BIM 技術(shù)在地鐵機(jī)電工程施工綜合管線排布中的運(yùn)用分析

李清朝

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

BIM 技術(shù)能夠直接創(chuàng)造出項(xiàng)目的三維立體實(shí)物，支持項(xiàng)目進(jìn)行可視化的設(shè)計(jì)、施工，在項(xiàng)目整體維護(hù)運(yùn)行中能夠促進(jìn)順暢的交流溝通和討論，輔助科學(xué)決策。根據(jù)模型實(shí)施合理修改，支持信息數(shù)據(jù)的刪除、增加、更新模型動(dòng)態(tài)等操作，方便后續(xù)對管線實(shí)施碰撞檢測，減少管線沖突，避免互相干涉，對地鐵機(jī)電工程進(jìn)行全周期管理，提高地鐵機(jī)電工程管線施工效率。

1 地鐵機(jī)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(yè)，設(shè)計(jì)、施工難度較大。地鐵機(jī)電工程包含不同的系統(tǒng)，涉及十幾個(gè)專業(yè)，如通風(fēng)空調(diào)、電氣、消防等專業(yè)，需要多個(gè)專業(yè)相互協(xié)調(diào)，但是各個(gè)專業(yè)缺少溝通與聯(lián)系，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)問題，將會(huì)對其他專業(yè)造成影響，使不同系統(tǒng)的管線產(chǎn)生沖突。其次，管線很容易發(fā)生碰撞問題。地鐵機(jī)電工程管線非常復(fù)雜，很難在初步設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，有可能在施工的過程中出現(xiàn)管線重疊、碰撞等問題，產(chǎn)生較大的浪費(fèi)。最后，在綜合管線的設(shè)計(jì)中，缺少對先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，二維管線圖紙無法真實(shí)反映出管線之間的問題，僅僅根據(jù)標(biāo)高等參數(shù)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)沖突、碰撞等問題，一旦某個(gè)部位發(fā)生碰撞問題，將會(huì)對其他部位帶來影響，增加綜合管線施工的難度。

2 BIM 技術(shù)在地鐵機(jī)電工程施工綜合管線排布中的優(yōu)勢

BIM 技術(shù)在地鐵機(jī)電工程施工綜合管線排布中具有以下應(yīng)用優(yōu)勢。

（1）BIM 技術(shù)具備可視化功能，可以通過三維畫面呈現(xiàn)出項(xiàng)目中的管線分布設(shè)計(jì)和整體造型結(jié)構(gòu)，從而建造出一種真實(shí)可見的建筑模型。BIM 技術(shù)能夠創(chuàng)建可視化建筑信息模型，為設(shè)計(jì)人員提供反饋信息，具有較強(qiáng)的互動(dòng)性，以可視化的方式展現(xiàn)模型構(gòu)件，促進(jìn)相關(guān)構(gòu)件信息擺脫傳統(tǒng)模式下通過平面二維圖紙呈現(xiàn)形式。

（2）在模擬性地鐵機(jī)電工程施工綜合管線排布中，BIM 技術(shù)能夠?qū)嵤┤婺M設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位可以利用BIM 技術(shù)選擇最合理的工藝技術(shù)，施工單位也可以在該技術(shù)的應(yīng)用中制定出最佳施工方案，合理判斷工程效果。在工程設(shè)計(jì)初期，精準(zhǔn)模擬施工過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的問題，制定有效的解決措施，進(jìn)行事前控制。BIM 技術(shù)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(jìn)度。

（3）BIM 技術(shù)具有協(xié)調(diào)性，由于地鐵管線排布需要多單位和多專業(yè)協(xié)同工作，因此在相關(guān)實(shí)踐操作中存在較大的協(xié)調(diào)難度，會(huì)在施工組織協(xié)調(diào)中形成各種沖突，導(dǎo)致工期延誤。在項(xiàng)目建設(shè)初期，借助BIM 技術(shù)對構(gòu)建三維模型，在統(tǒng)一可視化模型內(nèi)全面集成各個(gè)專業(yè)管線，利用BIM 技術(shù)的協(xié)調(diào)性服務(wù)功能，對相關(guān)問題進(jìn)行處理，促進(jìn)各個(gè)專業(yè)人員聯(lián)系現(xiàn)實(shí)需求綜合分析不同專業(yè)管線碰撞以及空間利用難題。

