基于BIM技術(shù)的機(jī)電實(shí)驗(yàn)分析方案

李佳蔚

(中國(guó)鐵建十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司，濟(jì)南 250014)

信息技術(shù)已經(jīng)為制造業(yè)、電子業(yè)等行業(yè)帶來(lái)了革新性的變化，而建筑業(yè)信息化程度仍屬于較低的水平，隨著社會(huì)文明的發(fā)展，建筑業(yè)已經(jīng)開(kāi)始向低能耗、低污染、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。伴隨著國(guó)外同行業(yè)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)與挑戰(zhàn)，應(yīng)用信息化技術(shù)革新我國(guó)建筑行業(yè)是現(xiàn)階段發(fā)展的必然方向。

1 當(dāng)前研究現(xiàn)狀

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的全新概念，是信息技術(shù)發(fā)展到一定階段對(duì)建筑業(yè)影響后的必然產(chǎn)物。即通過(guò)一類軟件技術(shù)整合，將建筑內(nèi)全部構(gòu)件、系統(tǒng)賦予相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)信息，并直觀地以三維可視化的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改、分析，并形成可用于方案設(shè)計(jì)、建造施工、運(yùn)營(yíng)管理等建筑的全生命周期所參考的文件。BIM的技術(shù)核心是由計(jì)算機(jī)三維模型所形成的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)信息在建筑全過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化調(diào)整，并可以及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)，加快決策進(jìn)度、提高決策質(zhì)量，從而提高項(xiàng)目質(zhì)量，降低項(xiàng)目成本。

自從BIM作為一種創(chuàng)新性工具與生產(chǎn)方式被提出后，已在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家引發(fā)了建筑業(yè)的巨大變革，并被無(wú)數(shù)的成功案例證明了其價(jià)值優(yōu)勢(shì)。BIM是信息化技術(shù)在建筑業(yè)的直接應(yīng)用，其服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等整個(gè)建設(shè)生命周期。為項(xiàng)目各參與方提供了協(xié)同工作、交流順暢的平臺(tái)。其對(duì)于避免失誤、提高工程質(zhì)量、節(jié)約成本、縮短工期等具有巨大的優(yōu)勢(shì)作用。

BIM起源于美國(guó)，并逐漸被歐美、日本、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家廣發(fā)認(rèn)同并采用，BIM應(yīng)用在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到了極高的普及率。目前，在美國(guó)建筑業(yè)已經(jīng)有一半以上的機(jī)構(gòu)都在使用BIM，包括房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)、設(shè)計(jì)單位及相關(guān)咨詢機(jī)構(gòu)、施工單位等等，而美國(guó)軍方也是最早應(yīng)用BIM的受益機(jī)構(gòu)。在美國(guó)政府的推動(dòng)引導(dǎo)下，美國(guó)國(guó)家建筑科學(xué)研究院(National Institute of Building Sciences，NIBS)制定了美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)(National BIM S tan dards)創(chuàng)建了各種BIM協(xié)會(huì)。國(guó)內(nèi)BIM應(yīng)用還處于起步階段，應(yīng)用BIM的建筑企業(yè)很少，在BIM的分支領(lǐng)域已經(jīng)有了許多成功應(yīng)用BIM的案例，如奧運(yùn)“水立方”場(chǎng)館、世博場(chǎng)館等。BIM技術(shù)在我國(guó)正在進(jìn)入高速發(fā)展的軌道。

2 BIM模型及軟件構(gòu)造

BIM模型的建立基于BIM系列軟件的組合，這些軟件通常稱為“BIM Authoring Software”，是稱為BIM的基礎(chǔ)。正是因?yàn)橛辛诉@些軟件才有了BIM。常用的BIM建模軟件包括四個(gè)部分:

(1)Autodesk公司的Revit建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電系列，在民用建筑市場(chǎng)借助AutoCAD的天然優(yōu)勢(shì)，有相當(dāng)不錯(cuò)的市場(chǎng)表現(xiàn)。

