淺談BIM技術(shù)在地鐵車站綜合管線施工中的應(yīng)用

張延冰

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 工程概況

我單位城建的西安地鐵5號線一期站后工程包含6座車站及相應(yīng)區(qū)間的安裝裝修，主要包含專業(yè)為：公共區(qū)與設(shè)備區(qū)裝修、通風(fēng)空調(diào)與采暖、給排水及消防、氣體滅火、低壓配電與照明、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)FAS、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)BAS、門禁系統(tǒng)等。

合同工期430 d，扣除后續(xù)調(diào)試時間及驗收時間，施工時間約250 d，工期非常緊張。故此，為確保工期，分析機電安裝重難點及關(guān)鍵點，決定在綜合管線施工方面采用BIM技術(shù)，成立BIM實施小組，實現(xiàn)快速施工，提高施工效率，降低返工率。

2 地鐵綜合管線施工難點及原因分析

地鐵車站的大小是根據(jù)建站位置外部環(huán)境、所需實現(xiàn)的功能等來決定的，故此每座車站樣式不盡相同，但主要區(qū)域劃分基本一致，一般車站中間為公共區(qū)，兩端為設(shè)備區(qū)，部分三層車站會增加設(shè)備層。除土建和建筑專業(yè)外，還有通風(fēng)空調(diào)與采暖、給排水及消防、氣體滅火、低壓配電與照明、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)FAS、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)BAS、門禁系統(tǒng)、綜合監(jiān)控、通信、信號、電扶梯、屏蔽門等十幾個專業(yè)，整座車站建成結(jié)構(gòu)體系相當復(fù)雜，且兩端設(shè)備區(qū)各個專業(yè)為集成式設(shè)計，所有管線非常集中排布非常復(fù)雜，部分專業(yè)單位不一致，協(xié)調(diào)難度大。

（1）砌筑預(yù)留孔洞位置精準度控制難度大，易存在偏差，導(dǎo)致管線無法順利穿越。

原因分析：砌筑圖紙中無各專業(yè)管線預(yù)留孔洞位置，砌筑施工前各專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)專業(yè)圖紙，在砌筑圖紙上標注高度和大小，二維圖紙的局限性導(dǎo)致實施時仍存在偏差。

（2）設(shè)備區(qū)各專業(yè)同步施工，專業(yè)多、空間小，管線縱橫交錯，碰撞點多，經(jīng)常邊施工邊調(diào)整管線走向。

原因分析：各專業(yè)單獨出圖，各自考慮各自的管線走向和高度，管綜專業(yè)將其匯總再調(diào)整出具管線綜合圖紙，但對于重疊管線、交叉管線部位只能起到示意作用，無法直觀預(yù)警碰撞問題，發(fā)現(xiàn)有沖突也很難靠三維想象解決碰撞，只能通過現(xiàn)場邊干邊調(diào)整管線。

（3）環(huán)控機房各系統(tǒng)設(shè)備及管線匯集地，管線層層重疊，錯綜復(fù)雜，施工效率低極易造成返工。

原因分析：環(huán)控機房為集成式設(shè)計，由于機房不確定因素較多，機房綜合管線只提供路徑參考，未考慮管線碰撞排布問題。故此，環(huán)控機房施工難度大，進展慢，返工多。

3 BIM基礎(chǔ)建模

地鐵車站涉及專業(yè)多，各專業(yè)模型需要協(xié)同搭建，保證項目模型一致性。因此需要制定統(tǒng)一軸網(wǎng)文件，此文件是確保各專業(yè)系統(tǒng)搭建在統(tǒng)一維度上，以便后期整合模型能夠匹配應(yīng)用。

BIM建模軟件本項目使用Revit，將二維圖紙進行導(dǎo)入搭建模型，導(dǎo)入前需將所有專業(yè)二維圖紙統(tǒng)一到一個軸網(wǎng)一個點上。

