基于BIM技術(shù)的管線綜合在軌道交通地下車站全生命周期中的應(yīng)用

摘 "要：軌道交通工程具有涉及專業(yè)多、工程范圍廣、工期緊、工作面小和施工難度大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)設(shè)計和施工過程較為困難。近年BIM技術(shù)應(yīng)用在軌道交通工程中陸續(xù)開展，其顯著優(yōu)勢也被逐漸挖掘。該文針對天津市某地鐵車站管線綜合BIM技術(shù)應(yīng)用項目，具體論述BIM技術(shù)在軌道交通地下車站中的設(shè)計、施工招標(biāo)、施工及運(yùn)維各階段的管線綜合全過程的技術(shù)應(yīng)用。該文闡述的軌道交通管線綜合BIM技術(shù)應(yīng)用可為后期類似項目開展相關(guān)工作提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：軌道交通；BIM技術(shù)；管線綜合；深化設(shè)計；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：U239.5 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2024）20-0185-04

Abstract： Rail transit engineering has the characteristics of many specialties， wide project scope， tight construction period， small working face， difficult construction and so on， so the traditional design and construction process is more difficult. In recent years， the application of BIM technology in rail transit engineering has been carried out one after another， and its significant advantages have been gradually excavated. Aiming at the application project of pipeline comprehensive BIM technology in a subway station in Tianjin， this paper concretely discusses the technical application of BIM technology in the whole process of design， construction bidding， construction and operation and maintenance of underground rail transit station. The application of comprehensive BIM technology of rail transit pipelines described in this paper can be used as a reference for similar projects in the later stage.

Keywords： rail transit; BIM technology; pipeline synthesis; deepening design; technical application

BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、可優(yōu)化和出圖等特點(diǎn)，在軌道交通項目中應(yīng)用廣泛，管線綜合設(shè)計BIM技術(shù)的作用尤為突出[1]。目前，史恬齊[2]在哈爾濱地鐵2號線的管線綜合設(shè)計中采用了BIM技術(shù)，深入分析了碰撞檢測流程及BIM技術(shù)在管線綜合階段的運(yùn)用價值；邱智鋮[3]在洛陽地鐵1號線的管線綜合設(shè)計中，探討了BIM技術(shù)在設(shè)計流程中的凈高分析、路徑優(yōu)化、復(fù)雜區(qū)域綜合排布等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的應(yīng)用；朱宸等[4]在上海軌道交通17號線的管線綜合安裝工程中，詳細(xì)描述了BIM技術(shù)在綜合管線碰撞檢測、預(yù)留孔洞設(shè)置、大型設(shè)備運(yùn)輸路徑檢查等方面的應(yīng)用。盡管前述研究在軌道交通管線綜合的BIM應(yīng)用方面已有較多論述，但這些研究大多集中于工程單一階段的應(yīng)用，對于BIM技術(shù)在全生命周期范圍內(nèi)的應(yīng)用則鮮有涉及。本文旨在重點(diǎn)闡述BIM技術(shù)在管線綜合設(shè)計、施工及運(yùn)維階段的全生命周期應(yīng)用，探討其在提升項目效率和質(zhì)量方面的重要作用。

1 "BIM技術(shù)在管線綜合中應(yīng)用的必要性

管線綜合設(shè)計是軌道交通設(shè)計中最為核心且傳統(tǒng)的環(huán)節(jié)，其設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到后續(xù)工程能否順利進(jìn)行。在傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計中，二維CAD圖紙是信息傳遞的主要媒介。然而，這種設(shè)計方式要求各專業(yè)之間進(jìn)行反復(fù)的信息交流和協(xié)調(diào)，而二維圖紙的工作模式使得各專業(yè)在設(shè)計過程中需要耗費(fèi)大量時間來理解其他專業(yè)的設(shè)計資料，導(dǎo)致工作效率低下。此外，傳統(tǒng)的二維設(shè)計手段無法全面揭示設(shè)計中的沖突問題。

