BIM技術(shù)在鄭州市5號(hào)線某地鐵站機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用

王 松

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)備工程系，河南 鄭州 450064）

引言

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）是對(duì)建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)，BIM技術(shù)是一種數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)模型來(lái)整合項(xiàng)目的各專業(yè)信息，在項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、拆建的全生命周期中進(jìn)行信息的共享和傳遞，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期等方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

近年來(lái)，地鐵交通建設(shè)呈現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展的趨勢(shì)，地鐵交通設(shè)施設(shè)備的數(shù)量劇增，類型日趨復(fù)雜化。通過(guò)采用BIM技術(shù)，解決地鐵交通工程建設(shè)過(guò)程中的難點(diǎn)，改變以往項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中由于各參與方的工程數(shù)據(jù)不一致，設(shè)計(jì)圖紙不直觀，以及設(shè)計(jì)中的錯(cuò)、漏、碰、缺導(dǎo)致的各種問(wèn)題，同時(shí)在項(xiàng)目施工前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提高對(duì)項(xiàng)目全過(guò)程的管控能力，重點(diǎn)解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，各方協(xié)同工作，節(jié)約了成本，縮短了工期。并將竣工資料錄入BIM模型里，實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)在工程項(xiàng)目全生命周期中的傳遞應(yīng)用，如圖1所示。

鄭州市地鐵5號(hào)線共有32個(gè)站，全部采用了BIM技術(shù)。本文以某地鐵車(chē)站為例，研究BIM技術(shù)在機(jī)電安裝中的應(yīng)用，該地鐵站為地下3層雙島式車(chē)站，地下一層為軌道交通5、8號(hào)線共用站廳層，2條線的客流可在站廳內(nèi)換乘。車(chē)站總建筑面積為30185m2，其中主體建筑面積為25681m2，附屬建筑面積為4504m2。

本項(xiàng)目搭建了BIM工作組織機(jī)構(gòu)（如圖2所示），制定了方案要求和BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如圖3所示）。BIM技術(shù)應(yīng)用的功能定位是:（1）利用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題，交付設(shè)計(jì)模型；（2）利用BIM技術(shù)配合指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，進(jìn)行施工階段的BIM技術(shù)應(yīng)用，完成施工模型的更新并交付竣工模型；（3）在BIM竣工模型基礎(chǔ)上，根據(jù)運(yùn)營(yíng)方要求錄入和完善運(yùn)營(yíng)維護(hù)等相關(guān)信息，交付運(yùn)營(yíng)維護(hù)模型，對(duì)運(yùn)營(yíng)方進(jìn)行運(yùn)維模型的使用培訓(xùn)；（4）協(xié)助業(yè)主搭建面向多參與方和多階段BIM數(shù)據(jù)管理的工作平臺(tái)，制定落實(shí)鄭州軌道交通工程BIM實(shí)施的相關(guān)技術(shù)性文件；（5）通過(guò)BIM總體頒布的文件，組織各參與方單位按照要求開(kāi)展BIM設(shè)計(jì)及應(yīng)用并核查、匯總、提交成果。根據(jù)業(yè)主要求，該項(xiàng)目采用 AUTODESK 公司的Revit、Navisworks作為建模軟件平臺(tái)，建筑結(jié)構(gòu)模型如圖4所示，機(jī)電模型如圖5所示。

圖1 項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)流程圖Fig.1 Project full life cycle flow chart

圖2 BIM工作組織機(jī)構(gòu)Fig.2 BIM working organization

圖3 制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方案要求Figure.3 relevant standards and programme requirements

圖4 建筑結(jié)構(gòu)模型Fig.4 BIM model of architecture and structure

圖5 機(jī)電模型Fig.5 Mechanical and electrical BIM model

1 BIM機(jī)電建模要求

1.1 機(jī)電管線相對(duì)位置布置原則

（1）機(jī)電管線相對(duì)位置宜按照通風(fēng)空調(diào)管道、強(qiáng)電橋架在上，弱電橋架在中，給排水管、氣體滅火管道在下的原則進(jìn)行布置。

