BI M技術在地鐵機電施工中的應用

陳博文

（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，濟南250014）

1 引言

地鐵作為城市交通運輸服務的重要形式，具有大運量、低能耗、節省土地、環境影響小等優點，能夠緩解城市地面的交通壓力。 地鐵機電工程安裝涉及通風空調、給排水、照明與動力供電等專業，施工內容眾多，可分為機電管線布設與機電設備安裝兩大類。 其中，機電管線布設需對設備區、機房、走廊、站臺公共區的綜合管線進行空間設計、橋架與管線布設；機電設備安裝需根據安裝圖紙對風機、風閥、水泵、配電箱等設備進行安裝與調試[1]。地鐵機電施工的專業性、精確性要求較高，可利用BIM 技術對地鐵機電工程施工圖紙進行設計校驗，對施工方案進行模擬分析，有效指導風管、泵房管道預制加工與綜合管線優化，強化對機電工程施工進度的管理力度，并依托地鐵機電施工的三維信息可視化模型實現技術交底與資源共享，提高地鐵機電工程施工精度與施工效率。

2 BI M技術

2.1 概述

BIM 技術是一種貫穿在項目設計、施工、運維過程中的三維信息管理模型， 其高度集成目標工程的結構數據、 屬性數據、成本數據、工序信息等，利用可視化技術對目標工程進行幾何圖形三維化建模與紋理貼附， 實現對目標工程的三維信息化表達，為項目施工管理、信息資源共享、項目協同推進、施工情況模擬等提供數據模型[2]。

2.2 BI M技術特點

BIM 技術具有可視性、模擬性與協同性。 （1）在可視性方面：利用目標工程的空間結構信息、幾何物理信息、拓撲邏輯關系等將現實目標工程映射為數字化的三維模型， 完整且詳細地表達與刻畫目標工程的空間布局與內部細節。 工作人員可基于此三維模型查詢目標工程的材料信息、成本信息、工序信息、結構信息、性能信息等，作為項目實施的數據資源庫[3]。（2）在模擬性方面：在目標工程三維信息模型的基礎上，BIM技術可根據施工程序、施工設備、施工材料等進行施工情況模擬，優化施工組織設計，不僅可利用碰撞檢測與錯誤分析、功能分析預判工程各構件在空間上是否存在交錯碰撞或結構沖突問題，優化圖紙設計，還可利用精準的構件結構尺寸與空間布局計算、分析目標工程的抗震性與牢固性，優化結構設計。（3）在協同性方面：目標三維信息模型作為共享式信息資源，不僅可為工程項目各分部分項提供建筑、設備、結構信息，推進不同環節同步施工、協同作業，還可作為設計、監理、業主、施工等參建方交底與交流的工具， 便于參建方直觀了解工程項目的實施動態。

2.3 BI M技術在地鐵機電施工中的重要性

地鐵機電施工中應用BIM 技術，可以建立地鐵機電工程三維信息模型，全面涵蓋地鐵的結構類型、建筑材料、工程性能與機電設備運行狀況， 以便各參建方在地鐵機電工程施工過程中獲取施工工序、施工進度、施工安全、工程性能等關鍵信息、地鐵設計文件、機電設備安裝信息。 BIM 技術的模擬性可根據施工進度高精度擬合與更新地鐵機電工程的施工動態，通過施工過程模擬與預測，提前發現施工方案中的不合理之處并及時調整優化， 有效提高地鐵機電工程施工效率。 同時，地鐵機電設備安裝過程中，利用BIM 技術高度關聯二維安裝圖紙與三維信息模型， 可確保二維安裝圖紙調整后三維信息模型的聯動修改的準確性， 為設備安裝提供更精準的指導，有效減少設備安裝中的錯誤或疏漏。

