BIM技術在鄭州市5號線某地鐵站機電安裝工程中的應用

王 松

（河南建筑職業技術學院設備工程系，河南 鄭州 450064）

引言

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達，BIM技術是一種數據化工具，通過模型來整合項目的各專業信息，在項目規劃、設計、施工、運維、拆建的全生命周期中進行信息的共享和傳遞，在提高生產效率、節約成本和縮短工期等方面發揮越來越大的作用。

近年來，地鐵交通建設呈現大規模發展的趨勢，地鐵交通設施設備的數量劇增，類型日趨復雜化。通過采用BIM技術，解決地鐵交通工程建設過程中的難點，改變以往項目建設過程中由于各參與方的工程數據不一致，設計圖紙不直觀，以及設計中的錯、漏、碰、缺導致的各種問題，同時在項目施工前發現問題、提高對項目全過程的管控能力，重點解決現場實際問題，各方協同工作，節約了成本，縮短了工期。并將竣工資料錄入BIM模型里，實現BIM數據在工程項目全生命周期中的傳遞應用，如圖1所示。

鄭州市地鐵5號線共有32個站，全部采用了BIM技術。本文以某地鐵車站為例，研究BIM技術在機電安裝中的應用，該地鐵站為地下3層雙島式車站，地下一層為軌道交通5、8號線共用站廳層，2條線的客流可在站廳內換乘。車站總建筑面積為30185m2，其中主體建筑面積為25681m2，附屬建筑面積為4504m2。

本項目搭建了BIM工作組織機構（如圖2所示），制定了方案要求和BIM技術標準（如圖3所示）。BIM技術應用的功能定位是:（1）利用BIM技術輔助設計，提升設計質量，減少設計中常見的錯、漏、碰、缺問題，交付設計模型；（2）利用BIM技術配合指導現場施工，進行施工階段的BIM技術應用，完成施工模型的更新并交付竣工模型；（3）在BIM竣工模型基礎上，根據運營方要求錄入和完善運營維護等相關信息，交付運營維護模型，對運營方進行運維模型的使用培訓；（4）協助業主搭建面向多參與方和多階段BIM數據管理的工作平臺，制定落實鄭州軌道交通工程BIM實施的相關技術性文件；（5）通過BIM總體頒布的文件，組織各參與方單位按照要求開展BIM設計及應用并核查、匯總、提交成果。根據業主要求，該項目采用 AUTODESK 公司的Revit、Navisworks作為建模軟件平臺，建筑結構模型如圖4所示，機電模型如圖5所示。

圖1 項目全生命周期數據流轉流程圖Fig.1 Project full life cycle flow chart

圖2 BIM工作組織機構Fig.2 BIM working organization

圖3 制定了相關標準和方案要求Figure.3 relevant standards and programme requirements

圖4 建筑結構模型Fig.4 BIM model of architecture and structure

圖5 機電模型Fig.5 Mechanical and electrical BIM model

1 BIM機電建模要求

1.1 機電管線相對位置布置原則

（1）機電管線相對位置宜按照通風空調管道、強電橋架在上，弱電橋架在中，給排水管、氣體滅火管道在下的原則進行布置。

（2）機電管線相碰處應按照一般原則進行處理：小管徑管道讓大管徑管道；軟管讓硬管；弱電讓強電；壓力管道讓自流管道；工程量小的管線讓工程量大的管線。

（3）若管線的寬度不大于1.2m時，可考慮從單側進行維護檢修，若管線的寬度大于1.2m時，應考慮從兩側均可進行維護檢修，維護檢修的空間一般應滿足0.6m，困難情況下不應小于0.4m。

（4）電纜橋架與其它機電管線間距不應小于0.15m，其它機電系統管線間距不應小于0.15m。電纜橋架上部到頂棚或者其它障礙物間距不應小于0.30m。

（5）弱電橋架應合理綜合，弱電系統橋架宜共用支架。

（6）強電橋架布置宜簡潔，各系統橋架應共用支吊架，宜在走道或一般房間內布置，不宜通過通信設備室、信號設備室、車控室、AFC設備室、AFC配線間等。

（7）電纜橋架在通道中位于同側的多層支吊架上敷設時，宜根據電壓等級由高到低、強電到弱電的順序由上到下排列

1.2 機電管線標高布置原則

（1）優化后應保證管線最低標高不低于圖紙上的標高，如果標高確需降低需與綜合管線設計人員溝通；

（2）通風空調管道布置應考慮消防對擋煙垂壁的要求，盡量靠近結構頂面布置，管頂距結構頂面距離不小于100mm。

（3）機電管線標高應充分考慮管道支吊架的位置，因為要考慮保溫、墊木、支架、裝修龍骨等的影響，風管、水管管底標高至吊頂上表面的間距不應小于200mm。

（4）裝修吊頂的標高及特殊造型吊頂應與建筑及裝修專業配合確定。

（5）通信設備室、信號設備室、綜合監控室、車控室、AFC設備室、AFC配線間等設有防靜電底板的設備用房管線布置應滿足房間凈高要求，設備用房管道高度按下表確定。

表1 設備用房管道高度表Table1 Altimeter for equipment room pipe

1.3 模型深度

為保證模型的正確性，模型完整性，滿足深度要求；模型規范性，使用正確對象創建，無多余、重復構件；模型指標性，包含正確建筑信息，與圖紙吻合；模型協調性，模型無因設計錯誤的沖突，如表2所示。在施工技術中，模型深度需要達到LOD400，如圖6所示。

