基于BIM技術的地鐵車站機電綜合管線排布應用

王忠誠　王　磊　張　橋

(1．廣東重工建設監理有限公司，廣州　510670；2.中鐵十一局集團有限公司，武漢　430061)

基于BIM技術的地鐵車站機電綜合管線排布應用

王忠誠1王磊1張橋2

(1．廣東重工建設監理有限公司，廣州510670；2.中鐵十一局集團有限公司，武漢430061)

【摘要】地鐵車站機電安裝工程，涉及通風空調、給排水及消防、低壓配電及照明以及弱電系統。四大專業管線綜合排布是施工深化設計階段的重難點部分，不同專業之間的管線排布設計需要滿足設計規范以及施工、維護要求。本文主要通過地鐵機電安裝各專業模型之間碰撞工作，介紹專業模型碰撞點分類、模型碰撞檢測流程、檢測條件的設置、碰撞報告的編制，以蘇元站為例，根據碰撞碰撞報告對綜合管線進行優化，提前設定預留孔洞；同時統計多個車站的碰撞點，得出通風與空調專業大系統和小系統的風管、土建結構以及動力配電橋架是產生碰撞點重要因素。文章最后總結基于BIM技術的地鐵車站機電綜合管線排布應用前景及存在的問題。

【關鍵詞】地鐵機電安裝；綜合管線；建筑信息模型；碰撞檢測

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.13

1引言

1.1工程項目概況

本工程為地鐵新建車站機電安裝工程項目包括：低壓配電與照明系統安裝、給排水及消防系統安裝、通風空調系統安裝、環境與設備監控系統安裝、門禁系統安裝以及設備區和公共區裝修工程。因此工程綜合管線排布困難，采用三維視圖進行檢查管線之間的碰撞，減少現場施工過程的返工，將問題前置，達到事前控制，提高施工效率。

1.2BIM在管線綜合排布中的優勢

綜合管線通過在三維視圖中檢查各專業管線之間的空間幾何關系，直觀形象。利用模型應用軟件，如navisworks、project navigator等可以通過設定碰撞規則、碰撞專業、碰撞類型、構件之間的公差等相關參數，實現不同專業管線的碰撞檢測。在完成碰撞檢測后，深化設計人員可以利用軟件對碰撞結果進行管理，對碰撞點進行分組，使用顏色高亮顯示或者隔離碰撞點。碰撞點分組后，可以將其分配給不同人員進行重新設計。相同系列軟件可以實現設計軟件和應用軟件操作之間的聯動，通過模型應用軟件檢測出的碰撞項目切換到設計軟件中進行修改操作，實現工作的協同管理。

2綜合管線碰撞檢測應用

2.1碰撞點分類

2.1.1深化設計類碰撞點

根據碰撞檢測的結果，施工人員根據施工要求對模型進行修改，滿足設計規范要求，此碰撞點可設定為深化設計類，調整方案由設計院簽字認可。

2.1.2設計變更類碰撞點

在碰撞檢測過程中，施工人員無法根據模型自行調整，施工過程中可能需要較大變動的碰撞點。此類碰撞點由設計院提交修改方案。

2.2BIM應用中模型碰撞檢測流程

2.2.1模型建立

根據項目選擇合適的建模軟件，制定滿足模型應用需求的建模深度標準。本項目采用Revit系列軟件建模，在施工階段，模型的深度達到工程模型，即符合施工要求，模型構件錄入主要技術參數(空間位置、設備材料名稱、專業、功能名稱、中間編碼)和出廠驗收報告、型式檢驗報告等。

由于本工程的BIM應用從施工階段切入，當前模型的建立主要由建模人員完成，建模人員根據CAD圖紙進行"翻模"即根據CAD圖紙進行描圖。

本項目模型文件首先按專業分為五個文件夾，包括：通風空調系統、給排水及消防系統、低壓配電及照明系統、弱電系統、設備區裝飾裝修。各專業按站廳層和站臺層系統繼續分解為子系統，如通風空調分為：大系統、小系統、水系統、隧道風機系統、備用空調系統，如圖1所示。

