淺談BIM技術(shù)在地鐵機(jī)電安裝中的應(yīng)用

摘要：采用BIM技術(shù)對(duì)地鐵機(jī)電安裝施工進(jìn)行優(yōu)化，可以有效的縮短施工工期，節(jié)省施工成本，降低施工材料損耗。以佛山地鐵2號(hào)線一期工程為依托，分別從管路路徑優(yōu)化、凈高分析、綜合支吊架優(yōu)化、數(shù)字化加工、裝配式施工、主機(jī)吊裝動(dòng)態(tài)模擬以及占道施工模擬等方面，闡述BIM技術(shù)在地鐵機(jī)電安裝中的應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：BIM；機(jī)電安裝；管綜優(yōu)化；族庫；碰撞檢查

1 工程概況及特點(diǎn)

1.1 工程概況

佛山市城市軌道交通2號(hào)線一期工程，東西走向，起于佛山南莊，與廣州南站相接，線路全長32.41km，共設(shè)車站17座（地下14座，高架3座），其中換乘站10座。全線設(shè)林岳綜合維修基地、湖涌停車場、灣華控制中心、石灣和花卉世界主變電所。

初、近、遠(yuǎn)期采用6輛固定編組運(yùn)營組織方案。系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)能力30對(duì)/h。最高運(yùn)行速度為100km/h，牽引供電制式采用DC1500V架空接觸網(wǎng)。佛山市城市軌道交通2號(hào)線一期項(xiàng)目機(jī)電工程，主要包括供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、安防及門禁系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水及消防系統(tǒng)的施工安裝和調(diào)試，控制中心智能化系統(tǒng)及工藝設(shè)備的采購安裝及調(diào)試等。

1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)

該項(xiàng)目的特點(diǎn)如下：施工為機(jī)電全專業(yè)，通信、信號(hào)、供電、常規(guī)機(jī)電等各專業(yè)間存在著眾多接口。地鐵工程施工空間地域狹小、專業(yè)多、人員構(gòu)成復(fù)雜。施工交叉進(jìn)行，平行作業(yè)較多，存在著施工空間小安全壓力大，成品保護(hù)難，運(yùn)輸通道狹窄，各專業(yè)協(xié)調(diào)難度大等難點(diǎn)問題。

機(jī)電系統(tǒng)是城市軌道交通的“中樞神經(jīng)”，其涉及專業(yè)廣、技術(shù)要求高、接口繁多、施工組織復(fù)雜，只有做好站后機(jī)電工程建設(shè)，提高施工質(zhì)量，才能確保各項(xiàng)功能滿足地鐵運(yùn)營需求。

2 組織策劃

2.1 應(yīng)用目標(biāo)

2.1.1 項(xiàng)目決策階段

基于公司BIM中心，成立BIM小組，建立組織管理體系，明確責(zé)任分工，制定工作流程及BIM實(shí)施方案。同時(shí)，基于BIM技術(shù)，明確應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)施范圍[1]。

2.1.2 施工階段

施工全過程應(yīng)用BIM技術(shù)建立BIM模型，將機(jī)電各專業(yè)進(jìn)行整合，進(jìn)行管綜深化設(shè)計(jì)、凈高分析、碰撞檢查、綜合支吊架深化設(shè)計(jì)、預(yù)留預(yù)埋等，然后運(yùn)用BIM技術(shù)導(dǎo)出圖紙。在施工過程中，結(jié)合BIM技術(shù)，對(duì)車控室、環(huán)控機(jī)房及冷水機(jī)房等關(guān)鍵設(shè)備房間管線進(jìn)行優(yōu)化、出圖，根據(jù)圖紙進(jìn)行數(shù)字化加工，進(jìn)行裝配式施工。同時(shí)，針對(duì)大型設(shè)備以及繁華的交通線路，應(yīng)用BIM技術(shù)，進(jìn)行設(shè)備吊裝及占道動(dòng)態(tài)模擬施工。

2.1.3 竣工階段

實(shí)施數(shù)字化交付，提供模型精度LOD500的竣工模型。

2.2 組織結(jié)構(gòu)

