BIM技術(shù)在地下車站機電工程設(shè)計中的應(yīng)用

中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063

1 在機電工程設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢

1.1 減少二維設(shè)計工作量

設(shè)計過程中采用BIM三維設(shè)計，即將三維設(shè)計前置，可減輕二維設(shè)計工作量。部分管線設(shè)計調(diào)整完畢確認(rèn)無誤后，可直接導(dǎo)出二維設(shè)計圖紙，而由BIM模型導(dǎo)出的二維設(shè)計圖紙準(zhǔn)確度更高，可減輕后續(xù)施工配合的工作量。

1.2 減少接口施工問題

機電工程專業(yè)種類多，管線復(fù)雜且密集，后續(xù)施工單位深化較為困難，通過采用三維BIM設(shè)計，方便施工單位進(jìn)場前對設(shè)計成果進(jìn)行核查，也可以方便解決各類接口問題，避免后續(xù)施工深化帶來的錯誤，節(jié)省后續(xù)施工返工費用，縮短施工周期。

1.3 提升設(shè)計、施工質(zhì)量

機電工程三維設(shè)計需要各個系統(tǒng)專業(yè)直接參與進(jìn)來，各專業(yè)使用一個設(shè)計平臺和相同的模型，實現(xiàn)信息共享，各專業(yè)通過建立和深化不同階段的模型，可增強設(shè)計單位之間的溝通與交流，實現(xiàn)設(shè)計過程可視化，使設(shè)計視野更寬廣，專業(yè)涉及更豐富，減少設(shè)計過程中的協(xié)調(diào)量。后續(xù)的會審以及組織的模型驗收需要建設(shè)單位、施工單位、運營單位參與進(jìn)來，通過不同單位的審查和會審，提升模型設(shè)計質(zhì)量。在后續(xù)施工過程中將模型顆進(jìn)行深化應(yīng)用，不僅可以提升施工安裝質(zhì)量，也可以減少設(shè)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(shè)計的重要目的。將運營單位的需求提前落實到BIM設(shè)計過程中，并在后續(xù)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(jìn)行落實解決，既方便后續(xù)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(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問題

2.1 土建模型不準(zhǔn)確

軌道交通建設(shè)周期長，通常為5年。設(shè)計與施工過程中受外部干擾大，經(jīng)常存在各類變更調(diào)整的情況，而部分土建模型未能及時更新，導(dǎo)致實際施工完成與BIM模型不一致。部分土建模型設(shè)計人員未能準(zhǔn)確建模，或者未能落實下游專業(yè)要求，造成后續(xù)機電設(shè)計過程煩瑣，甚至出現(xiàn)后續(xù)施工變更的情況。

2.2 設(shè)備模型位置不對應(yīng)

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(shè)備招標(biāo)周期的制約，部分建模的機電設(shè)備模型外形尺寸與實際設(shè)備尺寸不一致，部分甚至出現(xiàn)房間調(diào)整的情況。部分系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計人員對模型準(zhǔn)確性的重視度不夠，導(dǎo)致放置的設(shè)備位置與實際現(xiàn)場未能保持一致，而強弱電機房內(nèi)通常存在各類風(fēng)口、多聯(lián)空調(diào)室內(nèi)機、冷凝水管、氣滅噴頭，風(fēng)口或者多聯(lián)機室內(nèi)機出風(fēng)口、氣滅噴頭經(jīng)常位于設(shè)備上方，最終出現(xiàn)施工拆改、設(shè)計變更的情況。

2.3 設(shè)備族相對不準(zhǔn)確

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

3 BIM技術(shù)在機電工程設(shè)計中的具體應(yīng)用

機電BIM設(shè)計采用工作集協(xié)同工作模式，在工作集模式下，參與建模的所有專業(yè)均在同一中心文件下作業(yè)，在設(shè)計工作權(quán)限的獲取和釋放過程中，可以較好地實現(xiàn)各專業(yè)管線的新增和調(diào)整。

機電BIM設(shè)計涉及眾多機電設(shè)備和管線，主要涉及通風(fēng)、給排水、強弱電工程。在模型建立前，需要提前設(shè)置各系統(tǒng)參數(shù)，主要包括各系統(tǒng)所需的管線材質(zhì)、管線大小以及管線顏色，然后對所需設(shè)備族、閥門以及構(gòu)件族進(jìn)行加載，以順利搭建系統(tǒng)和設(shè)備模型。