圖1　Revit文件通風空調專業

各子系統模型文件，通過Revit軟件完成多系統專業模型合模。

2.2.2導出NWC模型

Revit軟件完成模型建立以后，選擇導出模型功能選項，由于選擇的模型應用軟件為Navisworks，因此導出的模型格式采用NWC格式。

2.2.3導入模型

合模完成的車站整體機電模型及土建模型將按照建立好的專業層次樹形結構在Navisworks軟件中顯示成標準選擇樹，如圖2所示。

圖2　Navisworks標準選擇樹結構

2.2.4模型碰撞檢測

Navisworks軟件通過clash detective功能完成碰撞檢測工作。碰撞檢測的步驟如下：

(1)選擇碰撞檢測的專業

首先排除本專業內部系統之間的碰撞，然后選擇兩種專業的系統文件進行碰撞檢測。如圖3所示為空調專業內部子系統間碰撞檢測。

圖3　同專業內部子系統碰撞檢測

排除完內部碰撞點以后，進行不同專業之間的碰撞檢測。如圖4為通風空調系統與低壓配電及照明系統之間的碰撞檢測。

圖4　通風空調系統與低壓配電及照明專業碰撞檢測

(2)碰撞檢測的類型(硬碰撞、間隙碰撞)選擇

在碰撞檢測中，分為硬碰撞、硬碰撞(保守)、間隙碰撞、重復項。在碰撞檢測中硬碰撞和間隙碰撞為常用類型碰撞。建模人員主要負責通過類似Navisworks這樣的軟件解決硬碰撞的問題，硬碰撞是指模型構件之間的直接發生的物理碰撞，通過設置公差，進而忽略在公差范圍內的碰撞點。

完成硬碰撞以后，項目施工人員應對模型進一步檢查，根據相關施工要求，如供電設備正上方不能有風管的風口，根據規范要求需要保溫的風管將進行保溫隔熱處理，需要考慮保溫層的厚度，同時考慮風管之間的距離是否滿足設計規范要求。對于此類空間距離的要求，項目施工人員應利用漫游功能對模型進行檢查。

Navisworks軟件中選擇間隙碰撞類型進行檢測，實現上述功能。如圖5所示。

圖5　間隙碰撞選擇的管道

在碰撞列表中，添加間隙碰撞的名稱，首先在模型中選定需要檢查的管道，在碰撞對象選擇中選擇采用“使用當前選擇項”。

(3)設置碰撞檢測的條件

在硬碰撞和間隙碰撞兩種類型的碰撞中，都需要選擇碰撞條件，設定公差值。公差值在兩種碰撞類型中的意義不同。硬碰撞中，公差是指可以忽略的碰撞構件之間的間距。在間隙碰撞中，公差是指不同構件之間的最小距離，小于此距離，將被視為碰撞點。

圖6　模型審閱

間隙碰撞通過指定具體管道完成碰撞檢測，公差設置根據設計規范要求填寫，如上述管管道之間要求的距離至少大于250mm，因此根據碰撞檢測得出四處碰撞，通過審閱工具可以檢測管道之間的距離。如圖6所示。根據審閱檢測結果可以判斷出管道之間是否滿足設計規范的要求，從而根據檢查結果對模型進行調整。模型調整可以通過軟件的自帶功能，由此模型應用軟件切換到模型設計軟件。如圖7所示。

圖7　模型調整

2.3碰撞檢測報告編制

本項目編制了碰撞報告表格，目的在于在模型會審過程中，此表格可以作為設計調整的證明材料。通過將模型的碰撞報告提交給設計單位，由設計單位根據現場模型的情況，對施工單位作出調整的內容給予認可，同時對施工單位無法調整的內容，提出具體調整方案。施工單位、設計單位、監理單位、建設單位根據此表格，同時確認模型設計變更、及深化設計調整方案。表格分為設計變更類、深化設計類。表格設置如圖8所示。

圖8　設計變更類表格

深化設計類表格，屬于施工單位根據施工要求，在滿足設計規范的前提下，提出模型調整方案，由設計單位簽字確認即可。如圖9所示。

圖10　設計院出的綜合管線平面圖

圖9　深化設計類表格

2.4碰撞點所屬專業統計分析及孔洞預留應用

以蘇元站B端設備區走廊綜合管線優化為例，如圖10是設計院給的原始綜合管線藍圖，從平面圖上看，管路復雜。經過仔細梳理，發現共有4條風管，4條強弱電線槽，5根水管，還有若干FAS線管，門禁線管，照明線管等等經過走廊，基本排布是電上風中水下的大原則。

