BI M技術(shù)在地鐵機電施工中的應(yīng)用

陳博文

（中鐵十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司，濟(jì)南250014）

1 引言

地鐵作為城市交通運輸服務(wù)的重要形式，具有大運量、低能耗、節(jié)省土地、環(huán)境影響小等優(yōu)點，能夠緩解城市地面的交通壓力。 地鐵機電工程安裝涉及通風(fēng)空調(diào)、給排水、照明與動力供電等專業(yè)，施工內(nèi)容眾多，可分為機電管線布設(shè)與機電設(shè)備安裝兩大類。 其中，機電管線布設(shè)需對設(shè)備區(qū)、機房、走廊、站臺公共區(qū)的綜合管線進(jìn)行空間設(shè)計、橋架與管線布設(shè)；機電設(shè)備安裝需根據(jù)安裝圖紙對風(fēng)機、風(fēng)閥、水泵、配電箱等設(shè)備進(jìn)行安裝與調(diào)試[1]。地鐵機電施工的專業(yè)性、精確性要求較高，可利用BIM 技術(shù)對地鐵機電工程施工圖紙進(jìn)行設(shè)計校驗，對施工方案進(jìn)行模擬分析，有效指導(dǎo)風(fēng)管、泵房管道預(yù)制加工與綜合管線優(yōu)化，強化對機電工程施工進(jìn)度的管理力度，并依托地鐵機電施工的三維信息可視化模型實現(xiàn)技術(shù)交底與資源共享，提高地鐵機電工程施工精度與施工效率。

2 BI M技術(shù)

2.1 概述

BIM 技術(shù)是一種貫穿在項目設(shè)計、施工、運維過程中的三維信息管理模型， 其高度集成目標(biāo)工程的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、 屬性數(shù)據(jù)、成本數(shù)據(jù)、工序信息等，利用可視化技術(shù)對目標(biāo)工程進(jìn)行幾何圖形三維化建模與紋理貼附， 實現(xiàn)對目標(biāo)工程的三維信息化表達(dá)，為項目施工管理、信息資源共享、項目協(xié)同推進(jìn)、施工情況模擬等提供數(shù)據(jù)模型[2]。

2.2 BI M技術(shù)特點

BIM 技術(shù)具有可視性、模擬性與協(xié)同性。 （1）在可視性方面：利用目標(biāo)工程的空間結(jié)構(gòu)信息、幾何物理信息、拓?fù)溥壿嬯P(guān)系等將現(xiàn)實目標(biāo)工程映射為數(shù)字化的三維模型， 完整且詳細(xì)地表達(dá)與刻畫目標(biāo)工程的空間布局與內(nèi)部細(xì)節(jié)。 工作人員可基于此三維模型查詢目標(biāo)工程的材料信息、成本信息、工序信息、結(jié)構(gòu)信息、性能信息等，作為項目實施的數(shù)據(jù)資源庫[3]。（2）在模擬性方面：在目標(biāo)工程三維信息模型的基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)可根據(jù)施工程序、施工設(shè)備、施工材料等進(jìn)行施工情況模擬，優(yōu)化施工組織設(shè)計，不僅可利用碰撞檢測與錯誤分析、功能分析預(yù)判工程各構(gòu)件在空間上是否存在交錯碰撞或結(jié)構(gòu)沖突問題，優(yōu)化圖紙設(shè)計，還可利用精準(zhǔn)的構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸與空間布局計算、分析目標(biāo)工程的抗震性與牢固性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。（3）在協(xié)同性方面：目標(biāo)三維信息模型作為共享式信息資源，不僅可為工程項目各分部分項提供建筑、設(shè)備、結(jié)構(gòu)信息，推進(jìn)不同環(huán)節(jié)同步施工、協(xié)同作業(yè)，還可作為設(shè)計、監(jiān)理、業(yè)主、施工等參建方交底與交流的工具， 便于參建方直觀了解工程項目的實施動態(tài)。

