BIM 技術在地鐵機電工程施工綜合管線排布中的運用分析

李清朝

（中鐵十一局集團電務工程有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

BIM 技術能夠直接創造出項目的三維立體實物，支持項目進行可視化的設計、施工，在項目整體維護運行中能夠促進順暢的交流溝通和討論，輔助科學決策。根據模型實施合理修改，支持信息數據的刪除、增加、更新模型動態等操作，方便后續對管線實施碰撞檢測，減少管線沖突，避免互相干涉，對地鐵機電工程進行全周期管理，提高地鐵機電工程管線施工效率。

1 地鐵機電工程綜合管線排布存在的問題

首先，綜合管線涉及較多專業，設計、施工難度較大。地鐵機電工程包含不同的系統，涉及十幾個專業，如通風空調、電氣、消防等專業，需要多個專業相互協調，但是各個專業缺少溝通與聯系，一旦某個部分出現問題，將會對其他專業造成影響，使不同系統的管線產生沖突。其次，管線很容易發生碰撞問題。地鐵機電工程管線非常復雜，很難在初步設計階段及時發現問題，有可能在施工的過程中出現管線重疊、碰撞等問題，產生較大的浪費。最后，在綜合管線的設計中，缺少對先進技術的應用，二維管線圖紙無法真實反映出管線之間的問題，僅僅根據標高等參數，不能及時發現沖突、碰撞等問題，一旦某個部位發生碰撞問題，將會對其他部位帶來影響，增加綜合管線施工的難度。

2 BIM 技術在地鐵機電工程施工綜合管線排布中的優勢

BIM 技術在地鐵機電工程施工綜合管線排布中具有以下應用優勢。

（1）BIM 技術具備可視化功能，可以通過三維畫面呈現出項目中的管線分布設計和整體造型結構，從而建造出一種真實可見的建筑模型。BIM 技術能夠創建可視化建筑信息模型，為設計人員提供反饋信息，具有較強的互動性，以可視化的方式展現模型構件，促進相關構件信息擺脫傳統模式下通過平面二維圖紙呈現形式。

（2）在模擬性地鐵機電工程施工綜合管線排布中，BIM 技術能夠實施全面模擬設計，設計單位可以利用BIM 技術選擇最合理的工藝技術，施工單位也可以在該技術的應用中制定出最佳施工方案，合理判斷工程效果。在工程設計初期，精準模擬施工過程，及時發現施工中的問題，制定有效的解決措施，進行事前控制。BIM 技術還能夠支持4D 以及5D 模擬，從而有效控制施工成本和布線進度。

（3）BIM 技術具有協調性，由于地鐵管線排布需要多單位和多專業協同工作，因此在相關實踐操作中存在較大的協調難度，會在施工組織協調中形成各種沖突，導致工期延誤。在項目建設初期，借助BIM 技術對構建三維模型，在統一可視化模型內全面集成各個專業管線，利用BIM 技術的協調性服務功能，對相關問題進行處理，促進各個專業人員聯系現實需求綜合分析不同專業管線碰撞以及空間利用難題。

3 BIM 技術在地鐵機電工程施工綜合管線排布中應用的實例分析

3.1 工程概況

某工程為地鐵機電安裝工程，該工程包含多個項目，需要對地鐵車站公共區域進行裝修，安裝系統及設備。地鐵機電工程由不同的系統構成，如給排水消防系統、監控系統、通風空調系統、照明系統、門禁系統等，每一個系統都有單獨的管線排布方式。在管線排布中，既要考慮單個系統的管線排布方式，也要考慮不同系統管線之間的關系，如果管線排布不合理，很容易出現管線交叉碰撞的問題。為了保證管線綜合排布的合理性，本工程對BIM 技術進行應用，建立地鐵機電工程的綜合管線模型，在三維視圖中展開碰撞檢測工作，及時發現綜合管線排布中的問題，對管線排布方案進行優化。

3.2 碰撞點分類

地鐵機電工程綜合管線包括兩種類型的碰撞點。

（1）深化設計類型的碰撞點。對機電工程綜合管線進行設計后，利用BIM 技術對設計方案展開碰撞檢測，如果檢測結果表明管線中存在碰撞點，就要對綜合管線進行調整，根據地鐵機電工程綜合管線的相關規范和碰撞點的實際情況進行深化設計，這種類型的碰撞點就屬于深化設計類碰撞點。調整完成后，將深化設計方案提交給設計院，設計院的負責人簽字后，才可以實施該方案。

