發(fā)生用地沖突、管線干涉問題等突發(fā)狀況。

3.4 BIM技術的優(yōu)化性

整個地鐵車站的設計與施工是一個不斷再優(yōu)化的過程，優(yōu)化過程受三個條件的制約，這三個制約條件分別是信息、復雜程度以及時間。利用BIM技術提供的地鐵車站的詳細信息，能夠對地鐵車站的空間設計以及管線排布方案做出準確無誤的優(yōu)化。例如，可在不改變相關管道截面積的前提下改變規(guī)格，以減少其對凈高的占用，減少后期對地鐵車站精裝修的影響。以此優(yōu)化設計質量、縮短工期，提高施工效率。

3.5 BIM技術的可出圖性

現(xiàn)階段，建筑行業(yè)的設計圖紙以及構件加工圖紙都大同小異，表達的內容有一定的局限性，如果能在原有基礎上提供一些碰撞檢查分析報告與改進方案、綜合管線圖、綜合結構預留洞口圖等。那么，這份圖紙所展示的內容就不單是二維展示那么簡單了。而BIM技術通過自身特有的優(yōu)勢，如：可視化展示、不同專業(yè)之間的協(xié)調、方案可行性模擬、優(yōu)化原有設計方案等，完全可以滿足上述需求，對傳統(tǒng)圖紙的優(yōu)點進行強化，彌補二維圖紙的局限性。BIM模型可根據(jù)需要導出各種平面及剖面圖紙。剖面圖紙可直接根據(jù)模型自動生成，且可根據(jù)模型的改變而自動改變，極大地減輕了繪圖人員的工作強度，降低了出錯概率。

4 BIM技術在地鐵機電管線綜合排布中的應用實例

上海市軌道交通17號線是一條貫穿于青浦區(qū)東西向的區(qū)域級軌道交通線，路線全長約為35.341km，沿線共設置車站13座。將BIM技術深度應用于上海市軌道交通17號線項目的設計、施工和運行維護全過程，實現(xiàn)基于BIM技術的城市軌道交通全壽命周期的信息管理。達到設計方案及設計成果優(yōu)化；控制施工進度；減少投入成本；提高設計質量和施工管理水平的目的，保障工程項目的順利完成。以BIM為核心，整合其他技術形成合力，突破行業(yè)發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)上海軌道交通行業(yè)向工業(yè)化和信息化的轉型升級。下面就該項目中運用BIM技術在地鐵機電管線安裝工程中的應用進行分析：

4.1 綜合管線碰撞檢測

在地鐵車站建設中，大部分管線的設計都是由各專業(yè)設計人員獨立完成的，結果因為與其他專業(yè)設計人員溝通不充分，導致設計成果不符合現(xiàn)場施工所要求的深度，錯漏碰撞數(shù)量突出。傳統(tǒng)上，技術人員是采用疊圖法來檢查有無重疊、碰撞的現(xiàn)象。這種方法易造成疏漏，導致返工和工期延誤。利用BIM技術將二維圖紙信息合成BIM三維模型圖后，能夠看到具體的干涉位置，繼而由三維圖紙返回到預先導入的二維圖紙，通過具體碰撞點位置的確定，由各專業(yè)協(xié)同分析解決問題，達到優(yōu)化圖紙設計的目的，施工中能夠避開碰撞，減少返工現(xiàn)象。

4.2 提前設定預留孔洞

由于土建單位和機電單位缺少有效地溝通。在建筑施工中，土建單位往往不夠重視預留孔洞的作業(yè)，而施工完成后機電單位再發(fā)現(xiàn)問題為時已晚。為提高孔洞預留的準確性和合理性，在設計施工階段引入BIM技術。在BIM的三維模型中，每個預留孔洞的信息都可以表達出來，根據(jù)對設備區(qū)完成優(yōu)化后的管線走向、砌筑墻體的預留孔洞和預埋件的布置進行設計，輸出預留孔洞和預埋件布置圖紙，并提取預留孔洞和預埋件的形狀、位置、大小等信息，對預留孔洞套管的數(shù)量進行統(tǒng)計，方便現(xiàn)場施工下料，實現(xiàn)對預留孔洞和預埋件的提前檢查，規(guī)避工期延誤風險和質量安全隱患，使工作效率、開孔的準確性得到有效地提高。

4.3 大型設備運輸路徑檢查

地鐵站內的大型設備通常是在施工過程中陸續(xù)進場，過程中往往會產(chǎn)生碰撞，所以一條科學合理的大型設備運輸路徑，直接關系到工程成本及進度控制，還會影響項目的安全管理以及外部協(xié)調等。基于BIM模型，通過結合設計方案的二維運輸路徑平面圖，動態(tài)可視化模擬其安裝、檢修路徑，發(fā)現(xiàn)路徑中可能存在的碰撞沖突問題提前優(yōu)化運輸路徑設計方案。在設備進場前，暫緩設計方案中路徑上的相關施工安排，預防管線設備拆除和二次安裝的情況發(fā)生，為后續(xù)設備的運輸、安裝工作提供保障。

4.4 提高經(jīng)濟、社會效益

從總體來看使用BIM技術對于項目產(chǎn)出以及團隊合作都有所幫助，就上海市軌道交通17號線這個項目而言，采用BIM技術為各車站三維管線綜合設計共解決碰撞問題約4000個，導出管線綜合圖紙、二次結構預留孔洞圖紙約1300張，解決機電設計深化問題2735個，在提高設計質量的前提下還節(jié)約成本約761萬元。在工程建設經(jīng)濟效益最大化的同時，也大大縮短了工期，使項目盡快投入運營，為工程的順利進行起到了順水推舟的作用，也為整體工程的成本控制打下了基礎，為設計、業(yè)主、監(jiān)理、運營單位提供了一體化的解決方案。

5 結語

地鐵車站的機電安裝工程是一項復雜且涉及很多專業(yè)的工程，為了更好地滿足人們的需求，進一步推動我國地鐵工程建設的良好發(fā)展，對BIM技術的良好運用就顯得尤為重要。目前多個城市的城市軌道交通建設機電安裝工程已開始推廣此項施工方法，通過實際應用證實，BIM技術可以被應用于招投標、設計、施工、驗收、維護各階段，在控制預算、合理規(guī)劃、節(jié)省工期、節(jié)約施工材料、便于維修維護等方面都可起到重要作用，可取得較好的經(jīng)濟效益，具有較高的推廣價值。