2.3 BI M技術(shù)在地鐵機電施工中的重要性

地鐵機電施工中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以建立地鐵機電工程三維信息模型，全面涵蓋地鐵的結(jié)構(gòu)類型、建筑材料、工程性能與機電設(shè)備運行狀況， 以便各參建方在地鐵機電工程施工過程中獲取施工工序、施工進(jìn)度、施工安全、工程性能等關(guān)鍵信息、地鐵設(shè)計文件、機電設(shè)備安裝信息。 BIM 技術(shù)的模擬性可根據(jù)施工進(jìn)度高精度擬合與更新地鐵機電工程的施工動態(tài)，通過施工過程模擬與預(yù)測，提前發(fā)現(xiàn)施工方案中的不合理之處并及時調(diào)整優(yōu)化， 有效提高地鐵機電工程施工效率。 同時，地鐵機電設(shè)備安裝過程中，利用BIM 技術(shù)高度關(guān)聯(lián)二維安裝圖紙與三維信息模型， 可確保二維安裝圖紙調(diào)整后三維信息模型的聯(lián)動修改的準(zhǔn)確性， 為設(shè)備安裝提供更精準(zhǔn)的指導(dǎo)，有效減少設(shè)備安裝中的錯誤或疏漏。

3 BI M技術(shù)在地鐵機電施工中的應(yīng)用

3.1 圖紙設(shè)計校驗

地鐵機電施工涉及管線布設(shè)與機電設(shè)備安裝， 圖紙設(shè)計的質(zhì)量直接關(guān)系到管線布設(shè)的合理性與科學(xué)性以及機電設(shè)備安裝的正確性與實用性。 在地鐵機電工程設(shè)計階段，利用測繪測量技術(shù)可以精準(zhǔn)采集地鐵工程的空間信息以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型信息等， 結(jié)合地鐵機電工程的施工內(nèi)容構(gòu)建地鐵機電三維信息模型，直觀可視化地表達(dá)地鐵工程情況與設(shè)備安裝狀況。在地鐵機電三維信息模型構(gòu)建時， 需要集成地鐵機電施工工程的建筑模型與結(jié)構(gòu)模型，在地鐵站三維模型的基礎(chǔ)上，綜合管線設(shè)計人員與機電設(shè)備安裝設(shè)計人員可協(xié)同開展布線與設(shè)備安裝設(shè)計工作， 將二維布線圖與設(shè)備安裝圖轉(zhuǎn)換為三維信息，客觀刻畫出綜合布線方案與機電設(shè)備安裝方案，及時發(fā)現(xiàn)地鐵土建工程與機電工程設(shè)計中存在的結(jié)構(gòu)沖突等不合理現(xiàn)象，并予以調(diào)整優(yōu)化，提高圖紙設(shè)計的合理性。 精細(xì)化、可視化表達(dá)的地鐵內(nèi)在結(jié)構(gòu)、管線空間分布、設(shè)備安裝信息等均可利用三維信息建模功能進(jìn)行自動校驗。 校驗內(nèi)容包括地鐵土建工程中的建筑圖紙與結(jié)構(gòu)圖紙內(nèi)容是否吻合； 相關(guān)預(yù)埋預(yù)設(shè)點位或管道在空間上是否一致； 孔洞標(biāo)記與圖紙標(biāo)注是否保持一致等。 及時發(fā)現(xiàn)二維CAD 圖紙中通常難以發(fā)現(xiàn)的問題，如給排水管道與電氣管線在空間上交叉、 設(shè)備安裝部位無預(yù)埋管線等問題，提高圖紙設(shè)計的合理性。