(2)Bentley建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備系列，Bentley產(chǎn)品在工廠設(shè)計(jì)(石油、化工、電力、醫(yī)藥等)和基礎(chǔ)設(shè)施(道路、橋梁、市政、水利等)領(lǐng)域有無(wú)可爭(zhēng)辯的優(yōu)勢(shì)。

(3)ArchiCAD，最早的具有市場(chǎng)影響力的BIM核心建模軟件，但是由于在中國(guó)其專業(yè)配套的功能(僅限于建筑專業(yè))與多專業(yè)一體的設(shè)計(jì)院體質(zhì)不匹配，業(yè)務(wù)突破有限。

(4)Dassault公司的CATIA是全球最高端的機(jī)械設(shè)計(jì)制造軟件，在航空、航天、汽車(chē)等領(lǐng)域具有接近壟斷的市場(chǎng)地位，應(yīng)用到工程建設(shè)行業(yè)無(wú)論是對(duì)復(fù)雜形體還是超大規(guī)模建筑，其建模能力、表現(xiàn)能力和信息管理能力都比傳統(tǒng)建筑類軟件更有優(yōu)勢(shì)。

3 各專業(yè)模型構(gòu)建

城市軌道交通機(jī)電安裝工程中通風(fēng)與空調(diào)、給排水與消防和動(dòng)力、動(dòng)力設(shè)備及區(qū)間動(dòng)力照明系統(tǒng)三個(gè)專業(yè)的風(fēng)管、水管、橋架和綜合支吊架等在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中普遍存在著管線沖突、相互碰撞的現(xiàn)象。為解決實(shí)際施工過(guò)程中管線之間的相互碰撞沖突，方便設(shè)計(jì)單位與施工單位相互協(xié)調(diào)溝通，進(jìn)一步完善綜合深化設(shè)計(jì)，采用BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管線碰撞試驗(yàn)是當(dāng)前最直觀有效的解決方案。

本項(xiàng)目選取上海軌道交通11號(hào)線北段二期工程中的石龍路站作為碰撞試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境。石龍路站位于云錦路，車(chē)站呈南北走向，計(jì)算站臺(tái)中心里程為SDK39+80 4．766。車(chē)站為地下二層，島式站臺(tái)，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層。車(chē)站總長(zhǎng)度201 m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段寬度22．6米，站臺(tái)寬度11．4米，有效站臺(tái)長(zhǎng)度140 m，站廳公共區(qū)面積1 669 m2，站臺(tái)公共區(qū)面積面積為1 429 m2。采用Revit系列軟件進(jìn)行各專業(yè)模型構(gòu)建，構(gòu)建車(chē)站機(jī)電三專業(yè)結(jié)構(gòu)圖并構(gòu)建車(chē)站結(jié)構(gòu)圖。

使用Revit MEP構(gòu)建通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和動(dòng)力照明系統(tǒng)三個(gè)專業(yè)的BIM模型，構(gòu)建模型根據(jù)每個(gè)專業(yè)的不同系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分。由于模型較大，故僅選取站廳層各專業(yè)大軸端設(shè)備區(qū)模型圖。

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包括車(chē)站公共區(qū)、設(shè)備管理區(qū)及車(chē)站范圍內(nèi)的車(chē)行區(qū)通風(fēng)空調(diào)及防排煙設(shè)計(jì)，具體包括:車(chē)站區(qū)間隧道活塞/機(jī)械通風(fēng)兼排煙系統(tǒng);車(chē)站軌區(qū)排熱通風(fēng)兼排煙系統(tǒng);車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng);車(chē)站設(shè)備管理房間通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng);車(chē)站空調(diào)冷源及冷凍水系統(tǒng)。

站廳層大軸端公共區(qū)、設(shè)備區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)BIM模型圖如圖1。

圖1 大軸端通風(fēng)系統(tǒng)圖

車(chē)站給排水系統(tǒng)包括由車(chē)站給排水系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)組成。給水系統(tǒng)包括生產(chǎn)用水、生活用水及冷卻循環(huán)用水;冷卻循環(huán)用水是空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)，主要設(shè)備為冷卻塔和冷卻水泵，循環(huán)水通過(guò)冷卻塔進(jìn)行降溫處理;排水系統(tǒng)包括污水系統(tǒng)，廢水系統(tǒng)和雨水系統(tǒng);消防水系統(tǒng)設(shè)消火栓和水噴淋給水系統(tǒng)(含車(chē)站消防泵組)以及車(chē)站軌行區(qū)高壓細(xì)水霧系統(tǒng)。

