BIM技術在地下車站機電工程設計中的應用

中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063

1 在機電工程設計中應用BIM技術的優勢

1.1 減少二維設計工作量

設計過程中采用BIM三維設計，即將三維設計前置，可減輕二維設計工作量。部分管線設計調整完畢確認無誤后，可直接導出二維設計圖紙，而由BIM模型導出的二維設計圖紙準確度更高，可減輕后續施工配合的工作量。

1.2 減少接口施工問題

機電工程專業種類多，管線復雜且密集，后續施工單位深化較為困難，通過采用三維BIM設計，方便施工單位進場前對設計成果進行核查，也可以方便解決各類接口問題，避免后續施工深化帶來的錯誤，節省后續施工返工費用，縮短施工周期。

1.3 提升設計、施工質量

機電工程三維設計需要各個系統專業直接參與進來，各專業使用一個設計平臺和相同的模型，實現信息共享，各專業通過建立和深化不同階段的模型，可增強設計單位之間的溝通與交流，實現設計過程可視化，使設計視野更寬廣，專業涉及更豐富，減少設計過程中的協調量。后續的會審以及組織的模型驗收需要建設單位、施工單位、運營單位參與進來，通過不同單位的審查和會審，提升模型設計質量。在后續施工過程中將模型顆進行深化應用，不僅可以提升施工安裝質量，也可以減少設計變更。

1.4 方便后期運維管理

方便后期運維管理是機電BIM設計的重要目的。將運營單位的需求提前落實到BIM設計過程中，并在后續審查和驗收階段加以落實，如閥門檢修空間不足、管線檢修空間不足、機房通行空間受限等問題提前進行落實解決，既方便后續運營單位使用，又減少后期運維檢修費用成本。

2 在機電工程設計中應用BIM技術存在的問題

2.1 土建模型不準確

軌道交通建設周期長，通常為5年。設計與施工過程中受外部干擾大，經常存在各類變更調整的情況，而部分土建模型未能及時更新，導致實際施工完成與BIM模型不一致。部分土建模型設計人員未能準確建模，或者未能落實下游專業要求，造成后續機電設計過程煩瑣，甚至出現后續施工變更的情況。

2.2 設備模型位置不對應

由于車站強弱電機房較多，受土建條件制約，部分強弱電房間空間狹小。受各類設備招標周期的制約，部分建模的機電設備模型外形尺寸與實際設備尺寸不一致，部分甚至出現房間調整的情況。部分系統專業設計人員對模型準確性的重視度不夠，導致放置的設備位置與實際現場未能保持一致，而強弱電機房內通常存在各類風口、多聯空調室內機、冷凝水管、氣滅噴頭，風口或者多聯機室內機出風口、氣滅噴頭經常位于設備上方，最終出現施工拆改、設計變更的情況。

2.3 設備族相對不準確

車站通風空調設備尺寸比較巨大，主要有組合式空調機組、冷水機組、柜式空調機組、組合式風閥、大型軸流隧道風機等。受設備招標制約，設備族不能及時準確更新，通長采用相似或者前期線路使用的設備族，造成風管以及水管設備接管不一致，甚至出現無法接管，需要重新布置管線的情況[1]。

3 BIM技術在機電工程設計中的具體應用

機電BIM設計采用工作集協同工作模式，在工作集模式下，參與建模的所有專業均在同一中心文件下作業，在設計工作權限的獲取和釋放過程中，可以較好地實現各專業管線的新增和調整。

機電BIM設計涉及眾多機電設備和管線，主要涉及通風、給排水、強弱電工程。在模型建立前，需要提前設置各系統參數，主要包括各系統所需的管線材質、管線大小以及管線顏色，然后對所需設備族、閥門以及構件族進行加載，以順利搭建系統和設備模型。

3.1 通風空調設計

通風空調存在大量的管線以及設備，其中，風管管線尺寸大且多，安裝空間要求高。車站通風空調系統主要包括車站大小系統、車站隧道通風系統、空調水系統以及備用空調系統等。BIM建模主要包括各類大小系統風管、冷凍冷卻水管、多聯空調系統冷媒管、風機（含天圓地方、軟接頭）、組合式空調機組、組合風閥、整體片式消聲器、風管、風管支吊架、管道消聲器、電動風閥、手動調節閥、防火閥、防煙防火閥、靜壓箱、風口、柜式空調機組、風機盤管、多聯空調室內機、冷凝水管、冷凍冷卻水泵、冷卻塔、冷水機組、水處理器、分集水器等。