3.2 方案模擬交底

地鐵機電施工作業(yè)面狹窄， 大量不同類別的管線布設(shè)與設(shè)備的安裝需在有限的空間內(nèi)實施， 大型機械設(shè)備無法投入使用，各分部分項參建方需協(xié)同推進(jìn)各項施工工序。 技術(shù)交底是地鐵機電工程實施的重要環(huán)節(jié)， 是分部分項協(xié)同推進(jìn)的重要基礎(chǔ)。 BIM 技術(shù)支持下的地鐵機電三維信息建模與圖紙設(shè)計校驗可為技術(shù)交底與施工方案模擬提供精準(zhǔn)依據(jù)。 利用BIM 技術(shù)的模擬特性，結(jié)合前期集成的地鐵施工程序、施工設(shè)備、結(jié)構(gòu)類型、建筑材料、管線布設(shè)、設(shè)備安裝文件等數(shù)據(jù)，對施工方案進(jìn)行全過程模擬， 以便管線布設(shè)施工人員與機電設(shè)備安裝人員全面掌握施工過程、 施工工藝以及相關(guān)注意事項。 例如，在地鐵消防泵站施工前，對消防泵站的消防栓、自動噴水滅火系統(tǒng)、消防吸水管與出水管等施工方案進(jìn)行模擬，分析預(yù)測此施工方案下的施工安全隱患與質(zhì)量問題， 以便施工人員在實際施工過程中有效規(guī)避。 同時，通過對施工方案中各關(guān)鍵要點，如施工材料堆放貯存、施工人員進(jìn)出、機械設(shè)備統(tǒng)籌調(diào)度、材料運輸路線布設(shè)等，進(jìn)行模擬，及時發(fā)現(xiàn)施工組織設(shè)計方案中的不合理之處， 以便調(diào)整優(yōu)化地鐵機電工程施工方案[4]。

3.3 綜合管線優(yōu)化

地鐵機電施工涉及大量的管線與機電設(shè)備， 在狹窄的作業(yè)空間內(nèi)，管線交叉、結(jié)構(gòu)沖突等問題是地鐵機電施工中的常見問題，會影響地鐵機電工程的施工進(jìn)度，增加機電工程后續(xù)運維養(yǎng)護(hù)成本。 因此，在綜合管線布設(shè)時，應(yīng)用BIM 技術(shù)對不同類別，如電氣、風(fēng)管、給排水等管線管道，進(jìn)行三維建模，將各類別管道模型綜合時，依托BIM 軟件平臺碰撞檢測與錯誤分析功能自動檢測分析出不同類別管線存在空間交叉或空間拓?fù)潢P(guān)系是否存在錯誤問題， 然后根據(jù)軟件輸出的碰撞檢測錯誤報告找到存在碰撞沖突的管線，查詢到各管線的標(biāo)高、規(guī)格參數(shù)等屬性與空間分布， 在設(shè)計階段對綜合管線布設(shè)方案加以調(diào)整優(yōu)化。 調(diào)整優(yōu)化后的綜合管線三維模型可根據(jù)任意橫截面生成豎向剖面圖， 便于管線施工人員查詢剖面圖上的管線數(shù)據(jù)與施工參數(shù)，并開展施工作業(yè)。 在具體應(yīng)用時，可利用BIM 構(gòu)建各類別管線三維信息模型， 根據(jù)管線的標(biāo)高、走向以及用途等屬性進(jìn)行碰撞與交叉檢測。 對于檢測發(fā)現(xiàn)的管線可導(dǎo)入Navisworks 軟件中進(jìn)行剖切與標(biāo)高等屬性調(diào)整，并對調(diào)整后的管線進(jìn)行自動碰撞與交叉檢測， 確保綜合管線無碰撞、無交叉。 同時，在綜合管線布設(shè)時，應(yīng)考慮管線檢修的空間，通過BIM 技術(shù)對管線三維空間進(jìn)行模擬，測算檢修空間是否留足，提高后續(xù)管線運維檢修的便利性。

3.4 管道預(yù)制加工

地鐵機電工程施工中的管道安裝需提前根據(jù)圖紙設(shè)計加工好管道，再將管道運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場加以組裝，以提高管道施工的進(jìn)度。 BIM 技術(shù)在管道施工中的應(yīng)用可延伸至管道預(yù)制加工工序中。 利用BIM 技術(shù)對管道進(jìn)行三維建模，生產(chǎn)廠商根據(jù)管道三維信息模型中的相關(guān)尺寸參數(shù)與規(guī)格屬性進(jìn)行管道模具設(shè)計與管道加工生產(chǎn)。 預(yù)制加工后的管道運輸至施工現(xiàn)場后， 管道安裝人員對照分解的管道三維模型與綜合管道模型進(jìn)行現(xiàn)場組裝，具體組裝流程為：（1）先安裝泵體與支吊架；（2）對主路管件與分支路管件的閥門加以安裝；（3）通過焊接工藝將管道連接部位加以固定， 并通過現(xiàn)場測試檢驗管道安裝的正確性。BIM 技術(shù)貫穿在管道預(yù)制加工、管道現(xiàn)場組裝的全過程，有效指導(dǎo)生產(chǎn)廠商進(jìn)行模具打樣與現(xiàn)場組建安裝。

