BIM技術(shù)在大型高鐵綜合客運(yùn)樞紐機(jī)電安裝中的應(yīng)用

龍道杰，王步云

（中鐵四局集團(tuán)管理研究院，安徽合肥 230041）

0 引言

隨著BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)一項(xiàng)新技術(shù)、新工藝的不斷推廣，大量的建筑企業(yè)通過不斷探索與實(shí)踐，特別是與設(shè)計(jì)、施工過程的深入融合，積累了寶貴的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為機(jī)電安裝優(yōu)化、安全分析提供了更加有效和可靠的技術(shù)手段［1-2］。

基于BIM技術(shù)提前進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙偵錯(cuò)，同時(shí)三維模擬分析能夠有效規(guī)避機(jī)電安裝過程中的管線交叉碰撞、管線排布混亂、安裝不符合規(guī)范等現(xiàn)象，能避免返工造成的經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤、以及傳統(tǒng)管理造成的質(zhì)量缺陷，達(dá)到設(shè)備排布合理、管線走向整齊美觀，同時(shí)提高機(jī)電安裝效率與質(zhì)量［3-5］。

1 項(xiàng)目概述

1.1 工程概況

淮安高鐵綜合客運(yùn)樞紐工程位于淮安市生態(tài)文旅區(qū)，是連接連鎮(zhèn)高鐵、徐鹽高鐵、寧淮城際鐵路、淮蚌城際鐵路、京滬高鐵二線5條高等級(jí)鐵路的全國鐵路客運(yùn)樞紐站，是快速連通蘇北、蘇中、蘇南的交通樞紐和換乘中心，項(xiàng)目占地面積約17萬m2，總投資約150 613萬元。

項(xiàng)目包含站前廣場及地下空間工程，站前廣場占地面積約5.7萬m2，地下空間為地下3層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總建筑面積187 196.7 m2（其中人防工程16 310 m2），長225 m、寬256 m。負(fù)1層為社會(huì)停車場、出租車蓄車場及公交車站，高6.0 m；負(fù)2層及負(fù)3層為社會(huì)車場、高4.2 m，共有2 000多個(gè)泊車位，可實(shí)現(xiàn)高鐵、社會(huì)車輛、城市軌道交通等多種交通方式的無縫換乘。淮安高鐵綜合客運(yùn)樞紐工程效果見圖1。

圖1 淮安高鐵綜合客運(yùn)樞紐工程效果圖

1.2 技術(shù)難點(diǎn)

（1）項(xiàng)目為大型地下空間工程，內(nèi)部交通疏散線路復(fù)雜，需同時(shí)滿足公交車輛、社會(huì)車輛通行要求，對(duì)機(jī)電管線安裝凈空要求控制嚴(yán)格。

（2）機(jī)電安裝體量大、專業(yè)多且管線排布交叉密集。機(jī)電專業(yè)含變配電系統(tǒng)、強(qiáng)弱電系統(tǒng)、消防與給排水系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等各類機(jī)電設(shè)備1 492臺(tái)套和相應(yīng)管線。

（3）項(xiàng)目工期緊張，實(shí)際施工僅1年（機(jī)電安裝僅3個(gè)月），采用多家施工隊(duì)伍交叉作業(yè)增加了管理難度。

1.3 措施

針對(duì)以上技術(shù)難點(diǎn)，采用BIM技術(shù)輔助現(xiàn)場管理，提出以下措施：

（1）通過建立機(jī)電全專業(yè)項(xiàng)目，對(duì)項(xiàng)目重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行凈空分析與檢查，保證凈空達(dá)到設(shè)計(jì)通行要求。

（2）整合機(jī)電BIM模型，針對(duì)機(jī)房出口、車道上方、管道井內(nèi)部等管線密集區(qū)域進(jìn)行碰撞檢查分析，提前解決管線交叉現(xiàn)象，合理排布管線走向。

（3）根據(jù)各個(gè)施工隊(duì)伍的作業(yè)范圍，將BIM模型拆分成若干區(qū)域，明確各自施工范圍與管線預(yù)留接口位置，合理安排工序工時(shí)，避免作業(yè)沖突。