（2）機(jī)電管線相碰處應(yīng)按照一般原則進(jìn)行處理：小管徑管道讓大管徑管道；軟管讓硬管；弱電讓強(qiáng)電；壓力管道讓自流管道；工程量小的管線讓工程量大的管線。

（3）若管線的寬度不大于1.2m時(shí)，可考慮從單側(cè)進(jìn)行維護(hù)檢修，若管線的寬度大于1.2m時(shí)，應(yīng)考慮從兩側(cè)均可進(jìn)行維護(hù)檢修，維護(hù)檢修的空間一般應(yīng)滿足0.6m，困難情況下不應(yīng)小于0.4m。

（4）電纜橋架與其它機(jī)電管線間距不應(yīng)小于0.15m，其它機(jī)電系統(tǒng)管線間距不應(yīng)小于0.15m。電纜橋架上部到頂棚或者其它障礙物間距不應(yīng)小于0.30m。

（5）弱電橋架應(yīng)合理綜合，弱電系統(tǒng)橋架宜共用支架。

（6）強(qiáng)電橋架布置宜簡(jiǎn)潔，各系統(tǒng)橋架應(yīng)共用支吊架，宜在走道或一般房間內(nèi)布置，不宜通過(guò)通信設(shè)備室、信號(hào)設(shè)備室、車(chē)控室、AFC設(shè)備室、AFC配線間等。

（7）電纜橋架在通道中位于同側(cè)的多層支吊架上敷設(shè)時(shí)，宜根據(jù)電壓等級(jí)由高到低、強(qiáng)電到弱電的順序由上到下排列

1.2 機(jī)電管線標(biāo)高布置原則

（1）優(yōu)化后應(yīng)保證管線最低標(biāo)高不低于圖紙上的標(biāo)高，如果標(biāo)高確需降低需與綜合管線設(shè)計(jì)人員溝通；

（2）通風(fēng)空調(diào)管道布置應(yīng)考慮消防對(duì)擋煙垂壁的要求，盡量靠近結(jié)構(gòu)頂面布置，管頂距結(jié)構(gòu)頂面距離不小于100mm。

（3）機(jī)電管線標(biāo)高應(yīng)充分考慮管道支吊架的位置，因?yàn)橐紤]保溫、墊木、支架、裝修龍骨等的影響，風(fēng)管、水管管底標(biāo)高至吊頂上表面的間距不應(yīng)小于200mm。

（4）裝修吊頂?shù)臉?biāo)高及特殊造型吊頂應(yīng)與建筑及裝修專業(yè)配合確定。

（5）通信設(shè)備室、信號(hào)設(shè)備室、綜合監(jiān)控室、車(chē)控室、AFC設(shè)備室、AFC配線間等設(shè)有防靜電底板的設(shè)備用房管線布置應(yīng)滿足房間凈高要求，設(shè)備用房管道高度按下表確定。

表1 設(shè)備用房管道高度表Table1 Altimeter for equipment room pipe

1.3 模型深度

為保證模型的正確性，模型完整性，滿足深度要求；模型規(guī)范性，使用正確對(duì)象創(chuàng)建，無(wú)多余、重復(fù)構(gòu)件；模型指標(biāo)性，包含正確建筑信息，與圖紙吻合；模型協(xié)調(diào)性，模型無(wú)因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的沖突，如表2所示。在施工技術(shù)中，模型深度需要達(dá)到LOD400，如圖6所示。

表2 機(jī)電管綜模型完整性要求Table2 Mechanical and mechanical model integrity requirements

圖6 模型深度要求Fig.6 BIM model depth requirements

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 管線綜合

由于二維綜合管線設(shè)計(jì)技術(shù)的局限性，要在地下有限空間內(nèi)合理布置地鐵一二十個(gè)系統(tǒng)的管線和橋架，困難很大。多專業(yè)疊合的二維平面圖圖紙復(fù)雜繁亂，不夠直觀，一般很難看清楚管線的真正的布置設(shè)計(jì)，在凈高的要求情況 下，二維管綜無(wú)法滿足因地制宜的變通布置方式的需要。