3.5 施工進(jìn)度管理

地鐵機電工程施工前，將施工組織設(shè)計方案、施工進(jìn)度計劃等輸入BIM 軟件平臺中，高效關(guān)聯(lián)地鐵機電三維信息模型與施工進(jìn)度， 實現(xiàn)對地鐵機電工程安裝施工的高效、 精準(zhǔn)模擬。 地鐵機電工程實際施工過程中，施工單位及時將施工現(xiàn)場實際施工安裝進(jìn)度錄入系統(tǒng)中，并動態(tài)更新。BIM 軟件平臺可自動對比地鐵機電工程的實際施工進(jìn)度與施工進(jìn)度計劃，分析當(dāng)前已完成的實際工程量與計劃工程量差異， 給出施工進(jìn)度達(dá)標(biāo)情況，例如，是否按照施工進(jìn)度施工、施工進(jìn)度是否存在推進(jìn)緩慢、施工進(jìn)度受阻的原因為何等，以便各參建方根據(jù)施工進(jìn)度對比數(shù)據(jù)掌握施工進(jìn)度管理中存在的問題。 具體應(yīng)用過程中，施工單位可利用BIM 軟件平臺有效綁定工程橫道圖與地鐵機電三維信息模型，直觀可視化展示施工工程量，以便施工單位更為精準(zhǔn)、直觀地掌握施工進(jìn)度。

3.6 信息資源共享

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 地鐵機電安裝技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新優(yōu)化，BIM 技術(shù)的使用，讓地鐵機電安裝工程的各個階層和各個專業(yè)之間實現(xiàn)了協(xié)同發(fā)展， 給機電工程設(shè)計提供了統(tǒng)一的模型標(biāo)準(zhǔn)。 如果相關(guān)的信息發(fā)生沖突，可以通過對比模型標(biāo)準(zhǔn)確定準(zhǔn)確的施工方法， 這不僅使得對信息的利用更加充分，還給工程的優(yōu)化完善提供了更加科學(xué)合理的依據(jù)[5]。 同時，BIM 軟件與CAD 軟件和EXCEL 軟件能夠?qū)崿F(xiàn)有效對接，有效進(jìn)行資料信息的傳輸、處理、存儲等。 因此，在地鐵機電施工中，還可以利用BIM 技術(shù)提取工程量清單，進(jìn)行各個系統(tǒng)的工程量計算，然后以EXCEL 表格形式導(dǎo)出，再進(jìn)行統(tǒng)計與分析，有效提高了工作效率。 將BIM 技術(shù)有效地運用在地鐵機電安裝施工中，可以共享信息資源，從而更加科學(xué)、合理地對工程項目進(jìn)行設(shè)計， 同時又為建設(shè)企業(yè)和施工企業(yè)提供了一個有效的平臺進(jìn)行信息交流， 使得雙方的信息交流更加順暢。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)是一種信息管理模型，可以將項目設(shè)計、施工建設(shè)、項目運營等方面的數(shù)據(jù)信息在數(shù)據(jù)庫中全部整合起來，然后通過數(shù)字模型將地鐵工程的施工情況模擬出來， 從而完成對地鐵各個項目的管理、共享以及創(chuàng)建。 地鐵機電的安裝施工中涉及的內(nèi)容較為復(fù)雜，具有極強的專業(yè)性，工作人員應(yīng)在施工過程中強化BIM 技術(shù)的應(yīng)用，合理應(yīng)用BIM 模型，完善和優(yōu)化地鐵的機電設(shè)備安裝，科學(xué)開展工作，降低材料損耗，實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)和數(shù)據(jù)管理的效果。