3.1 設(shè)計院圖紙整理，歸類

以石橋立交站為例，首先收集全專業(yè)地鐵施工圖紙，主要包括：主體結(jié)構(gòu)、主體建筑、通風(fēng)與空調(diào)專業(yè)、給排水及消防專業(yè)、動力照明專業(yè)全冊、火災(zāi)自動報警（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控（BAS）、綜合監(jiān)控（ISCS)、PIS、公共區(qū)裝修及門禁等全專業(yè)電子版圖紙。圖紙專業(yè)盡可能的齊全，不遺漏一個專業(yè)，避免因遺漏各別專業(yè)，導(dǎo)致深化時有遺漏各別專業(yè)管線，從而影響現(xiàn)場施工。

3.2 創(chuàng)建全專業(yè)模型

利用BIM建模軟件Revit，導(dǎo)入dwg文件，進行“翻模”。首先創(chuàng)建土建結(jié)構(gòu)及建筑模型，將整個車站的土建結(jié)構(gòu)框架、房間墻分布及建筑空間展示出來，為后續(xù)專業(yè)模型套入的基礎(chǔ)模型中。

第二步，創(chuàng)建通風(fēng)空調(diào)專業(yè)、給排水及消防專業(yè)、電氣專業(yè)、FAS、BAS等各專業(yè)BIM模型，將各專業(yè)中風(fēng)管、管道、橋架、設(shè)備及支架等所涵蓋的內(nèi)容，通過軟件中的族庫，選擇出對應(yīng)模型，以三維模式體現(xiàn)在軟件中。圖3-2-2機電全專業(yè)三維模型。

圖1 機電全專業(yè)三維模型

圖3 發(fā)現(xiàn)圖紙問題進行調(diào)整

最后將機電全專業(yè)三維模型套入至土建建筑模型中融合，使其機電設(shè)備管線等按照施工圖紙對應(yīng)至土建模型空間中，重要部位為車站站廳站臺公共區(qū)、設(shè)備區(qū)走廊、設(shè)備房間及機房等各部位。

4 BIM技術(shù)在綜合管線排布的優(yōu)勢

地鐵車站機電安裝工程是在多專業(yè)同步施工平行作業(yè)的情況下進行的，BIM技術(shù)通過自身特有的優(yōu)勢,例如：可視化展示、不同專業(yè)之間的協(xié)調(diào)、方案可行性模擬、優(yōu)化原有設(shè)計方案等，在施工前，創(chuàng)建全專業(yè)機電三維模型，所有管線全部集中在可視化模型中。通過可視化直觀的呈現(xiàn)出各專業(yè)二維圖中的管線三維布置，不用靠多張二維圖紙想象現(xiàn)場實際場景，施工前在可視化狀態(tài)下各專業(yè)人員對管線排布和空間利用進行進一步分析，優(yōu)化存在的矛盾，優(yōu)化管線形式，在模型中直接可進行調(diào)整修改，彌補二維圖紙的局限性。BIM模型可根據(jù)需要導(dǎo)出各種深化的平面及剖面圖紙，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,降低出錯概率，避免施工階段發(fā)生沖突，確保協(xié)調(diào)有序作業(yè)。

5 BIM技術(shù)在綜合管線中應(yīng)用實例

本項目主要應(yīng)用了BIM技術(shù)中碰撞檢測、深化綜合支吊架管線排布、深化機房整體布局及裝配式冷水機房BIM應(yīng)用等4個大方面。三維技術(shù)交底、可視化功能涵蓋在此4方面中進行了應(yīng)用。

5.1 管線碰撞檢測

全專業(yè)模型創(chuàng)建完成后，文件比較大，運行比較困難。故此，首先通過建模軟件Revit，導(dǎo)出Navisworks軟件能夠識別的文件格式，把文件縮小，重新整合在一起。然后利用BIM碰撞軟件Navisworks，對建筑、結(jié)構(gòu)、安裝等模型，基于綜合管線，快速偵測問題、并導(dǎo)出碰撞報告。例如石橋立交站發(fā)現(xiàn)碰撞點400余處，其中機電與結(jié)構(gòu)碰撞80處，機電專業(yè)間碰撞320處。碰撞檢測完成后進行碰撞問題記錄，同時提供施工處理方案，將處理方案及時反饋給設(shè)計院，根據(jù)反饋意見依次解決碰撞問題。確保在施工前，通過模型將問題全部解決。