在現(xiàn)場施工過程中，也常常面臨各種挑戰(zhàn)，如缺乏工作面、位置沖突、凈高不足等問題。為確保圖紙的質(zhì)量和現(xiàn)場施工的一致性，本文采用建筑信息模型（BIM）作為信息載體，通過BIM模型整合管線綜合設(shè)計。在管線綜合布局合理化后，返回給各專業(yè)的圖紙均為由BIM模型導(dǎo)出的圖紙，從而確保了數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性。如有任何專業(yè)間的意見分歧，可以在BIM模型中進(jìn)行協(xié)調(diào)、調(diào)整、修改和重新提資。這種工作方式確保了各專業(yè)成果的統(tǒng)一性，從而保障了管線綜合設(shè)計圖紙與各專業(yè)圖紙的一致性，大幅提升了設(shè)計圖紙的質(zhì)量。

2 "某軌道交通工程應(yīng)用案例

2.1 "工程概況

以天津地鐵某車站為例，該站為2層地下島式車站，地下一層為站廳層，結(jié)構(gòu)凈高6 m。地下二層為站臺層，結(jié)構(gòu)凈高4.65 m，地面裝修層完成厚度均為150 mm。本車站長226.6 m，有效站臺中心里程處寬21.1 m，車站總建筑面積14 639.8 m2。車站包含1號與2號附屬風(fēng)亭、A和B出入口，均采用明挖法施工。

2.2 "工程重難點(diǎn)分析

2.2.1 "管綜協(xié)調(diào)難，溝通量大

地下車站建設(shè)成本高，空間狹小，各專業(yè)管線多，管綜設(shè)計協(xié)調(diào)難度大，牽一發(fā)而動全身，往往一個復(fù)雜節(jié)點(diǎn)調(diào)整需要涉及三五個專業(yè)變動，溝通工作量大，協(xié)同設(shè)計困難。

2.2.2 "地下車站空間小，凈高要求高

由于地鐵站是地下建筑，結(jié)構(gòu)尺寸大、裝修要求條件高，公共區(qū)與設(shè)備區(qū)交叉及走廊位置往往管線交叉復(fù)雜、碰撞嚴(yán)重。除此之外，站廳站臺公共區(qū)常常須考慮各種起拱裝修吊頂，會大大壓縮可用空間，對管線排布造成困難。

2.2.3 "管線設(shè)備資產(chǎn)信息多，管理難

基于BIM協(xié)同管理平臺可將各管線、設(shè)備等資產(chǎn)信息進(jìn)行存儲，有利于項目運(yùn)維數(shù)據(jù)移交和后期運(yùn)維人員維護(hù)、保管。

2.3 "設(shè)計階段的應(yīng)用

2.3.1 "管線綜合輔助設(shè)計

依據(jù)施工圖建立、整合各專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等）BIM模型（圖1），同時考慮管線之間布置、管線與設(shè)備相對位置布置原則和管線維護(hù)、檢修空間要求。公共區(qū)、走廊管線遵循平行布置原則，垂直位置遵循“風(fēng)上、電中、水下”的原則，管線交叉時，管徑小的避讓管徑大的，有壓管線避讓無壓管線，給水管應(yīng)布置在排水管上方；設(shè)備房間布置時，與供電無關(guān)、易產(chǎn)生冷凝水的管線、風(fēng)口應(yīng)避開設(shè)備正上方，管綜布置時，也需綜合管線保溫、支吊架吊桿和橫桿的安裝等空間進(jìn)行管綜輔助設(shè)計。

2.3.2 "碰撞檢查分析

基于建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電全專業(yè)模型，綜合檢查各類管線內(nèi)部、管線與設(shè)備、管線與結(jié)構(gòu)等專業(yè)之間的軟硬碰撞沖突問題，充分考慮施工安裝、裝修空間、強(qiáng)制要求、運(yùn)維檢修和使用便利等因素，綜合檢查各類管線間排布的合理性問題，整理圖紙問題記錄，輔助、指導(dǎo)設(shè)計單位進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。管綜模型初排后，利用Navisworks軟件實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間碰撞檢查（圖2）。通過分析研究，本站共檢測出碰撞問題351處，均優(yōu)化處理。

2.3.3 "管線凈高分析

利用BIM模型對車站空間凈高進(jìn)行分析，尤其針對公共區(qū)域與走廊、走廊與走廊交叉位置和重要設(shè)備房間外等管線集中區(qū)，通過模型剖切面（圖3）顯示低于要求凈高的管線段及是否滿足通行凈高要求，提出機(jī)電管線空間位置優(yōu)化建議，提升車站空間利用效果。