為保障落實(shí)關(guān)于BIM技術(shù)的應(yīng)用，確保BIM在工程施工中的實(shí)際指導(dǎo)幫助，項(xiàng)目部基于公司BIM中心，以項(xiàng)目經(jīng)理為組長，項(xiàng)目總工程師、BIM技術(shù)負(fù)責(zé)人為副組長，成立BIM小組，建立組織管理體系，明確責(zé)任分工。同時(shí)在項(xiàng)目部內(nèi)全面積極推進(jìn)BIM應(yīng)用技術(shù)，以便更好的為項(xiàng)目施工管理服務(wù)，達(dá)到提質(zhì)增效的效果。

2.3 實(shí)施方案

基于佛山市城市軌道交通2號(hào)線一期項(xiàng)目機(jī)電工程，編制制定了BIM應(yīng)用實(shí)施方案。BIM應(yīng)用實(shí)施方案分為兩部分：第一部分為實(shí)施組織，其內(nèi)容包含建立組織機(jī)構(gòu)體系、職能機(jī)構(gòu)設(shè)置：第二部分為實(shí)施流程，其內(nèi)容包括項(xiàng)目策劃階段、項(xiàng)目實(shí)施階段、項(xiàng)目總結(jié)階段。

3 BIM技術(shù)具體應(yīng)用

3.1 建立完善的全專業(yè)模型

3.1.1 建立土建模型

基于佛山地鐵2號(hào)線項(xiàng)目案例，在成立BIM小組后，組織小組成員依據(jù)土建施工圖紙，進(jìn)行土建模型建模。在建立土建三維模型的同時(shí)，加強(qiáng)與設(shè)計(jì)單位的溝通，對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙中的問題及時(shí)與設(shè)計(jì)溝通。

3.1.2 建立機(jī)電模型

在完成土建模型后，將土建模型鏈接到建模軟件，進(jìn)行機(jī)電及砌筑裝修模型建立。在建立機(jī)電各專業(yè)三維模型過程中，聯(lián)合設(shè)計(jì)單位，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)圖紙問題，及時(shí)與設(shè)計(jì)院進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，提供并協(xié)商解決方案（重點(diǎn)針對(duì)各專業(yè)之間的接口）。在此過程中，將各種問題總結(jié)匯總，形成問題庫。同時(shí)根據(jù)地鐵項(xiàng)目的特點(diǎn)，建立專用的族庫和項(xiàng)目樣板。

3.1.3 模型復(fù)核

在建模完成后，組織BIM小組成員針對(duì)土建模型進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核，復(fù)核現(xiàn)場實(shí)際尺寸是否與模型一致。重點(diǎn)核對(duì)下翻梁是否與模型一致，管線與結(jié)構(gòu)預(yù)留孔洞的相對(duì)位置。同時(shí)，BIM小組成員根據(jù)機(jī)電各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行初審，初審無誤后，組織本項(xiàng)目部專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行模型審核，模型審核無誤后進(jìn)行管綜深化設(shè)計(jì)調(diào)整。

3.1.4 建立族庫

在BIM模型完成之后，將各個(gè)專業(yè)的設(shè)備族庫進(jìn)行細(xì)化，建立地鐵項(xiàng)目的各專業(yè)設(shè)備族庫，方便以后其它項(xiàng)目的應(yīng)用。地鐵項(xiàng)目族如圖1所示。

3.2 開展虛擬建造雙優(yōu)化

基于佛山地鐵2號(hào)線項(xiàng)目機(jī)電工程，在建立土建、機(jī)電專業(yè)三維模型后，BIM小組聯(lián)合設(shè)計(jì)院對(duì)三維模型進(jìn)行綜合管線優(yōu)化，根據(jù)施工現(xiàn)場現(xiàn)有條件，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維施工動(dòng)態(tài)模擬，重點(diǎn)突擊復(fù)雜施工工藝、重難點(diǎn)施工以及模擬施工順序，以達(dá)到高效的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)-施工雙優(yōu)。