（2）設計變更類型的碰撞點，發現碰撞點后，若施工單位無法憑借自身的能力進行調整，必須要進行大范圍的改動，就要將該問題反映給設計單位，由設計單位負責設計變更工作，對綜合管線排布方案進行調整，這種類型的碰撞點屬于設計變更類碰撞點。BIM 技術能夠明確劃分碰撞點的類型，為設計單位的修改工作提供參考，設計單位能夠快速了解碰撞類型，確定碰撞部位，有針對性地進行修改，大大提高了設計施工的效率[1]。

3.3 建立模型

根據地鐵機電工程系統管線設計方案建立模型，需要使用專業的建模軟件，本工程主要使用了Revit 軟件，利用該軟件構建綜合管線模型，對模型的細節部位進行設計，確保建模深度和模型精度符合建模標準。建立機電工程系統各個構件的模型時，需要錄入詳細的技術參數，明確設備和材料的名稱，還要錄入各個構件的出廠驗收報告，介紹設備的功能。在建模過程中，建模人員需要參考設計單位提供的設計圖紙，以CAD 圖紙為主要參考依據，展開描圖和建模工作，確保模型和圖紙相一致[2]。

為了更好地管理模型資料，可以建立5 個文件夾，每個文件夾對應不同的系統，第一個文件夾為通風空調系統，包含通風空調管線的圖紙和模型資料。第二個文件夾為給排水及消防系統，包含給排水管線和消防管線的模型。第三個文件夾是低壓配電及照明系統，包含低壓配電設備和照明設備的布置方式。第四個文件夾是弱電系統，對弱電系統線路進行布置，在該文件夾中保存弱電系統模型。第五個文件夾是設備區裝飾裝修項目的模型資料。地鐵車站包含站臺層系統和站廳層系統，可以將系統劃分成多個子系統，對各個子系統的模型進行單獨設計，形成模型文件，再使用Revit 軟件，將不同子系統的模型結合到一起，形成完整的模型[3]。

建模工作完成后，需要從軟件中導出NWC 模型，在Revit 軟件中點擊導出模型的選項，本工程的模型應用軟件主要是Navisworks 軟件，為了在該軟件中順利打開模型，需要注意模型的導出格式，將導出格式設置為NWC 格式。在Revit 軟件中導出模型后，需要將該模型導入Navisworks 軟件，通過BIM 技術完成建模工作，充分發揮該技術的優勢，結合模型修改綜合管線排布方案。

3.4 模型碰撞檢測

完成模型建立、模型導出和模型導入工作后，利用Navisworks 軟件對模型進行碰撞檢測，工作人員需要使用軟件的clashdetective 功能，利用該功能完成碰撞檢測工作。工作人員要確定碰撞檢測的專業，先單獨對某個專業的管線進行碰撞檢測，消除系統內部的碰撞問題，再與其他專業展開碰撞檢測，確保兩個系統的管線不會發生碰撞問題[4]。

工作人員可以利用Navisworks 軟件發現并解決地鐵綜合管線碰撞問題，確定碰撞檢測的類型。地鐵機電系統綜合管線存在多種問題，如硬碰撞問題、間隙碰撞問題、重復項問題等，前兩種問題是碰撞檢測中經常出現的問題。對于硬碰撞來說，地鐵機電工程模型的不同構件相互碰撞，這種碰撞情況屬于硬碰撞。為解決碰撞問題，工作人員要對公差進行設置，明確碰撞點。施工人員還要對地鐵機電工程的供電設備和風管進行檢查，設計風管時，注意風管的相關要求，不能將風管風口設置在供電設備的上方區域，對部分風管進行保溫隔熱處理，注意風管保溫層的厚度。在檢測過程中，還要檢查風管的間距，確保風管的間距符合相關規定。為了更準確地檢測出管線之間的距離，可以使用該軟件的漫游功能，對管道的間距進行控制。Navisworks 軟件的碰撞檢測功能非常完善，對管線間隙碰撞展開檢測時，工作人員需要打開軟件的碰撞列表，在碰撞列表中設置間隙碰撞，設置完成后，控制綜合管線模型，選定需要進行間隙碰撞檢測的管線，確定待檢測的管線后，工作人員還要在碰撞對象選擇中進行確認，點擊頁面中的“使用當前選項”。

用Navisworks 軟件進行碰撞檢測時，需要對碰撞檢測的條件進行設置，無論是哪種類型的碰撞檢測，都要設置碰撞條件，工作人員要根據設計規范和施工規范的要求設置合理的公差值，同時還要明確公差值在不同碰撞類型中的具體作用。對于間隙碰撞來說，應當控制機電工程各個模型構件間距的最小值，構件之間的最小間距就是間隙碰撞的公差值，如果模型構件之間的實際距離小于公差值，就會將該部位判定為碰撞點。對于硬碰撞來說，公差的含義發生了一定變化，公差主要表示可以忽略的構件之間的距離。