2.3.4 "孔洞預(yù)留檢查及出圖

傳統(tǒng)二維管線綜合設(shè)計普遍存在的質(zhì)量通病就是孔洞遺漏、預(yù)埋孔洞不準(zhǔn)確，造成機(jī)電安裝在進(jìn)行鑿墻開洞時，不僅浪費(fèi)時間，還增加成本，嚴(yán)重的甚至還會破壞結(jié)構(gòu)，留下質(zhì)量安全隱患[1]。本站在設(shè)計階段利用BIM空間預(yù)留孔洞技術(shù)，協(xié)調(diào)優(yōu)化墻、板、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)留孔洞（包含立管開孔、隔墻管線開孔等），提前對上述區(qū)域管線預(yù)留孔洞進(jìn)行精確定位，輔助設(shè)計單位優(yōu)化設(shè)計圖紙，基于管線碰撞調(diào)整后的模型，對車站內(nèi)每一面二次結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行剖切標(biāo)注出圖（圖4），從BIM軟件中直接導(dǎo)出平面及剖面圖紙（圖5），確保圖面內(nèi)容準(zhǔn)確性，極大提高設(shè)計出圖效率，同時減少上述麻煩和隱患。

2.4 "施工招標(biāo)階段的應(yīng)用

2.4.1 "機(jī)電工程量統(tǒng)計分析

施工招投標(biāo)階段，建設(shè)單位需整體把控機(jī)電招標(biāo)工程量，基于施工圖BIM模型提取實(shí)體模型構(gòu)件的工程量信息和構(gòu)件屬性信息，導(dǎo)出機(jī)電工程量明細(xì)表，輔助業(yè)主進(jìn)度管理和支付管理。對于施工過程中的變更、洽商，通過BIM模型與機(jī)電工程量明細(xì)表的參數(shù)化關(guān)聯(lián)關(guān)系，快速生成變更后的機(jī)電工程量明細(xì)表，提高各階段工程計量的效率。

2.4.2 "機(jī)電造價控制分析

通過項目的BIM造價數(shù)據(jù)指標(biāo)采集，完成各類項目針對BIM模型的造價指標(biāo)庫搭建，形成企業(yè)定額庫。以本站地鐵項目為例，形成基本功能區(qū)域（站臺層、站廳層、站臺底板層等）面積造價指標(biāo)、大宗構(gòu)件（風(fēng)管及保溫、風(fēng)閥、靜壓箱、各類水管、強(qiáng)弱電橋架和支吊架等）單位造價指標(biāo)、材料消耗量指標(biāo)和人工消耗量指標(biāo)等，為后續(xù)施工機(jī)電工程量招標(biāo)工作提供快速、準(zhǔn)確的計算。

2.5 "施工階段的應(yīng)用

2.5.1 "大型設(shè)備運(yùn)輸路徑預(yù)演分析

在二次結(jié)構(gòu)施工前，搭建空調(diào)機(jī)組、大型水泵及配電柜等大型設(shè)備模型（圖6），并對其運(yùn)輸路線進(jìn)行4D動畫模擬（圖7），檢查設(shè)備進(jìn)站通道的大小、暢通程度、設(shè)備基礎(chǔ)等環(huán)節(jié)是否能滿足設(shè)備運(yùn)輸安裝的要求，為后期吊裝運(yùn)輸提供足夠空間，避免因運(yùn)輸空間不足導(dǎo)致砌體拆除，減少返工。通過動畫模擬提前發(fā)現(xiàn)問題，輔助優(yōu)化運(yùn)輸和安裝方案，減少施工風(fēng)險。

2.5.2 "設(shè)備末端及支吊架深化設(shè)計

有些房間機(jī)電管線和設(shè)備末端需要進(jìn)行施工深化，通過BIM設(shè)計確保方案的實(shí)用經(jīng)濟(jì)美觀及現(xiàn)場施工的合理性。針對設(shè)備類型較多的屋面、設(shè)備間、衛(wèi)生間和走道的位置，利用BIM技術(shù)進(jìn)行方案的布置，提供多種方案供業(yè)主選擇。支吊架設(shè)計人員直接在BIM模型中剖切斷面（圖8），根據(jù)模型中管線排布設(shè)計支吊架布置方案，提高設(shè)計效率，確保綜合管線布置與支吊架布置協(xié)調(diào)一致。