3.2.1 建立三維模型

設(shè)計(jì)院出具施工圖后，項(xiàng)目部組織各專業(yè)工程師進(jìn)行圖紙會(huì)審；同時(shí)，BIM小組成員及時(shí)與工程師進(jìn)行對(duì)接溝通，對(duì)圖紙會(huì)審相關(guān)問題在建模階段進(jìn)行修正。

3.2.2 綜合管線調(diào)整

BIM小組在建立三維模型后，綜合各專業(yè)施工需求，進(jìn)行綜合管線優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化原則遵循“電上風(fēng)中水下、小管讓大管、有壓讓無壓”。同時(shí)，對(duì)各專業(yè)管線進(jìn)行碰撞檢查，對(duì)碰撞位置進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后對(duì)各專業(yè)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。依據(jù)BIM模型進(jìn)行指導(dǎo)施工，在節(jié)省施工成本的同時(shí)，有效縮短了施工工期。

3.2.3 施工準(zhǔn)備

BIM小組依據(jù)項(xiàng)目施工工期計(jì)劃，將優(yōu)化后的三維模型導(dǎo)出各專業(yè)圖紙，組織各專業(yè)工程師審核，審核完成后發(fā)與設(shè)計(jì)院確認(rèn)會(huì)簽，待會(huì)簽后依據(jù)BIM出圖進(jìn)行施工。同時(shí)，對(duì)風(fēng)管、水管、橋架等進(jìn)行預(yù)制化加工并編號(hào)，待施工時(shí)運(yùn)抵現(xiàn)場進(jìn)行裝配式施工。在正式施工前，結(jié)合時(shí)間維度，利用BIM技術(shù)對(duì)各專業(yè)交叉施工進(jìn)行三維模擬，合理制定施工步驟，減少因空間小、專業(yè)多、施工交叉等原因造成的工耗。

3.3 凈高分析

結(jié)合裝修專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范，明確其設(shè)備區(qū)、公共區(qū)以及附屬標(biāo)高要求，對(duì)模型進(jìn)行深層次分析。綜合各方優(yōu)化意見修改模型布局，最大程度優(yōu)化各類機(jī)房設(shè)備、管道布局，不僅要使其在空間布置上美觀、緊湊，而且在管道、線纜等安裝敷設(shè)路徑上要更加合理。同時(shí)，避免材料損耗，最大程度控制項(xiàng)目成本支出，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 綜合支吊架

結(jié)合優(yōu)化后的BIM模型，BIM小組聯(lián)合設(shè)計(jì)院、綜合支吊架廠家進(jìn)行綜合支吊架深化設(shè)計(jì)。將模型中的綜合支吊架相關(guān)參數(shù)，導(dǎo)入綜合支吊架計(jì)算軟件中，進(jìn)行相關(guān)受力分析，保障施工整體的安全性、穩(wěn)定性和美觀性。同時(shí)，對(duì)綜合支吊架加裝橡膠墊片，并采取設(shè)備減振、管道降噪等技術(shù)[4]。

3.5  精準(zhǔn)預(yù)留預(yù)埋

在車站設(shè)備區(qū)砌筑組織施工前，結(jié)合管綜優(yōu)化后的模型，輸出砌筑孔洞預(yù)留圖紙，進(jìn)行現(xiàn)場交底，指導(dǎo)現(xiàn)場提前進(jìn)行綜合管線孔洞預(yù)留。預(yù)留輔助裝修孔洞，一方面有利于減少了對(duì)砌筑專業(yè)墻體的破壞，達(dá)到了綠色施工的效果；另一方面，有利于保證后期風(fēng)管、水管、橋架等安裝效率，減少返工現(xiàn)象，節(jié)省機(jī)電安裝時(shí)間。

3.6 數(shù)字化加工

基于優(yōu)化后的BIM模型，利用BIM技術(shù)對(duì)風(fēng)管、水管、橋架等管線進(jìn)行管道預(yù)制，輸出精細(xì)化圖紙，安排技術(shù)人員對(duì)數(shù)字化基地加工人員進(jìn)行技術(shù)交底，待交底完成進(jìn)行數(shù)字化加工。