在間隙碰撞檢測過程中，需要對選定的管道進行檢測，按照相關規定設置公差值。例如，在本工程的設計中，利用BIM 技術的間隙碰撞檢測功能，將管道和管道之間的最小間距設置為250mm，經過檢測，在選定管道中發現了4 處碰撞點，根據間隙碰撞檢測結果進行調整，在模型上調整管線的位置，確保管線之間的距離符合要求[5]。

3.5 編制碰撞檢測報告

完成碰撞檢測工作并得到碰撞檢測結果后，需要根據碰撞檢測情況編制碰撞報告表格。單位組織專家和技術人員對模型進行會審的時候，可以將碰撞檢測報告作為證明文件，在BIM 技術的應用中，確保專家和技術人能夠全面了解模型的設計調整情況。施工人員可以將碰撞檢測報告提交給設計單位，設計單位需要對地鐵機電工程施工現場的具體情況進行分析，如果碰撞問題比較簡單，施工單位可以自行調整，設計單位要對調整的部分進行檢查，若施工單位無法自行調整，由設計單位進行調整。在地鐵機電工程施工中，各參建單位要參考碰撞檢測報告，對模型進行調整，形成深化設計方案或設計變更方案。

根據碰撞檢測報告和深化設計方案編制施工深化設計類的全專業碰撞報告表，在表格中寫明項目名稱、制表人、公司名稱、制表時間，在表格匯中寫明碰撞檢測中發現的問題，寫明碰撞的具體位置，還要寫明碰撞問題的處理措施。例如，碰撞問題：站廳層空調水管與橋架碰撞。碰撞位置：站廳層6 軸與3 軸相交處。問題處理方式：將橋架向1 軸方向水平平移。

3.6 專業統計分析和孔洞預留應用

對地鐵設備區走廊機電工程綜合管線進行優化設計，需要分析設計單位提供的綜合管線圖紙，從綜合管線圖紙上看，該區域的管線類型較多，管線非常復雜。具體來說，該區域包含5 根水管和4 條風管，還包含FAS 線管、照明線管、強弱電線槽等，這些管線均穿過走廊。對這些管線進行布置時，將水管安排在下方，將風管安排在中部，將電線管安排在上方。按照該原則對圖紙進行優化，對各個類型的管線進行梳理和調整，將管線劃分為4 個部分，將4 條強弱電線槽安排在最上方，第二層區域和第三層區域各安裝2 條風管，將水管安裝在最下方區域。圖紙的優化設計解決了大部分的管線碰撞問題，走廊區域的管線排布也更加合理。

該圖紙已經比較完善，為了進一步保證施工質量，利用BIM 技術對綜合管線排布方案進行檢測，進一步優化管線排布方案，盡可能在施工之前發現所有管線沖突碰撞問題。在軟件中建立地鐵設備區走廊管線模型，重點分析管道接口的設計施工情況，對該部位進行優化設計。利用BIM 技術檢查排煙風管，控制風量的大小，確保風量符合消防規范和設計規范。還要利用BIM技術檢查環控機房和公共區域的管線情況，對該區域的管道路由進行分析，明確管線的走向。根據BIM 模型碰撞檢測結果進行優化設計，使綜合管線排布方案和綜合支架排布方案更加合理，及時消除潛在的碰撞問題，確保管線施工工作能夠順利推進。通過BIM 技術分析地鐵車站設備系統碰撞點，經過檢測可以知道，大系統中的碰撞點數量最多，位于第二位的是小系統，第三位是動力配電橋架，第四位是框架結構，第五位是空調水系統，消防系統、給排水系統、弱電系統橋架、隧道通風系統的碰撞點較少。根據碰撞檢測報告進行優化設計，重點處理大系統和小系統中的碰撞問題，逐步消除每一處碰撞點，合理設計預留孔洞，在砌筑墻的預留孔洞處設置套管，明確各個套管的尺寸，避免出現孔洞開孔錯誤的問題。

4 結語

地鐵機電工程項目包含較多的系統和復雜的管線，要想保證綜合管線排布的合理性，要將BIM 技術應用在地鐵機電工程項目中，利用Navisworks 對地鐵綜合管線進行碰撞檢測，發現綜合管線的碰撞點，對綜合管線設計圖紙和施工方案進行調整。為了更好地發揮BIM 技術的優勢和作用，需要對設計人員和施工人員進行培訓，使相關人員掌握專業軟件，利用軟件發現并解決管線碰撞問題，保證地鐵機電工程綜合管線的施工質量。通過BIM 技術的應用，地鐵綜合管線排布得到了優化，提前發現了管線沖突、碰撞等問題，有效解決了管線碰撞問題，減少了設計變更次數，減少了資源浪費和經濟損失，極大程度提高了地鐵機電工程項目的經濟效益。