表2 機電管綜模型完整性要求Table2 Mechanical and mechanical model integrity requirements

圖6 模型深度要求Fig.6 BIM model depth requirements

2 BIM技術應用

2.1 管線綜合

由于二維綜合管線設計技術的局限性，要在地下有限空間內合理布置地鐵一二十個系統的管線和橋架，困難很大。多專業疊合的二維平面圖圖紙復雜繁亂，不夠直觀，一般很難看清楚管線的真正的布置設計，在凈高的要求情況 下，二維管綜無法滿足因地制宜的變通布置方式的需要。

三維管線綜合設計能夠依托三維技術可視化的特點，并結合各專業規范及地鐵站的相關規范，合理布置各專業管線，滿足安裝空間、檢修空間，裝修空間、設備運輸以及設備運行等要求，最終確保施工方按圖施工，如圖7所示。由于三維管線綜合技術可以有效的在設計階段解決各專業綜合設計不足，提前進行優化設計，解決掉可能阻塞或造成施工反復的問題。

通過BIM技術，搭建地鐵站風、水、電和設備的BIM模型，檢驗管線布置與凈空的管線，必要情況下，調整建筑、結構設計以使其功能更合理有效，或更經濟。合理布置設備區走廊和站臺層公共區管線，為綜合支吊架施工做好準備；合理布置公共區管線，滿足裝修的要求；合理布置管線，滿足設備運行要求和檢修空間的要求；合理布置管線，滿足設備運輸空間要求。

圖7 BIM管線綜合中剖面圖和CAD剖面圖對比圖Fig.7 Comparison map of section and CAD section of BIM pipeline comprehensive

2.2 碰撞檢查

根據專業不同，可分為暖通空調專業、給排水專業、供配電專業的專業內的碰撞和專業間的碰撞，機電各專業和建筑專業、結構專業的碰撞，統計分析如表3所示。因為電腦的運行速度限制，建議分專業分別進行碰撞檢查，并記錄下來如圖8所示的碰撞檢查對圖記錄單。

表3 專業間硬碰撞檢查統計Table 3 collision statistics between professions

圖8 碰撞檢查對圖記錄單Fig.8 Collision check pair

碰撞檢測的目的是檢測模型之間是否已經發生碰撞或即將發生碰撞（硬碰撞），檢測模型之間是否滿足特定的間距要求（軟碰撞）。應考慮風管的保溫層，建議風管上下間隔200mm，動照上面預留150-200mm放線空間，由于凈高的要求，建筑結構進一步進行了優化設計，如圖9所示。

圖9 BIM模型剖面調整前后的硬碰撞和軟碰撞Fig.9 Hard collision and soft collision before and after adjustment of BIM model section

2.3 凈高分析

站廳及設備公共區管線最低標高過低，根據公共區裝修圖吊頂完成高度，使管線最低標高在吊頂完成面250mm以上（公共區裝修吊頂3.5m）,此處雖然已經調整了部分水管，但此處大部分管線仍不滿足高度要求，設備區走道與公共區交界處，管線翻彎均在設備區走道內完成，如圖10所示。

圖10 根據凈高調整前后的模型對照圖Fig.10 Based on the BIM model after adjusting control chart

3 PIP工程管理平臺

為了保證工程信息高效的綜合和流轉，以及 BIM 模型成果更好的 成果更好的用于項目建設管理中，引入了同筑公司的基于BIM 技術的項目建設管理信息集成平臺。

3.1 設計管理

從方案規劃到初步設計，再到施工圖設計，利用 BIM，使項目細度層層遞進，同時匯總所有證照批文。為各專業設計師提供一個協同工作的平臺，業主和相關設計師可實時獲知設計變更，把控各設計單位相互提資節點，避免溝通不暢所導致的設計失誤。同時，本模塊與變更管理模聯動，設計變更后，系統將自動推送給消息相關人員，施工方也可及時更新 BIM 模型，避免施工錯誤。并且所有的圖紙和模型都存儲于服務器上，便于日后的追本溯源。

3.2 施工進度管理

圖11 協同進度管理平臺Fig.11 Collaborative progress management platform

圖12 手機端APP實時聯動演示Fig.12 Mobile phone end APP real-time linkage demonstration

建立總體進度模型，建立動態周工作模型，建立分部分項驗收模型。將BIM模型中的構件與單位工程分部分項一一關聯，然后根據施工進度計劃給每個分部分項任務選擇時間區間，并將每個任務通過平臺自動發送給總包、專業分包、監理、業主等相關管理人員，以便根據可視化構件進度指導現場施工，實現進度管理的可視化、精細化、便捷化。隨時隨地看到相關項目成員和計劃的執行情況，精確到構件級，如圖11、圖12所示。

4 總結

該項目利用BIM技術，提升設計質量，減少了設計中常見的錯、漏、碰、缺問題，利用BIM技術配合指導現場施工，進行施工階段的BIM技術應用，完成施工模型的更新，在BIM竣工模型基礎上，根據運營方要求錄入和完善運營維護等相關信息，交付運營維護模型，如圖14所示。面向多方參與和多階段BIM數據管理的協同工作平臺，起到了良好的社會效益和經濟效益。

圖13 安全文明管理平臺Fig.13 Safety and civilization management platform

圖14 運維信息管理Fig.14 operation maintenance information management