基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法研究

李瑞華

摘要：在簡(jiǎn)述地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了在建造地鐵機(jī)電工程BIM數(shù)字化模型、生成地鐵機(jī)電工程可視數(shù)字化建造中心等方面的地鐵機(jī)電工程BIM數(shù)字化建造方法，選取某地鐵機(jī)電工程開(kāi)展了數(shù)字化建造準(zhǔn)備、完成了機(jī)電工程三維數(shù)字化建造模型、進(jìn)行了地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造實(shí)例分析，經(jīng)過(guò)數(shù)字化建造實(shí)例成本與預(yù)設(shè)成本對(duì)比，顯示各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的數(shù)字化建造成本均低于預(yù)設(shè)成本，證明本文設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法效果良好，具有可靠性和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：地鐵機(jī)電工程；BIM技術(shù)；數(shù)字化建造；方法研究

0? ?引言

在經(jīng)濟(jì)與交通并行發(fā)展時(shí)代，我國(guó)城市化建設(shè)速度越來(lái)越快，城市內(nèi)部的交通壓力越來(lái)越大，難以滿(mǎn)足人們?nèi)粘３鲂幸骩1]。建設(shè)地鐵可以降低城市交通壓力，推動(dòng)城市現(xiàn)代化發(fā)展。研究表明，在地鐵施工過(guò)程中，受到較多復(fù)雜因素的影響[2]。地鐵工程不僅需要大量的資金、人力和物力支持，還需要優(yōu)化目前的施工建設(shè)管理模式[3]，以保證地鐵工程質(zhì)量。

地鐵機(jī)電工程是地鐵建設(shè)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，其施工工藝比較復(fù)雜，需要根據(jù)地鐵二維設(shè)計(jì)圖進(jìn)行綜合建設(shè)[4]。但二維設(shè)計(jì)圖的展示能力有限，容易造成異常事故。為了解決這些問(wèn)題，需要對(duì)地鐵機(jī)電工程施工進(jìn)行有效的數(shù)字化建造。

1? ?地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造現(xiàn)狀

地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造的難度較高，涉及的機(jī)電設(shè)備種類(lèi)較多，包括通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、檢票設(shè)備、供配電設(shè)備等[5]。不同地鐵機(jī)電設(shè)備工程的難度不同，施工的差異性較高。數(shù)字化技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)有效、可視化的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造模型，通過(guò)觀察該模型的施工狀態(tài)，制定可靠的施工方案[6]。

我國(guó)的數(shù)字化技術(shù)起步比較晚，目前尚未形成完整的機(jī)電工程數(shù)字化建造格局，也缺乏相關(guān)的數(shù)字化建造技術(shù)。常規(guī)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造技術(shù)主要使用三維動(dòng)態(tài)平衡Rebro技術(shù)獲取數(shù)字化建造參數(shù)，易受預(yù)留孔洞碰撞作用影響，導(dǎo)致數(shù)字化建造成本過(guò)高[7]，不符合目前的施工建造要求。為此，本文基于BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種全新的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法。

2? ?地鐵機(jī)電工程BIM數(shù)字化建造設(shè)計(jì)

2.1? ?建造地鐵機(jī)電工程BIM數(shù)字化模型

BIM（Building Information Modeling）即“建筑信息模型”，BIM技術(shù)是一種新型的工程項(xiàng)目進(jìn)度整合技術(shù)，可以將不同的構(gòu)件及材料信息進(jìn)行有機(jī)整合。通過(guò)一體化設(shè)計(jì)可以降低地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造成本，優(yōu)化工程進(jìn)度，提高數(shù)字化建造維度的豐富性和數(shù)字化建造效果。本文基于BIM技術(shù)構(gòu)建了地鐵機(jī)電工程數(shù)字化模型，根據(jù)數(shù)字化建造要求計(jì)算數(shù)字化動(dòng)態(tài)建造指數(shù)[8]。如下（1）所示。

（1）

式（1）中：△P代表動(dòng)態(tài)的數(shù)字化建造指數(shù)，P0代表數(shù)字化建造成本參量，A代表數(shù)字化建造調(diào)整權(quán)重，B1、B2…Bn代表可變數(shù)字化建造差值，F(xiàn)0代表數(shù)字化建造價(jià)格指數(shù)，F(xiàn)1、F2…Fn代表數(shù)字化間隔成本權(quán)重[9]，此時(shí)根據(jù)數(shù)字化建造指數(shù)的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，可生成數(shù)字化建造目標(biāo)函數(shù)L，其表達(dá)式如下：

（2）

式（2）中：L代表數(shù)字化建造目標(biāo)函數(shù)，Li代表第i種數(shù)字化建造價(jià)格指數(shù)，L0代表基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)照價(jià)格。結(jié)合上述機(jī)電工程數(shù)字化動(dòng)態(tài)建設(shè)指數(shù)，可以根據(jù)BIM技術(shù)生成數(shù)字化建造流程。地鐵機(jī)電工程BIM數(shù)字化建造流程如圖1所示。

由圖1可知，根據(jù)該流程可以有效進(jìn)行數(shù)字化信息傳遞與處理，生成三維可視化機(jī)電工程BIM數(shù)字化模型。三維可視化機(jī)電工程BIM數(shù)字化模型如圖2所示。由圖2可知，使用上述BIM數(shù)字化模型可以有效進(jìn)行成本分析，從而設(shè)計(jì)符合建造要求的數(shù)字化建造方案。

2.2? ?生成地鐵機(jī)電工程可視數(shù)字化建造中心

為了降低地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造成本，提高數(shù)字化建造的可靠性，本文生成了地鐵機(jī)電工程可視數(shù)字化建造中心，該數(shù)字化建造中心架構(gòu)如圖3所示。