2 機(jī)電BIM應(yīng)用原則

2.1 機(jī)電深化原則

（1）滿足深化設(shè)計(jì)施工規(guī)范。機(jī)電管線綜合應(yīng)保持各專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原意，保證各個(gè)系統(tǒng)正常使用功能。滿足業(yè)主對(duì)建筑空間要求及建筑本身的使用功能的情況下，遵循大管優(yōu)先布置、臨時(shí)管道避讓長久管道、有壓管道避讓無壓管道、金屬管道避讓非金屬管道、附件少的管道避讓附件多的管道、管線交叉考慮低成本管道翻彎等要求［6］。

（2）合理利用空間。機(jī)電管線的布置應(yīng)在滿足使用功能、路徑合理、方便施工、盡可能降低施工成本的原則下集中布置，系統(tǒng)主管線布置于公共空間區(qū)域。

（3）滿足施工和維修空間。充分考慮系統(tǒng)調(diào)試、檢測和維修等要求，合理確定各種設(shè)備、管線、閥門和開關(guān)的具體尺寸和安裝空間，避免管線碰撞。

（4）滿足裝飾吊頂。機(jī)電管線綜合布置應(yīng)充分考慮機(jī)電安裝完成后各個(gè)區(qū)域的凈高要求，特別是走廊、商業(yè)區(qū)域，在無吊頂區(qū)域（如車庫、設(shè)備房等）管線整體排布整齊、合理、美觀。

（5）保障結(jié)構(gòu)安全。機(jī)電管線需要穿梁、穿一次結(jié)構(gòu)墻時(shí)，管線宜位于梁體中部1/3處，即管洞上下距梁頂、底不小于1/3梁高，并經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師同意方可梁上留洞，保障結(jié)構(gòu)的絕對(duì)安全。

2.2 BIM應(yīng)用流程

機(jī)電建模首先確認(rèn)所有管線的大體標(biāo)高，根據(jù)項(xiàng)目地下通車要求，管線安裝最低凈空不得小于2.2 m，因此確定“橋架最上層、水管在中間層、風(fēng)管在底下層”的管道分層，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行建模，避免了后期調(diào)整的大量工作。

（1）專業(yè)協(xié)同建模。初步排布方案確定后，各技術(shù)人員通過協(xié)同鏈接的方式進(jìn)行建模，建模團(tuán)隊(duì)在同一個(gè)樣板文件中建模，保證建模標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、成果一致。

（2）合模、管線調(diào)整。各專業(yè)建模完成后，再對(duì)各專業(yè)模型進(jìn)行整合，并對(duì)每層管線的橫向管道進(jìn)行移動(dòng)保證不重疊，對(duì)縱向碰撞進(jìn)行翻彎調(diào)整、避讓，解決同層管線的碰撞，對(duì)于非同層管道，基本不用考慮交叉碰撞問題，調(diào)整完成后再結(jié)合軟件凈空分析、碰撞檢查結(jié)果逆向調(diào)整管線，直至滿足施工要求。機(jī)電BIM應(yīng)用流程見圖2。

圖2 機(jī)電BIM應(yīng)用流程

3 機(jī)電BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

3.1 凈空分析

在設(shè)定的最低凈高要求下，整合機(jī)電管線綜合模型，利用Fuzor軟件凈空分析功能，查找計(jì)算建筑區(qū)域內(nèi)管線最低高度。其中針對(duì)車道、機(jī)房、管道井、地下一層精裝修區(qū)域等管線安裝密集、安裝高度要求嚴(yán)格的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)檢查，通過三維視圖剖切、管線綜合標(biāo)注等方式直觀展示管線層高是否滿足要求，并結(jié)合人員行走漫游系統(tǒng)性檢查樓層管線排布，實(shí)現(xiàn)空間利用最優(yōu)化（見圖3）。