先從平面圖上進行優化，經過各路管線分段整理，大概可分為四層，第一層為四條線槽，依次排列；第二層為兩條風管；第三層也為兩條風管，到ZT-06處時一根進入房間，只剩三條風管；第四層為水管。經過標高和水平空間排列，紙面計算，人工經驗考慮等等，大致可排列出如圖11如下，此時已消滅了主要的矛盾和大部分碰撞問題。

在BIM加入以前，上面的圖已經可以應用于現場實際施工了，當然在現場肯定會存在或多或少的一些問題，再現場去解決了。BIM加入以后，就是要把后面現場可能出現的問題化歸于零，把人工考慮不到的地方，經驗不足以解決的問題，利用模型去提前發現并解決。根據模型，對設備區走廊與環控機房的管道接口，以及與公共區的管道接口進行優化。優化過程考慮兩方面的內容，一是確保排煙風管的風量能夠滿足設計的要求，進而保證消防驗收的通過；其次，考慮環控機房和公共區管道路由的走向，方便施工，同時能夠保證施工后管道布置的美觀程度。

圖12、圖13是經過BIM模型碰撞檢測以后出的綜合管線圖及綜合支架平面圖，比之上圖11變化不大，但又有些許不一樣，正是這些細微的地方，優化了管線路徑，加強了細節處理，使將來可能出現的問題提前消化，進一步提高了施工效率。圖14是經過3D優化后的走廊模型和現場實際情況的對比。

圖11　經過第一次平面圖優化過的綜合管線圖

圖12　經過第二次3D優化過的綜合管線圖

圖13　經過3D優化過的綜合支架平面圖

圖14　經過3D優化后的走廊模型和現場實際

2.5碰撞點所屬專業統計分析及孔洞預留應用

選擇設計變更類和深化設計類碰撞報告對地鐵車站進行碰撞點所屬專業分析及設備區墻體孔洞預留應用。

本文對3座車站進行統計，如表1、2、3所示。

表格按照通風與空調專業、動力配電與照明、弱電專業、給排水及消防、土建結構各系統進行分類。表格設置成主動碰撞屬性和被動碰撞屬性，屬于同一系統的碰撞，表格只在主動碰撞屬性下合計1統計一次，總計是對合計1與合計2進行合并。

表1車站1碰撞點所屬專業系統分布

主動被動大系統小系統空調水系統隧道通風系統動力配電橋架弱電系統橋架給排水消防系統框架結構合計1大系統1124小系統123空調水系統11隧道通風系統11動力配電橋架134弱電系統橋架11給排水11消防系統0框架結構0合計2131010015總計562151115

表2車站2碰撞點所屬專業系統分布

主動被動大系統小系統空調水系統隧道通風系統動力配電橋架弱電系統橋架給排水消防系統框架結構合計1大系統55小系統112空調水系統11隧道通風系統0動力配電橋架0弱電系統橋架0給排水0消防系統213框架結構0合計2131010005總計652010005

表3車站3碰撞點所屬專業系統分布

主動被動大系統小系統空調水系統隧道通風系統動力配電橋架弱電系統橋架給排水消防系統框架結構合計1大系統611210小系統111115空調水系統隧道通風系統動力配電橋架11弱電系統橋架給排水消防系統框架結構合計21017122總計1151081220

圖15　車站設備系統碰撞點專業所屬分部統計圖

根據圖表數據顯示，通風與空調專業中的大小系統風管都比較容易產生碰撞，需要在施工的過程中重點關注，同時，由于地鐵車站的設備區走廊和車站環控機房的空間狹小土建結構與設備系統之間也較容易產生碰撞。

從不同的車站統計數據顯示，動力配電橋架在不同的車站產生的碰撞點差異較大，應根據不同車站的設計對此專業的橋架進行布置。

車站綜合管線根據碰撞報告，對車站綜合管線進一步優化，根據優化完成的管線走向，對設備區砌筑墻的預留孔洞進行設計。

基于BIM模型，可以在設備管線穿過的砌筑墻設立套管，如圖16所示。

通過BIM模型對預留孔洞進行數據提取，可以統計出預留孔洞套管的數量，用于現場施工下料。此工作有效解決了孔洞開孔錯誤的情況，提高了施工時的工作效率和開孔的準確性。對車站孔洞進行分類統計，分為風管孔洞、橋架孔洞、水管孔洞，通過模型明細統計如表4所示。