圖2 碰撞檢測導(dǎo)出問題及解決方案

根據(jù)碰撞分析編制碰撞報告表格，目的在于在模型會審過程中,此表格可以作為設(shè)計調(diào)整的證明材料。通過將模型的碰撞報告提交給設(shè)計單位由設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場模型的情況,對施工單位作出調(diào)整的內(nèi)容給予認可,同時對施工單位無法調(diào)整的內(nèi)容提出具體調(diào)整方案。施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位根據(jù)此表格,同時確認模型設(shè)計變更、及深化設(shè)計調(diào)整方案。

再結(jié)合現(xiàn)場進一步優(yōu)化設(shè)備及管線空間排布，使其滿足運輸、安裝、運行及維護檢修的空間使用要求，輸出車站各層綜合管線、車站關(guān)鍵節(jié)點部位等的三維模型視圖，輔助技術(shù)交底。減少返工誤工所造成的材料及工時的浪費，節(jié)約項目實際生產(chǎn)成本，縮短了施工工期。

5.2 深化綜合支吊架管線排布

本項目設(shè)備區(qū)走廊、站廳層公共區(qū)均使用綜合支吊架進行管線安裝，例如石橋立交站站共113種支吊架類型，綜合支吊架通常根據(jù)管線綜合圖進行二次深化，通過二維圖紙進行將管線排布，上下層級進行劃分。但設(shè)備區(qū)走廊，管線相對復(fù)雜、綜合排布難，通過廠家提供圖紙無法滿足于現(xiàn)場施工。通過圖紙審查，發(fā)現(xiàn)圖紙問題40余處，并進一步優(yōu)化。

首先各區(qū)域空間內(nèi)調(diào)用合適的支吊架類型族，創(chuàng)建綜合支吊架及綜合管線排布模型，整理、分析、輸出數(shù)據(jù)進行優(yōu)化設(shè)計，對原模型進行更新。各專業(yè)根據(jù)模型協(xié)商解決管線碰撞問題，完成后上報設(shè)計確認，對綜合支吊架進行校隊，審定、出圖，指導(dǎo)施工。

圖4 生成模型指導(dǎo)施工

5.3 墻體預(yù)留孔洞指導(dǎo)施工

在完成建模及管線綜合排布的基礎(chǔ)上，將穿越墻體的管線，通過插件進行墻體開洞，對緊湊洞口進行合并設(shè)置，之后統(tǒng)一進行洞口標注，生成二維CAD圖紙以備現(xiàn)場預(yù)留洞使用。借助三維模型、剖面參照圖、二維留洞圖等多種形式，PC、手機等終端聯(lián)動，共同完成現(xiàn)場預(yù)留洞施工，確?，F(xiàn)場后期無一處返工開洞。

圖5 生成二維CAD圖指導(dǎo)施工

5.4 環(huán)控機房二次深化

環(huán)控機房為所有通風(fēng)系統(tǒng)終端集成式設(shè)計，主要系統(tǒng)有①大系統(tǒng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)1套；②小系統(tǒng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)4至5套；③大系統(tǒng)排煙1套；④小系統(tǒng)排煙4至5套；⑤通風(fēng)補風(fēng)系統(tǒng)3至4套；⑥空調(diào)水系統(tǒng)及相應(yīng)的電力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。根據(jù)機房平面布置圖，現(xiàn)場施工前首先考慮設(shè)備安裝位置，再考慮各類管線走向，且大部分均為大型、異性管道居多，占用空間很大。通過機房二次深化、清楚明了發(fā)現(xiàn)管線碰撞問題，并及時優(yōu)化。