2.6 "運(yùn)維階段的應(yīng)用

管線綜合在運(yùn)營階段的BIM技術(shù)應(yīng)用主要是指各機(jī)電設(shè)備的智能運(yùn)維養(yǎng)護(hù)、狀態(tài)跟蹤、設(shè)備資產(chǎn)轉(zhuǎn)固及成本管理等內(nèi)容。

2.6.1 "設(shè)備智能運(yùn)維養(yǎng)護(hù)及狀態(tài)跟蹤

在前期策劃階段，對項目機(jī)電設(shè)備編制設(shè)備設(shè)施編碼標(biāo)準(zhǔn)（圖9）。機(jī)電設(shè)備進(jìn)場時，均粘貼有唯一字串編號的二維碼，類似于人的身份證信息，每個設(shè)備均有線路、位置、序列號等信息?，F(xiàn)場施工單位安裝設(shè)備時，完成設(shè)備信息和模型相互關(guān)聯(lián)，達(dá)到后期二維碼巡檢及追溯工單的作用?；凇癇IM+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，在設(shè)備巡檢中利用移動端APP填寫巡檢記錄，并標(biāo)注設(shè)備狀態(tài)。施工現(xiàn)場通過系統(tǒng)平臺調(diào)用設(shè)備時，系統(tǒng)自動過濾存在安全隱患的設(shè)備，防止安全事故發(fā)生，便于項目機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、維護(hù)維修記錄、執(zhí)行和分析。

2.6.2 "設(shè)備資產(chǎn)轉(zhuǎn)固及成本管理

基于機(jī)電設(shè)備編碼技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備全過程盤點(diǎn)、統(tǒng)計，便于快速查找資產(chǎn)及核對資產(chǎn)信息，提升盤點(diǎn)過程準(zhǔn)確性，利于設(shè)備資產(chǎn)轉(zhuǎn)固。依據(jù)移動端APP實(shí)時機(jī)電設(shè)備進(jìn)度、材料、獎懲采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動匯總，并與計劃成本對比，實(shí)現(xiàn)BIM5D管理功能，基于BIM模型實(shí)現(xiàn)進(jìn)度-材料-成本數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，提升管理效率，降低人力投入。

3 "結(jié)論

城市軌道交通在信息化時代背景下呈飛速發(fā)展之勢，傳統(tǒng)二維手段已無法滿足發(fā)展要求[2]。本文闡述了BIM技術(shù)在軌道交通地下車站管線綜合全生命周期中的應(yīng)用，在設(shè)計階段，BIM技術(shù)不僅可以有效整合各專業(yè)管線、減少管線碰撞、提升檢修空間及站內(nèi)凈空，還能為業(yè)主在招標(biāo)階段提供造價依據(jù)，輔助業(yè)主成本控制，施工階段輔助施工深化設(shè)計，運(yùn)維階段助力機(jī)電設(shè)備運(yùn)維養(yǎng)護(hù)、資產(chǎn)轉(zhuǎn)固等，這些特點(diǎn)可以很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維手段的缺點(diǎn)。但本文論述篇幅較為有限，其未被挖掘的應(yīng)用還很多，如BIM+IoT、萬物互聯(lián)、智能軌道交通等。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龐曉磊，馬汝巖.基于BIM技術(shù)的城市軌道交通建設(shè)管理研究[J].天津建設(shè)科技，2021，31（1）：16-19.

[2] 史恬齊.BIM技術(shù)在管線綜合中的應(yīng)用研究——以哈爾濱地鐵2號線南直路站為例[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（36）：203-204.

[3] 邱智鋮.BIM技術(shù)在管線綜合中的應(yīng)用研究——以洛陽地鐵1號線為例[J].中國新通信，2023，25（5）：67-69.

[4] 朱宸，張艷菲.淺析BIM技術(shù)在地鐵車站機(jī)電管線綜合排布中的應(yīng)用——以上海市軌道交通17號線為例[J].綠色環(huán)保建材，2021（5）：173-174.