3.7 裝配式安裝

項(xiàng)目部基于BIM技術(shù)對(duì)重點(diǎn)房間進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，通過BIM模型優(yōu)化、BIM模型審核、預(yù)制加工圖出圖、數(shù)字化加工、預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、拼裝等流程，在關(guān)鍵設(shè)備房間采用模塊化預(yù)配組裝、裝配式施工。所有的支架及管道均在工廠預(yù)制加工，現(xiàn)場只需組裝拼接，無需動(dòng)火切割。模塊化預(yù)制裝配大大提高了現(xiàn)場施工安全系數(shù)，優(yōu)化了設(shè)備安裝、運(yùn)維空間，縮短了現(xiàn)場施工工期，從整體上提升了機(jī)電安裝效率與質(zhì)量。

4 綠色施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 場地布置

為統(tǒng)一全線工地施工樣板標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目部將BIM技術(shù)與傳統(tǒng)施工相結(jié)合，提前籌劃樣板工地施工方案，包括站內(nèi)施工界面劃分、樣板墻布置規(guī)劃、場內(nèi)文明措施布置。將方案提前以三維模擬的方式展現(xiàn)出來，一方面有利于保障方案的可行性，另一方面為施工隊(duì)伍提供了可視化的施工方案，有利于保證施工準(zhǔn)確性。施工場地布置如圖2所示。

4.2 二維碼應(yīng)用

項(xiàng)目部在技術(shù)交底管理過程中，增設(shè)二維碼交底技術(shù)，一定程度上改變了交底理解不透徹、交底貫徹不徹底等現(xiàn)象?，F(xiàn)場工作人員隨時(shí)掃描二維碼，即可看到技術(shù)交底文件，文件以圖文并茂的word電子版形式交代了工程概況、施工依據(jù)、適應(yīng)范圍、施工準(zhǔn)備、施工工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

4.3 裝配式機(jī)房

BIM小組利用BIM技術(shù)對(duì)環(huán)控機(jī)房及冷水機(jī)房進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，建立高精度模型，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)模塊劃分、方案設(shè)計(jì)，輸出精細(xì)化圖紙，進(jìn)行預(yù)制化加工，運(yùn)抵現(xiàn)場后即可進(jìn)行組裝。對(duì)機(jī)房進(jìn)行裝配式施工，不僅大大縮短了施工工期，而且減少了施工勞動(dòng)力的投入，節(jié)省了項(xiàng)目施工成本。同時(shí)使機(jī)房的排布更加美、緊湊。

4.4 虛擬建造模擬

針對(duì)體積、質(zhì)量大的機(jī)電設(shè)備，如冷水機(jī)組、空調(diào)機(jī)組等，運(yùn)用空間分析程序和計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，對(duì)設(shè)備吊裝進(jìn)行模擬仿真。施工吊裝時(shí)，根據(jù)模擬情況選擇吊裝方式。同時(shí)，項(xiàng)目部利用BIM的可視化特點(diǎn)，在施工作業(yè)前通過應(yīng)用BIM技術(shù)，在占道施工作業(yè)控制區(qū)進(jìn)行圍蔽布設(shè)、拆除等三維動(dòng)態(tài)模擬，為后續(xù)占道施工的規(guī)范化、有序化提供實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，為保障道路交通安全提供有力支持。

5 結(jié)束語

本文以佛山地鐵2號(hào)線一期工程為依托，分別從管路路徑優(yōu)化、凈高分析、綜合支吊架優(yōu)化、數(shù)字化加工、裝配式施工、主機(jī)吊裝動(dòng)態(tài)模擬以及占道施工模擬等方面，闡述BIM技術(shù)在地鐵機(jī)電安裝中的應(yīng)用要點(diǎn)。采用BIM技術(shù)對(duì)地鐵機(jī)電安裝施工進(jìn)行優(yōu)化，有助于縮短施工工期，節(jié)省施工成本，降低施工材料損耗。同時(shí)通過裝配式機(jī)房、虛擬建造模擬等，不僅成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)-施工雙優(yōu)化，而且切實(shí)踐行了綠色施工的理念。

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