根據BIM模型可以提取出各類套管的尺寸標注，如圖17所示。

圖16　孔洞預留

表4　預留孔洞套管明細表

圖17　預留孔洞套管尺寸

3BIM應用總結

BIM在地鐵綜合管線中的應用已經成為行業共識，在全國眾多的地鐵項目中已經采用。從上述文章中可以發現，BIM技術的應用為管線綜合排布提出了新的解決模式和方法。將施工過程中的問題前置，減少了設計、施工變更，確保施工進度，降低了成本，提高了工程項目的風險控制能力。同時對當前項目管理的模式提出了新的要求，在應用BIM技術的工程項目中，如何設置人員架構，對項目管理者的綜合素質提出了更高的要求。

雖然當前的BIM技術有效提高了綜合管線的效率和準確率，但是在BIM應用過程中，軟件技術需要不斷提高，工程項目需要通過相關的數據和信息建立相應的數學模型，轉化為IT算法，跨越建筑IT技術與工程項目之間的鴻溝。BIM在綜合管線碰撞的應用中存在如下問題：

(1)引入BIM后對工程項目管理的水平要求更高，人員綜合素質有待提高。

在綜合管線碰撞檢測過程中，深化設計人員對軟件應用功能掌握較為淺顯，軟件功能沒有得到充分發揮。如碰撞點的管理及碰撞點修改任務的分配。由于建模人員一般缺乏工程項目施工經驗，模型碰撞點的修改缺乏準確、系統的原則。

(2)對于軟件的基礎數據的積累需要加快完善，需要進一步實現工程項目問題與IT工程算法融合。

利用navisworks軟件進行大面積間隙碰撞檢測時，需要通過漫游的方式，對管線排布進行檢查，沒有實現通過設定條件自動完成碰撞點的查找。Navisworks軟件對于間隙碰撞的設置較為簡單，間隙碰撞檢測功能需要進行二次開發，首先制定問題數據庫，對不同數據庫中的問題，給出相關的解決方案去匹配每一個存在的問題。同時繼續保留自定義問題的檢查功能。

(3)在引入BIM技術后，工程的工作流程沒有及時改進適應新的技術。

施工方查找完碰撞點，發布碰撞報告時，在現行的工程項目管理中沒有統一碰撞報告格式。設計單位對于模型碰撞報告的認可程度不高，對于通過模型碰撞的修改，無法達到傳統圖紙會審中的法律效應，設計院對修改部分不會蓋出圖印章，只是蓋本工程的項目章。

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Application of Mechanical and Electrical Comprehensive Pipeline Arrangement of Subway Station based on BIM

Wang Zhongcheng1,Wang Lei1,Zhang Qiao2

(1.GuangDongZhongGongProjectManagementCo.,Ltd.,Guangzhou510670,China; 2.ChinaRailwayElevenBureauGroupCo.,Ltd.,Wuhan430061,China)

Abstract:The mechanical and electrical installation engineering of subway station involves ventilation and air conditioning,water supply and drainage and fire-fighting,low-voltage distribution and lighting,and weak current systems.The comprehensive arrangement of four major professional pipelines are the difficult part of the construction design stage.The line between different professional configuration designs needs to meet design and construction specifications and maintenance requirements.This article mainly discusses the collision between professional models and introduces professional model collision point classification,collision detection process,setting of test condition,and collision preparation of reports.From the summaries of the reports of Suyuan station,it shows that air duct,the building structure and electric bridge need to be considered much more than others.In the end,the article summerizes the application prospect and existing problems of BIM technology in electromechanical integrated pipeline configuration of subway stations.

Key Words：Mechanical and Electrical Installation Engineering of Subway; Integrated Pipeline; BIM; Collision Detection

【作者簡介】王忠誠(1964-)，男，高級工程師，主要從事工程項目管理；

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)03-0066-08

王磊 (1989-)，男，碩士，主要從事工程項目管理和施工過程BIM應用研究；

張橋 (1982-)，男，本科，工程師，主要從事施工管理與BIM應用研究。