站廳層大軸端給排水系統(tǒng)BIM模型如圖2、管線綜合圖如圖3。

動(dòng)力照明系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)。車(chē)站及相鄰區(qū)間動(dòng)力、照明電源由本車(chē)站0．4 KV降壓變電所(或UPS、EPS)供電。動(dòng)力照明系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供車(chē)站各系統(tǒng)專業(yè)負(fù)荷電源:其中包括通風(fēng)空調(diào)、給排水、通信、信號(hào)、電梯、自動(dòng)售檢票、FAS、BAS、氣體滅火、屏蔽門(mén)等專業(yè)和車(chē)站及區(qū)間動(dòng)力、照明、泵房、風(fēng)井等配電及控制。石龍路站在站廳層公共區(qū)、站臺(tái)層公共區(qū)、站廳設(shè)備用房公共走廊區(qū)設(shè)置綜合橋架。

大軸端站廳層動(dòng)力照明系統(tǒng)圖如圖40。

圖4 大軸端動(dòng)力照明系統(tǒng)圖

大軸端弱電橋架圖如圖5。

圖5 大軸端弱電橋架圖

為使得BIM模型更加便于現(xiàn)場(chǎng)分析和效果逼真，除去綜合管線圖之外，在進(jìn)行碰撞試驗(yàn)之前還須建立站前土建專業(yè)結(jié)構(gòu)圖，便于完成管線與結(jié)構(gòu)之間的碰撞檢測(cè)，土建結(jié)構(gòu)圖如圖6。

圖6 站廳層大軸端結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖

4 碰撞試驗(yàn)

將已經(jīng)建立的各系統(tǒng)BIM模型通過(guò)Navisworks Manage軟件進(jìn)行管線結(jié)構(gòu)綜合分析，建立BIM石龍路站模型。其中站廳層大軸端系統(tǒng)圖如圖7。

圖7 站廳層大軸端BIM模型圖

石龍路站BIM模型初步檢測(cè)碰撞點(diǎn)有四百余個(gè)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析、調(diào)節(jié)后，可以確定的主要碰撞點(diǎn)處有24個(gè)，其中發(fā)現(xiàn)有1處為較為嚴(yán)重的碰撞沖突，需要進(jìn)行各專業(yè)系統(tǒng)分析后更改。

碰撞沖突處如圖8、圖9、圖10、圖11。通過(guò)BIM模型可以直觀發(fā)現(xiàn)。

5 總結(jié)與展望

針對(duì)城市軌道交通建設(shè)機(jī)電安裝工程中的具體管線沖突問(wèn)題，BIM技術(shù)可以提供一個(gè)真實(shí)可靠的、實(shí)際上可行的解決方案，在施工過(guò)程中起到了明顯效果，具有較高的推廣價(jià)值。

BIM無(wú)論是對(duì)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位均具有革命性的意義。BIM對(duì)于建設(shè)生命周期中的質(zhì)量、成本、進(jìn)度、安全等指標(biāo)均具有重要參考價(jià)值。碰撞試驗(yàn)的測(cè)試對(duì)于項(xiàng)目工程涉及到進(jìn)度的影響(等待設(shè)計(jì)變更)、質(zhì)量和安全的影響(重復(fù)返工)、功能的影響(降低層次、改變標(biāo)高)、性能和效率的影響(增加管道線路拐彎次數(shù))。BIM在城市軌道交通機(jī)電安裝工程的應(yīng)用必然越來(lái)越廣泛。

［1］劉照球，李云貴，呂西林，張漢義．基于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型集成框架應(yīng)用開(kāi)發(fā)［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)．2010，38(7)．

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［4］王珺．BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究［D］．西南交通大學(xué)，2011．