3 BIM 技術(shù)在地鐵機(jī)電工程施工綜合管線排布中應(yīng)用的實(shí)例分析

3.1 工程概況

某工程為地鐵機(jī)電安裝工程，該工程包含多個(gè)項(xiàng)目，需要對地鐵車站公共區(qū)域進(jìn)行裝修，安裝系統(tǒng)及設(shè)備。地鐵機(jī)電工程由不同的系統(tǒng)構(gòu)成，如給排水消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等，每一個(gè)系統(tǒng)都有單獨(dú)的管線排布方式。在管線排布中，既要考慮單個(gè)系統(tǒng)的管線排布方式，也要考慮不同系統(tǒng)管線之間的關(guān)系，如果管線排布不合理，很容易出現(xiàn)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(shù)進(jìn)行應(yīng)用，建立地鐵機(jī)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(shí)發(fā)現(xiàn)綜合管線排布中的問題，對管線排布方案進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 碰撞點(diǎn)分類

地鐵機(jī)電工程綜合管線包括兩種類型的碰撞點(diǎn)。

（1）深化設(shè)計(jì)類型的碰撞點(diǎn)。對機(jī)電工程綜合管線進(jìn)行設(shè)計(jì)后，利用BIM 技術(shù)對設(shè)計(jì)方案展開碰撞檢測，如果檢測結(jié)果表明管線中存在碰撞點(diǎn)，就要對綜合管線進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)地鐵機(jī)電工程綜合管線的相關(guān)規(guī)范和碰撞點(diǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，這種類型的碰撞點(diǎn)就屬于深化設(shè)計(jì)類碰撞點(diǎn)。調(diào)整完成后，將深化設(shè)計(jì)方案提交給設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)院的負(fù)責(zé)人簽字后，才可以實(shí)施該方案。

（2）設(shè)計(jì)變更類型的碰撞點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)后，若施工單位無法憑借自身的能力進(jìn)行調(diào)整，必須要進(jìn)行大范圍的改動(dòng)，就要將該問題反映給設(shè)計(jì)單位，由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)變更工作，對綜合管線排布方案進(jìn)行調(diào)整，這種類型的碰撞點(diǎn)屬于設(shè)計(jì)變更類碰撞點(diǎn)。BIM 技術(shù)能夠明確劃分碰撞點(diǎn)的類型，為設(shè)計(jì)單位的修改工作提供參考，設(shè)計(jì)單位能夠快速了解碰撞類型，確定碰撞部位，有針對性地進(jìn)行修改，大大提高了設(shè)計(jì)施工的效率[1]。

3.3 建立模型

根據(jù)地鐵機(jī)電工程系統(tǒng)管線設(shè)計(jì)方案建立模型，需要使用專業(yè)的建模軟件，本工程主要使用了Revit 軟件，利用該軟件構(gòu)建綜合管線模型，對模型的細(xì)節(jié)部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保建模深度和模型精度符合建模標(biāo)準(zhǔn)。建立機(jī)電工程系統(tǒng)各個(gè)構(gòu)件的模型時(shí)，需要錄入詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)，明確設(shè)備和材料的名稱，還要錄入各個(gè)構(gòu)件的出廠驗(yàn)收報(bào)告，介紹設(shè)備的功能。在建模過程中，建模人員需要參考設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)圖紙，以CAD 圖紙為主要參考依據(jù)，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(gè)文件夾，每個(gè)文件夾對應(yīng)不同的系統(tǒng)，第一個(gè)文件夾為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，包含通風(fēng)空調(diào)管線的圖紙和模型資料。第二個(gè)文件夾為給排水及消防系統(tǒng)，包含給排水管線和消防管線的模型。第三個(gè)文件夾是低壓配電及照明系統(tǒng)，包含低壓配電設(shè)備和照明設(shè)備的布置方式。第四個(gè)文件夾是弱電系統(tǒng)，對弱電系統(tǒng)線路進(jìn)行布置，在該文件夾中保存弱電系統(tǒng)模型。第五個(gè)文件夾是設(shè)備區(qū)裝飾裝修項(xiàng)目的模型資料。地鐵車站包含站臺層系統(tǒng)和站廳層系統(tǒng)，可以將系統(tǒng)劃分成多個(gè)子系統(tǒng)，對各個(gè)子系統(tǒng)的模型進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，形成模型文件，再使用Revit 軟件，將不同子系統(tǒng)的模型結(jié)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(dǎo)出NWC 模型，在Revit 軟件中點(diǎn)擊導(dǎo)出模型的選項(xiàng)，本工程的模型應(yīng)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(dǎo)出格式，將導(dǎo)出格式設(shè)置為NWC 格式。在Revit 軟件中導(dǎo)出模型后，需要將該模型導(dǎo)入Navisworks 軟件，通過BIM 技術(shù)完成建模工作，充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)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(dǎo)出和模型導(dǎo)入工作后，利用Navisworks 軟件對模型進(jìn)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(yè)，先單獨(dú)對某個(gè)專業(yè)的管線進(jìn)行碰撞檢測，消除系統(tǒng)內(nèi)部的碰撞問題，再與其他專業(yè)展開碰撞檢測，確保兩個(gè)系統(tǒng)的管線不會(huì)發(fā)生碰撞問題[4]。