圖6 環(huán)控機房優(yōu)化三維模型圖

模型優(yōu)化后布置支吊架，根據(jù)模型布置情況及支吊架類型合理計劃排布。通過機房施工模擬可視化展示，分析施工順序的合理性，向施工人員交底施工工序及節(jié)點要求，提高了機房安裝效率。

5.5 裝配式冷水機房二次深化

以和平村站為例，冷水機房位于站廳層西部30-31軸與物業(yè)預(yù)留區(qū)域交界處，建筑面積120m2，機房內(nèi)空間狹小，機電管線錯綜復(fù)雜，機電安裝工期緊，項目決定采用預(yù)制裝配式機房施工方案。

BIM深化設(shè)計在設(shè)備廠家確定完成后，根據(jù)設(shè)計要求進行：（1）深化人員根據(jù)設(shè)計提供的圖紙及廠家提供的設(shè)備樣本手冊，完成模型創(chuàng)建，確保設(shè)備模型尺寸與實際產(chǎn)品一致；（2）根據(jù)設(shè)計管線路由，考慮水力損失最優(yōu)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，合理排布管線，綜合管線布置過程中綜合考慮管線施工方便，人員檢修通道預(yù)留，設(shè)備檢修空間預(yù)留。優(yōu)化完成后，首先確定設(shè)備基礎(chǔ)平面定位圖，指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備基礎(chǔ)施工；（3）甲供設(shè)備安裝就位后，對現(xiàn)場進行精確測量，確定設(shè)備基礎(chǔ)實際尺寸及位置，確定設(shè)備接口大小及位置，根據(jù)現(xiàn)場情況及時調(diào)整模型；（4）管段拆分、制作預(yù)制加工圖

綜合考慮管段的功能、加工工藝、方便運輸、裝配順序，根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，現(xiàn)場采用卡箍及法蘭盤拼接的施工方案，對管線進行分段拆分，管段拆分完成后，對各管段進行預(yù)制加工圖制作，預(yù)制加工圖交預(yù)制加工廠進行預(yù)制加工。

圖7 效果圖與實際對比

6 結(jié)語

BIM技術(shù)目前在地鐵機電安裝領(lǐng)域，尤其是綜合管線施工中的應(yīng)用已基本成為行業(yè)共識，確實能夠解決實實在在的問題。在本項目中，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，將綜合管線碰撞、機房整體布局、砌筑預(yù)留孔洞等施工過程中的問題前置，提前提出解決方案，減少了設(shè)計、施工變更，確保了施工進度，降低了施工成本。

對于BIM技術(shù)在地鐵施工領(lǐng)域中的應(yīng)用，目前仍處在逆向設(shè)計階段，設(shè)計院下發(fā)二維DWG文件，施工單位利用BIM軟件進行“翻?！保僦笇?dǎo)現(xiàn)場施工。其實，這是一種不得已的手段，在國家大力推廣信息化的初期，相關(guān)的技術(shù)、標準、軟件都不成熟。

目前BIM發(fā)展至今已逐漸向正向設(shè)計發(fā)展，而所謂的BIM正向設(shè)計就是在項目從草圖設(shè)計階段至交付階段全部在三維環(huán)境里進行設(shè)計，利用三維模型和其中的信息，自動生成所需要的圖檔，模型數(shù)據(jù)信息一致完整，并且后過程都是由BIM三維模型完成。BIM信息不斷傳遞，下游單位將模型作為生產(chǎn)和施工的依據(jù)一直延續(xù)到交付階段。正向設(shè)計有明顯的優(yōu)勢，首先利用BIM多軟件協(xié)同的特點，一個模型可以在不同軟件間進行疏散，消防，結(jié)構(gòu)計算等多方面的分析，不同的設(shè)計人員可以在一個模型上進行實時協(xié)作。

故此，在不久的未來，BIM技術(shù)將成為我們建筑行業(yè)不可缺少的輔助工具，將全面提升建筑品質(zhì)，創(chuàng)建高質(zhì)高效的優(yōu)良工程。