3 BI M技術在地鐵機電施工中的應用

3.1 圖紙設計校驗

地鐵機電施工涉及管線布設與機電設備安裝， 圖紙設計的質量直接關系到管線布設的合理性與科學性以及機電設備安裝的正確性與實用性。 在地鐵機電工程設計階段，利用測繪測量技術可以精準采集地鐵工程的空間信息以及內部結構類型信息等， 結合地鐵機電工程的施工內容構建地鐵機電三維信息模型，直觀可視化地表達地鐵工程情況與設備安裝狀況。在地鐵機電三維信息模型構建時， 需要集成地鐵機電施工工程的建筑模型與結構模型，在地鐵站三維模型的基礎上，綜合管線設計人員與機電設備安裝設計人員可協同開展布線與設備安裝設計工作， 將二維布線圖與設備安裝圖轉換為三維信息，客觀刻畫出綜合布線方案與機電設備安裝方案，及時發現地鐵土建工程與機電工程設計中存在的結構沖突等不合理現象，并予以調整優化，提高圖紙設計的合理性。 精細化、可視化表達的地鐵內在結構、管線空間分布、設備安裝信息等均可利用三維信息建模功能進行自動校驗。 校驗內容包括地鐵土建工程中的建筑圖紙與結構圖紙內容是否吻合； 相關預埋預設點位或管道在空間上是否一致； 孔洞標記與圖紙標注是否保持一致等。 及時發現二維CAD 圖紙中通常難以發現的問題，如給排水管道與電氣管線在空間上交叉、 設備安裝部位無預埋管線等問題，提高圖紙設計的合理性。

3.2 方案模擬交底

地鐵機電施工作業面狹窄， 大量不同類別的管線布設與設備的安裝需在有限的空間內實施， 大型機械設備無法投入使用，各分部分項參建方需協同推進各項施工工序。 技術交底是地鐵機電工程實施的重要環節， 是分部分項協同推進的重要基礎。 BIM 技術支持下的地鐵機電三維信息建模與圖紙設計校驗可為技術交底與施工方案模擬提供精準依據。 利用BIM 技術的模擬特性，結合前期集成的地鐵施工程序、施工設備、結構類型、建筑材料、管線布設、設備安裝文件等數據，對施工方案進行全過程模擬， 以便管線布設施工人員與機電設備安裝人員全面掌握施工過程、 施工工藝以及相關注意事項。 例如，在地鐵消防泵站施工前，對消防泵站的消防栓、自動噴水滅火系統、消防吸水管與出水管等施工方案進行模擬，分析預測此施工方案下的施工安全隱患與質量問題， 以便施工人員在實際施工過程中有效規避。 同時，通過對施工方案中各關鍵要點，如施工材料堆放貯存、施工人員進出、機械設備統籌調度、材料運輸路線布設等，進行模擬，及時發現施工組織設計方案中的不合理之處， 以便調整優化地鐵機電工程施工方案[4]。

3.3 綜合管線優化

地鐵機電施工涉及大量的管線與機電設備， 在狹窄的作業空間內，管線交叉、結構沖突等問題是地鐵機電施工中的常見問題，會影響地鐵機電工程的施工進度，增加機電工程后續運維養護成本。 因此，在綜合管線布設時，應用BIM 技術對不同類別，如電氣、風管、給排水等管線管道，進行三維建模，將各類別管道模型綜合時，依托BIM 軟件平臺碰撞檢測與錯誤分析功能自動檢測分析出不同類別管線存在空間交叉或空間拓撲關系是否存在錯誤問題， 然后根據軟件輸出的碰撞檢測錯誤報告找到存在碰撞沖突的管線，查詢到各管線的標高、規格參數等屬性與空間分布， 在設計階段對綜合管線布設方案加以調整優化。 調整優化后的綜合管線三維模型可根據任意橫截面生成豎向剖面圖， 便于管線施工人員查詢剖面圖上的管線數據與施工參數，并開展施工作業。 在具體應用時，可利用BIM 構建各類別管線三維信息模型， 根據管線的標高、走向以及用途等屬性進行碰撞與交叉檢測。 對于檢測發現的管線可導入Navisworks 軟件中進行剖切與標高等屬性調整，并對調整后的管線進行自動碰撞與交叉檢測， 確保綜合管線無碰撞、無交叉。 同時，在綜合管線布設時，應考慮管線檢修的空間，通過BIM 技術對管線三維空間進行模擬，測算檢修空間是否留足，提高后續管線運維檢修的便利性。