3.2 給排水與消防設計

車站給排水與消防主要包括車站雨水系統、污水系統、生活給水系統以及消火栓系統，系統種類多，閥門附件相對較多，此次建模主要包括室內消火栓、消防水泵、水管、管道配件、自動排氣閥、手動蝶閥、閘閥、電動蝶閥、泄壓閥、壓力表、倒流防止器、沖洗栓箱、潛污泵、止回閥、地漏以及滅火器箱、水基滅火器等[2]。

3.3 氣體滅火系統設計

車站氣體滅火系統通常采用IG541有管網氣體滅火系統，建模范圍包括氣瓶、氣流單向閥、集流管、高壓軟管、減壓裝置、壓力開關、選擇閥、安全閥、末端噴頭等。

3.4 強電系統

車站強電系統主要分為車站設備動力配電系統、照明以及疏散指示系統、供電系統。模型建模范圍主要包括電動隔離開關、回流箱、電纜支架、36kV GIS開關柜、1500V直流開關柜、負極柜、整流變壓器、再生制動能饋裝置、升壓隔離變壓器、0.4kV變壓器、整流器柜、交流電源屏、蓄電池盤、控制信號盤、排流柜、環控控制柜、消防風機控制柜、配電箱、照明燈具等[3]。

3.5 弱電系統

弱電系統涉及FAS、BAS、綜合監控、通信信號等專業，設備機房較多，機房內各類設備種類多且尺寸大小不一，另外走道內存在大量橋架管線穿越。建模包括各弱電專業控制柜、控制箱、火災報警控制器、自動滅火集中報警控制盤、分區滅火控制盤、智能光電感煙探測器、消火栓按鈕、警鈴、消防電話主機、設備機柜、車站工作站顯示器、車站IBP盤、配電盤、車站控制室操作臺、消防立柜等。

3.6 管線綜合

（1）綜合管線排布。地鐵管線空間有限，但管線密集，種類繁多且規格大小不一，特別是設備區走道，需要在有限的空間內集中進行安裝，通常受施工先后的影響，相互干擾大，協調困難。以往采用的二維綜合管線圖紙平面復雜，管線密集復雜處僅以節點或者剖面進行顯示，不夠直觀。另外傳統二維設計各專業系統在各自的圖紙單獨繪制，設計過程中缺乏相應的溝通與交流，導致后續施工困難，管線存在各類碰撞，甚至出現拆改、變更以及工期延誤的情況。機電工程各專業采用BIM技術在同一平臺進行協同操作，設計和溝通過程直觀。BIM設計除了可以生成二維管線綜合平面圖及相應的剖面圖，還可以對相對復雜的部位進行三維直觀展現，通過不同角度的檢查和瀏覽，可以較快發現管線碰撞以及細節不完善等問題，設計更加精細化，為后續施工提高施工效率與施工質量、減少返工以及規避風險提供了很大的幫助。

（2）管線碰撞檢測。BIM設計可以根據自帶的管線碰撞檢測功能，直觀地排查管道與土建結構之間的碰撞，通過圖片導引和及碰撞點的ID編號，可以迅速定位碰撞位置，并及時進行修改調整，傳統的二維設計則不具備這個功能。

（3）管線、吊架預制。車站機電工程存在較多管線（風管、水管、橋架）和支吊架（綜合支吊架、抗震支吊架）。BIM技術既可以對風管三通、彎頭等異形構件進行優化和參數調整，還可以對水管的閥門、橋架等按照工廠預制加工的要求添加標準族庫構件，保證管件、閥門等構件與實際招標設備實物一致[4]。另外，冷水機房的施工存在大量明火焊接，施工存在安全隱患。BIM技術可以根據冷水機房內管線布置情況、構件以及管線安裝的空間條件和連接的方式，將設計深化后的管線進行分組和分段拆解，結合每段管線的尺寸和支吊架安裝的位置，出具預制件和構件施工圖紙以及工廠加工圖紙，以便后期工廠采用自動化技術進行加工制造，再運至現場進行施工安裝，可以顯著提高施工安裝效率，提高安裝的準確度，減少明火焊接，使施工環境更加安全[5]。

4 結束語

BIM技術可以在機電工程的設計過程中實現可視化設計的要求，在設計過程中可以隨時檢查管線設計、碰撞情況，更好地展示空間模型，最大限度地減少設計錯誤，并且模型構件自身攜帶重要的信息，可對全壽命周期設計過程中各個階段的信息交流和共享起到極大的促進作用。雖然BIM模型設計周期相對較長，但其可以顯著減少后續工作量，也可以為后續施工以及運營管理提供便利，因此BIM技術必然是未來地鐵設計行業的大勢所趨。