工作人員可以利用Navisworks 軟件發(fā)現(xiàn)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(jī)電系統(tǒng)綜合管線存在多種問題，如硬碰撞問題、間隙碰撞問題、重復(fù)項(xiàng)問題等，前兩種問題是碰撞檢測中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。對于硬碰撞來說，地鐵機(jī)電工程模型的不同構(gòu)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(jìn)行設(shè)置，明確碰撞點(diǎn)。施工人員還要對地鐵機(jī)電工程的供電設(shè)備和風(fēng)管進(jìn)行檢查，設(shè)計(jì)風(fēng)管時(shí)，注意風(fēng)管的相關(guān)要求，不能將風(fēng)管風(fēng)口設(shè)置在供電設(shè)備的上方區(qū)域，對部分風(fēng)管進(jìn)行保溫隔熱處理，注意風(fēng)管保溫層的厚度。在檢測過程中，還要檢查風(fēng)管的間距，確保風(fēng)管的間距符合相關(guān)規(guī)定。為了更準(zhǔn)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(jìn)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(shí)，工作人員需要打開軟件的碰撞列表，在碰撞列表中設(shè)置間隙碰撞，設(shè)置完成后，控制綜合管線模型，選定需要進(jìn)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(jìn)行確認(rèn)，點(diǎn)擊頁面中的“使用當(dāng)前選項(xiàng)”。

用Navisworks 軟件進(jìn)行碰撞檢測時(shí)，需要對碰撞檢測的條件進(jìn)行設(shè)置，無論是哪種類型的碰撞檢測，都要設(shè)置碰撞條件，工作人員要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范的要求設(shè)置合理的公差值，同時(shí)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(yīng)當(dāng)控制機(jī)電工程各個(gè)模型構(gòu)件間距的最小值，構(gòu)件之間的最小間距就是間隙碰撞的公差值，如果模型構(gòu)件之間的實(shí)際距離小于公差值，就會(huì)將該部位判定為碰撞點(diǎn)。對于硬碰撞來說，公差的含義發(fā)生了一定變化，公差主要表示可以忽略的構(gòu)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(jìn)行檢測，按照相關(guān)規(guī)定設(shè)置公差值。例如，在本工程的設(shè)計(jì)中，利用BIM 技術(shù)的間隙碰撞檢測功能，將管道和管道之間的最小間距設(shè)置為250mm，經(jīng)過檢測，在選定管道中發(fā)現(xiàn)了4 處碰撞點(diǎn)，根據(jù)間隙碰撞檢測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，在模型上調(diào)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(bào)告

完成碰撞檢測工作并得到碰撞檢測結(jié)果后，需要根據(jù)碰撞檢測情況編制碰撞報(bào)告表格。單位組織專家和技術(shù)人員對模型進(jìn)行會(huì)審的時(shí)候，可以將碰撞檢測報(bào)告作為證明文件，在BIM 技術(shù)的應(yīng)用中，確保專家和技術(shù)人能夠全面了解模型的設(shè)計(jì)調(diào)整情況。施工人員可以將碰撞檢測報(bào)告提交給設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)單位需要對地鐵機(jī)電工程施工現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行分析，如果碰撞問題比較簡單，施工單位可以自行調(diào)整，設(shè)計(jì)單位要對調(diào)整的部分進(jìn)行檢查，若施工單位無法自行調(diào)整，由設(shè)計(jì)單位進(jìn)行調(diào)整。在地鐵機(jī)電工程施工中，各參建單位要參考碰撞檢測報(bào)告，對模型進(jìn)行調(diào)整，形成深化設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)變更方案。