由圖3可知，上述數(shù)字化建造中心中包含精確的成本數(shù)據(jù)庫(kù)，可以有效地記錄各種各樣機(jī)電設(shè)備的集成成本數(shù)據(jù)，統(tǒng)一進(jìn)行管理訪(fǎng)問(wèn)。為了實(shí)現(xiàn)多功能模塊實(shí)時(shí)交互，該數(shù)字化建造中心設(shè)置了結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了二次建模。

在地鐵機(jī)電工程BIM數(shù)字化建造過(guò)程中，需要預(yù)先提取建造信息，生成有效的建造管理體系，再通過(guò)力學(xué)荷載分析計(jì)算完成整體設(shè)計(jì)。上述信息需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)匠杀緮?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)。數(shù)字化建造信息模型需要統(tǒng)一執(zhí)行數(shù)字化調(diào)配指令，獲取材料定額，對(duì)地鐵機(jī)電工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

為了滿(mǎn)足地鐵機(jī)電工程數(shù)字化安裝需要，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字化建造方法利用BIM軟件調(diào)整了數(shù)字化建造參數(shù)，進(jìn)行了建造碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)了材料限額、竣工管理等綜合控制，避免了施工項(xiàng)目產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)糾紛的風(fēng)險(xiǎn)，大幅度降低了地鐵機(jī)電工程的建設(shè)管理成本。

3? ?實(shí)例分析

3.1? ?工程概況

根據(jù)地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造要求，本文選取X地鐵機(jī)電工程進(jìn)行了實(shí)例分析。X地鐵機(jī)電工程屬于東西骨干地下線(xiàn)，全長(zhǎng)為38.56km，設(shè)置了若干車(chē)站及換乘站。該地鐵機(jī)電工程車(chē)站中心的里程為K12+645.000，頂板覆土3.65m，屬于地下雙層地鐵車(chē)站。

該地鐵機(jī)電工程采用局部明挖法施工，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深為17.04m，盾構(gòu)井段底板埋深為18.25m。X地鐵機(jī)電工程屬于同步施工工程，施工環(huán)境復(fù)雜，施工工期相對(duì)較短，施工完畢需進(jìn)行施工驗(yàn)證，必須滿(mǎn)足機(jī)電工程按期測(cè)試要求。

X地鐵機(jī)電工程的材料運(yùn)輸量較大，機(jī)電工程建造難度較大，對(duì)配電柜、機(jī)組等質(zhì)量要求較高且需進(jìn)行多次搬運(yùn)。根據(jù)該地鐵機(jī)電工程的上述實(shí)際情況，需要對(duì)其施行數(shù)字化建造，為此專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行了數(shù)字化建造分析。

3.2? ?數(shù)字化建造準(zhǔn)備工作

該工程使用機(jī)電設(shè)備專(zhuān)用的Revit MEP軟件進(jìn)行LOD500即竣工階段建模，對(duì)不同的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)，完成機(jī)電工程三維數(shù)字化建造模型。機(jī)電工程三維數(shù)字化建造模型如圖4所示。

由圖4可知，機(jī)電工程三維數(shù)字化建造模型合理性較高，符合實(shí)例分析細(xì)節(jié)要求。在數(shù)字化建模之前，需要對(duì)建筑圖紙進(jìn)行審查。因此利用Navisworks（三維模型審查軟件）進(jìn)行碰撞檢查，保證建筑模型無(wú)軟硬碰撞、間隙碰撞，以及重復(fù)項(xiàng)碰撞。

為了保證實(shí)例分析的準(zhǔn)確性，還需根據(jù)二維圖紙對(duì)三維管線(xiàn)的排布狀況進(jìn)行調(diào)整，利用BIM優(yōu)化電、暖、風(fēng)排布，在三維立體化環(huán)境下進(jìn)行數(shù)字化連接，再導(dǎo)入到Autodesk Navisworks（查看瀏覽建模和數(shù)據(jù)的軟件）中進(jìn)行調(diào)整。待上述步驟完畢后，即可進(jìn)行數(shù)字化建造及施工模擬，利用PM造價(jià)軟件計(jì)算準(zhǔn)確的數(shù)字化建造成本。

3.3? ?應(yīng)用效果分析

根據(jù)工程概況，在完成了數(shù)字化建造準(zhǔn)備工作后，進(jìn)行地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造實(shí)例分析。使用本文設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法，完成數(shù)字化建造過(guò)程，記錄不同機(jī)電設(shè)備的數(shù)字化建造成本，并將其與預(yù)設(shè)成本進(jìn)行對(duì)比。數(shù)字化建造實(shí)例成本與預(yù)設(shè)成本對(duì)比，如表1所示。

由表1可知，本文設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法，各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的數(shù)字化建造成本均低于預(yù)設(shè)成本，證明本文設(shè)計(jì)的基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法的建造效果較好，具有可靠性，有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在信息化技術(shù)發(fā)展背景下，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域正在進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)，各行各業(yè)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。地鐵是我國(guó)交通的重要組成部分，其機(jī)電設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度較高、成本損耗很大，需要研究一種有效的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法。本文設(shè)計(jì)的一種全新的、基于BIM技術(shù)的地鐵機(jī)電工程數(shù)字化建造方法，經(jīng)過(guò)實(shí)例分析，表明其數(shù)字化建造方法效果較好，成本較低，可靠性較強(qiáng)，具有應(yīng)用價(jià)值，為地鐵機(jī)電工程施工做出了一定貢獻(xiàn)。

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