圖3 基于BIM技術(shù)的凈空分析

3.2 碰撞檢查

通過Revit建模軟件分專業(yè)建立通風(fēng)、空調(diào)、防排煙、給排水、消防噴淋、電力照明專業(yè)三維模型并輸入相關(guān)信息，在建模過程中盡量不對(duì)管線進(jìn)行翻彎，保證同類管線處于同一標(biāo)高，支管先不與主管連接，這樣便于后期管線的整體調(diào)整（見圖4）。整合機(jī)電各專業(yè)管線后，將模型導(dǎo)入Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查，根據(jù)碰撞結(jié)果對(duì)管線進(jìn)行翻彎調(diào)整。同時(shí)將碰撞說明同步提交設(shè)計(jì)單位，提前固化圖紙，避免施工過程中的頻繁變更造成工期延誤［7］。

3.3 排布優(yōu)化

根據(jù)管線凈空分析、碰撞檢查結(jié)果，最后對(duì)管線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整（見圖5），在不影響管線功能的前提下通過局部調(diào)整管線走向的方式避免出現(xiàn)集中交叉情況，當(dāng)管線無法移位時(shí)，可以改變風(fēng)管長寬比，但是不能改變風(fēng)管截面積。過程中需要結(jié)合設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)變更意見進(jìn)行綜合調(diào)整［8］，實(shí)現(xiàn)管線排布的最優(yōu)化，最終將優(yōu)化模型用于施工指導(dǎo)和作業(yè)交底，為項(xiàng)目管理提供技術(shù)支持。

圖4 基于BIM技術(shù)的碰撞檢查

圖5 基于BIM技術(shù)的排布優(yōu)化效果

3.4 工廠化預(yù)制

通過導(dǎo)出BIM深化模型中管道的類型、管材、壁厚、長度等信息，形成管道預(yù)制加工圖。并將加工圖紙送至工廠進(jìn)行數(shù)字化加工，數(shù)字化自動(dòng)控制機(jī)床能夠自動(dòng)識(shí)別處理BIM系統(tǒng)生成的預(yù)制加工圖紙，管道預(yù)制加工完成后送至現(xiàn)場安裝。結(jié)合BIM技術(shù)的管道預(yù)制加工能夠最大限度地避免施工中出現(xiàn)難以重復(fù)利用的管道下腳料，同時(shí)避免材料在施工現(xiàn)場的二次加工，縮短工期。

3.5 工程算量

基于BIM技術(shù)的工程算量是在BIM模型基礎(chǔ)上，快速提取模型參數(shù)信息，在建模過程中需要同步錄入管線尺寸、規(guī)格、材質(zhì)等參數(shù)，根據(jù)軟件設(shè)置的相應(yīng)預(yù)留或扣減計(jì)算規(guī)則，將機(jī)電安裝工程所用材料、構(gòu)件快速、精確的按照不同專業(yè)、不同施工進(jìn)度安排、不同樓層等分類匯總工程量，BIM高效準(zhǔn)確地工程量統(tǒng)計(jì)方式，為工程造價(jià)管理提供精確數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目的商務(wù)策劃奠定基礎(chǔ)。通過反復(fù)完善BIM數(shù)據(jù)模型，使其更加貼近于現(xiàn)場實(shí)際工程，在竣工結(jié)算中可以直接利用模型中的工程量數(shù)據(jù)作為竣工結(jié)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，充分利用BIM技術(shù)在機(jī)電安裝工程的應(yīng)用，有效提高工作準(zhǔn)確度和效率。

4 結(jié)束語

淮安高鐵綜合客運(yùn)樞紐工程利用BIM技術(shù)建立了設(shè)備、暖通、給排水、電氣、裝修裝飾等機(jī)電管線綜合模型。在施工過程中依托BIM模型完成了管綜優(yōu)化、管線預(yù)制加工與工程量統(tǒng)計(jì)。BIM技術(shù)在機(jī)電安裝中的深入應(yīng)用，有效解決了管線交叉造成的頻繁拆除返工問題，同時(shí)管線預(yù)制的應(yīng)用整體提高了機(jī)電安裝效率與質(zhì)量，可為其他大型高鐵綜合樞紐工程的機(jī)電安裝BIM深入應(yīng)用提供借鑒［9］。