根據(jù)碰撞檢測報(bào)告和深化設(shè)計(jì)方案編制施工深化設(shè)計(jì)類的全專業(yè)碰撞報(bào)告表，在表格中寫明項(xiàng)目名稱、制表人、公司名稱、制表時(shí)間，在表格匯中寫明碰撞檢測中發(fā)現(xiàn)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(diào)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(yè)統(tǒng)計(jì)分析和孔洞預(yù)留應(yīng)用

對地鐵設(shè)備區(qū)走廊機(jī)電工程綜合管線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要分析設(shè)計(jì)單位提供的綜合管線圖紙，從綜合管線圖紙上看，該區(qū)域的管線類型較多，管線非常復(fù)雜。具體來說，該區(qū)域包含5 根水管和4 條風(fēng)管，還包含F(xiàn)AS 線管、照明線管、強(qiáng)弱電線槽等，這些管線均穿過走廊。對這些管線進(jìn)行布置時(shí)，將水管安排在下方，將風(fēng)管安排在中部，將電線管安排在上方。按照該原則對圖紙進(jìn)行優(yōu)化，對各個(gè)類型的管線進(jìn)行梳理和調(diào)整，將管線劃分為4 個(gè)部分，將4 條強(qiáng)弱電線槽安排在最上方，第二層區(qū)域和第三層區(qū)域各安裝2 條風(fēng)管，將水管安裝在最下方區(qū)域。圖紙的優(yōu)化設(shè)計(jì)解決了大部分的管線碰撞問題，走廊區(qū)域的管線排布也更加合理。

該圖紙已經(jīng)比較完善，為了進(jìn)一步保證施工質(zhì)量，利用BIM 技術(shù)對綜合管線排布方案進(jìn)行檢測，進(jìn)一步優(yōu)化管線排布方案，盡可能在施工之前發(fā)現(xiàn)所有管線沖突碰撞問題。在軟件中建立地鐵設(shè)備區(qū)走廊管線模型，重點(diǎn)分析管道接口的設(shè)計(jì)施工情況，對該部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用BIM 技術(shù)檢查排煙風(fēng)管，控制風(fēng)量的大小，確保風(fēng)量符合消防規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范。還要利用BIM技術(shù)檢查環(huán)控機(jī)房和公共區(qū)域的管線情況，對該區(qū)域的管道路由進(jìn)行分析，明確管線的走向。根據(jù)BIM 模型碰撞檢測結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使綜合管線排布方案和綜合支架排布方案更加合理，及時(shí)消除潛在的碰撞問題，確保管線施工工作能夠順利推進(jìn)。通過BIM 技術(shù)分析地鐵車站設(shè)備系統(tǒng)碰撞點(diǎn)，經(jīng)過檢測可以知道，大系統(tǒng)中的碰撞點(diǎn)數(shù)量最多，位于第二位的是小系統(tǒng)，第三位是動(dòng)力配電橋架，第四位是框架結(jié)構(gòu)，第五位是空調(diào)水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)橋架、隧道通風(fēng)系統(tǒng)的碰撞點(diǎn)較少。根據(jù)碰撞檢測報(bào)告進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)處理大系統(tǒng)和小系統(tǒng)中的碰撞問題，逐步消除每一處碰撞點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)預(yù)留孔洞，在砌筑墻的預(yù)留孔洞處設(shè)置套管，明確各個(gè)套管的尺寸，避免出現(xiàn)孔洞開孔錯(cuò)誤的問題。

4 結(jié)語

地鐵機(jī)電工程項(xiàng)目包含較多的系統(tǒng)和復(fù)雜的管線，要想保證綜合管線排布的合理性，要將BIM 技術(shù)應(yīng)用在地鐵機(jī)電工程項(xiàng)目中，利用Navisworks 對地鐵綜合管線進(jìn)行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)綜合管線的碰撞點(diǎn)，對綜合管線設(shè)計(jì)圖紙和施工方案進(jìn)行調(diào)整。為了更好地發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢和作用，需要對設(shè)計(jì)人員和施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，使相關(guān)人員掌握專業(yè)軟件，利用軟件發(fā)現(xiàn)并解決管線碰撞問題，保證地鐵機(jī)電工程綜合管線的施工質(zhì)量。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，地鐵綜合管線排布得到了優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì)變更次數(shù)，減少了資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，極大程度提高了地鐵機(jī)電工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。