3.4 管道預制加工

地鐵機電工程施工中的管道安裝需提前根據圖紙設計加工好管道，再將管道運輸到施工現場加以組裝，以提高管道施工的進度。 BIM 技術在管道施工中的應用可延伸至管道預制加工工序中。 利用BIM 技術對管道進行三維建模，生產廠商根據管道三維信息模型中的相關尺寸參數與規格屬性進行管道模具設計與管道加工生產。 預制加工后的管道運輸至施工現場后， 管道安裝人員對照分解的管道三維模型與綜合管道模型進行現場組裝，具體組裝流程為：（1）先安裝泵體與支吊架；（2）對主路管件與分支路管件的閥門加以安裝；（3）通過焊接工藝將管道連接部位加以固定， 并通過現場測試檢驗管道安裝的正確性。BIM 技術貫穿在管道預制加工、管道現場組裝的全過程，有效指導生產廠商進行模具打樣與現場組建安裝。

3.5 施工進度管理

地鐵機電工程施工前，將施工組織設計方案、施工進度計劃等輸入BIM 軟件平臺中，高效關聯地鐵機電三維信息模型與施工進度， 實現對地鐵機電工程安裝施工的高效、 精準模擬。 地鐵機電工程實際施工過程中，施工單位及時將施工現場實際施工安裝進度錄入系統中，并動態更新。BIM 軟件平臺可自動對比地鐵機電工程的實際施工進度與施工進度計劃，分析當前已完成的實際工程量與計劃工程量差異， 給出施工進度達標情況，例如，是否按照施工進度施工、施工進度是否存在推進緩慢、施工進度受阻的原因為何等，以便各參建方根據施工進度對比數據掌握施工進度管理中存在的問題。 具體應用過程中，施工單位可利用BIM 軟件平臺有效綁定工程橫道圖與地鐵機電三維信息模型，直觀可視化展示施工工程量，以便施工單位更為精準、直觀地掌握施工進度。

3.6 信息資源共享

隨著科學技術的不斷發展， 地鐵機電安裝技術也在不斷地創新優化，BIM 技術的使用，讓地鐵機電安裝工程的各個階層和各個專業之間實現了協同發展， 給機電工程設計提供了統一的模型標準。 如果相關的信息發生沖突，可以通過對比模型標準確定準確的施工方法， 這不僅使得對信息的利用更加充分，還給工程的優化完善提供了更加科學合理的依據[5]。 同時，BIM 軟件與CAD 軟件和EXCEL 軟件能夠實現有效對接，有效進行資料信息的傳輸、處理、存儲等。 因此，在地鐵機電施工中，還可以利用BIM 技術提取工程量清單，進行各個系統的工程量計算，然后以EXCEL 表格形式導出，再進行統計與分析，有效提高了工作效率。 將BIM 技術有效地運用在地鐵機電安裝施工中，可以共享信息資源，從而更加科學、合理地對工程項目進行設計， 同時又為建設企業和施工企業提供了一個有效的平臺進行信息交流， 使得雙方的信息交流更加順暢。

4 結語

BIM 技術是一種信息管理模型，可以將項目設計、施工建設、項目運營等方面的數據信息在數據庫中全部整合起來，然后通過數字模型將地鐵工程的施工情況模擬出來， 從而完成對地鐵各個項目的管理、共享以及創建。 地鐵機電的安裝施工中涉及的內容較為復雜，具有極強的專業性，工作人員應在施工過程中強化BIM 技術的應用，合理應用BIM 模型，完善和優化地鐵的機電設備安裝，科學開展工作，降低材料損耗，實現協同作業和數據管理的效果。