3.1 通風(fēng)空調(diào)設(shè)計

通風(fēng)空調(diào)存在大量的管線以及設(shè)備，其中，風(fēng)管管線尺寸大且多，安裝空間要求高。車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要包括車站大小系統(tǒng)、車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)以及備用空調(diào)系統(tǒng)等。BIM建模主要包括各類大小系統(tǒng)風(fēng)管、冷凍冷卻水管、多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)冷媒管、風(fēng)機（含天圓地方、軟接頭）、組合式空調(diào)機組、組合風(fēng)閥、整體片式消聲器、風(fēng)管、風(fēng)管支吊架、管道消聲器、電動風(fēng)閥、手動調(diào)節(jié)閥、防火閥、防煙防火閥、靜壓箱、風(fēng)口、柜式空調(diào)機組、風(fēng)機盤管、多聯(lián)空調(diào)室內(nèi)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(shè)計

車站給排水與消防主要包括車站雨水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)以及消火栓系統(tǒng)，系統(tǒng)種類多，閥門附件相對較多，此次建模主要包括室內(nèi)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(tǒng)設(shè)計

車站氣體滅火系統(tǒng)通常采用IG541有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)，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(guān)、選擇閥、安全閥、末端噴頭等。

3.4 強電系統(tǒng)

車站強電系統(tǒng)主要分為車站設(shè)備動力配電系統(tǒng)、照明以及疏散指示系統(tǒng)、供電系統(tǒng)。模型建模范圍主要包括電動隔離開關(guān)、回流箱、電纜支架、36kV GIS開關(guān)柜、1500V直流開關(guān)柜、負(fù)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(huán)控控制柜、消防風(fēng)機控制柜、配電箱、照明燈具等[3]。

3.5 弱電系統(tǒng)

弱電系統(tǒng)涉及FAS、BAS、綜合監(jiān)控、通信信號等專業(yè)，設(shè)備機房較多，機房內(nèi)各類設(shè)備種類多且尺寸大小不一，另外走道內(nèi)存在大量橋架管線穿越。建模包括各弱電專業(yè)控制柜、控制箱、火災(zāi)報警控制器、自動滅火集中報警控制盤、分區(qū)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(shè)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(guī)格大小不一，特別是設(shè)備區(qū)走道，需要在有限的空間內(nèi)集中進(jìn)行安裝，通常受施工先后的影響，相互干擾大，協(xié)調(diào)困難。以往采用的二維綜合管線圖紙平面復(fù)雜，管線密集復(fù)雜處僅以節(jié)點或者剖面進(jìn)行顯示，不夠直觀。另外傳統(tǒng)二維設(shè)計各專業(yè)系統(tǒng)在各自的圖紙單獨繪制，設(shè)計過程中缺乏相應(yīng)的溝通與交流，導(dǎo)致后續(xù)施工困難，管線存在各類碰撞，甚至出現(xiàn)拆改、變更以及工期延誤的情況。機電工程各專業(yè)采用BIM技術(shù)在同一平臺進(jìn)行協(xié)同操作，設(shè)計和溝通過程直觀。BIM設(shè)計除了可以生成二維管線綜合平面圖及相應(yīng)的剖面圖，還可以對相對復(fù)雜的部位進(jìn)行三維直觀展現(xiàn)，通過不同角度的檢查和瀏覽，可以較快發(fā)現(xiàn)管線碰撞以及細(xì)節(jié)不完善等問題，設(shè)計更加精細(xì)化，為后續(xù)施工提高施工效率與施工質(zhì)量、減少返工以及規(guī)避風(fēng)險提供了很大的幫助。

（2）管線碰撞檢測。BIM設(shè)計可以根據(jù)自帶的管線碰撞檢測功能，直觀地排查管道與土建結(jié)構(gòu)之間的碰撞，通過圖片導(dǎo)引和及碰撞點的ID編號，可以迅速定位碰撞位置，并及時進(jìn)行修改調(diào)整，傳統(tǒng)的二維設(shè)計則不具備這個功能。

（3）管線、吊架預(yù)制。車站機電工程存在較多管線（風(fēng)管、水管、橋架）和支吊架（綜合支吊架、抗震支吊架）。BIM技術(shù)既可以對風(fēng)管三通、彎頭等異形構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整，還可以對水管的閥門、橋架等按照工廠預(yù)制加工的要求添加標(biāo)準(zhǔn)族庫構(gòu)件，保證管件、閥門等構(gòu)件與實際招標(biāo)設(shè)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(shù)可以根據(jù)冷水機房內(nèi)管線布置情況、構(gòu)件以及管線安裝的空間條件和連接的方式，將設(shè)計深化后的管線進(jìn)行分組和分段拆解，結(jié)合每段管線的尺寸和支吊架安裝的位置，出具預(yù)制件和構(gòu)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(shù)進(jìn)行加工制造，再運至現(xiàn)場進(jìn)行施工安裝，可以顯著提高施工安裝效率，提高安裝的準(zhǔn)確度，減少明火焊接，使施工環(huán)境更加安全[5]。

4 結(jié)束語

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