三維管線綜合設(shè)計(jì)能夠依托三維技術(shù)可視化的特點(diǎn)，并結(jié)合各專業(yè)規(guī)范及地鐵站的相關(guān)規(guī)范，合理布置各專業(yè)管線，滿足安裝空間、檢修空間，裝修空間、設(shè)備運(yùn)輸以及設(shè)備運(yùn)行等要求，最終確保施工方按圖施工，如圖7所示。由于三維管線綜合技術(shù)可以有效的在設(shè)計(jì)階段解決各專業(yè)綜合設(shè)計(jì)不足，提前進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決掉可能阻塞或造成施工反復(fù)的問(wèn)題。

通過(guò)BIM技術(shù)，搭建地鐵站風(fēng)、水、電和設(shè)備的BIM模型，檢驗(yàn)管線布置與凈空的管線，必要情況下，調(diào)整建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以使其功能更合理有效，或更經(jīng)濟(jì)。合理布置設(shè)備區(qū)走廊和站臺(tái)層公共區(qū)管線，為綜合支吊架施工做好準(zhǔn)備；合理布置公共區(qū)管線，滿足裝修的要求；合理布置管線，滿足設(shè)備運(yùn)行要求和檢修空間的要求；合理布置管線，滿足設(shè)備運(yùn)輸空間要求。

圖7 BIM管線綜合中剖面圖和CAD剖面圖對(duì)比圖Fig.7 Comparison map of section and CAD section of BIM pipeline comprehensive

2.2 碰撞檢查

根據(jù)專業(yè)不同，可分為暖通空調(diào)專業(yè)、給排水專業(yè)、供配電專業(yè)的專業(yè)內(nèi)的碰撞和專業(yè)間的碰撞，機(jī)電各專業(yè)和建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞，統(tǒng)計(jì)分析如表3所示。因?yàn)殡娔X的運(yùn)行速度限制，建議分專業(yè)分別進(jìn)行碰撞檢查，并記錄下來(lái)如圖8所示的碰撞檢查對(duì)圖記錄單。

表3 專業(yè)間硬碰撞檢查統(tǒng)計(jì)Table 3 collision statistics between professions

圖8 碰撞檢查對(duì)圖記錄單Fig.8 Collision check pair

碰撞檢測(cè)的目的是檢測(cè)模型之間是否已經(jīng)發(fā)生碰撞或即將發(fā)生碰撞（硬碰撞），檢測(cè)模型之間是否滿足特定的間距要求（軟碰撞）。應(yīng)考慮風(fēng)管的保溫層，建議風(fēng)管上下間隔200mm，動(dòng)照上面預(yù)留150-200mm放線空間，由于凈高的要求，建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖9所示。

圖9 BIM模型剖面調(diào)整前后的硬碰撞和軟碰撞Fig.9 Hard collision and soft collision before and after adjustment of BIM model section

2.3 凈高分析

站廳及設(shè)備公共區(qū)管線最低標(biāo)高過(guò)低，根據(jù)公共區(qū)裝修圖吊頂完成高度，使管線最低標(biāo)高在吊頂完成面250mm以上（公共區(qū)裝修吊頂3.5m）,此處雖然已經(jīng)調(diào)整了部分水管，但此處大部分管線仍不滿足高度要求，設(shè)備區(qū)走道與公共區(qū)交界處，管線翻彎均在設(shè)備區(qū)走道內(nèi)完成，如圖10所示。

圖10 根據(jù)凈高調(diào)整前后的模型對(duì)照?qǐng)DFig.10 Based on the BIM model after adjusting control chart

3 PIP工程管理平臺(tái)

為了保證工程信息高效的綜合和流轉(zhuǎn)，以及 BIM 模型成果更好的 成果更好的用于項(xiàng)目建設(shè)管理中，引入了同筑公司的基于BIM 技術(shù)的項(xiàng)目建設(shè)管理信息集成平臺(tái)。

3.1 設(shè)計(jì)管理

從方案規(guī)劃到初步設(shè)計(jì)，再到施工圖設(shè)計(jì)，利用 BIM，使項(xiàng)目細(xì)度層層遞進(jìn)，同時(shí)匯總所有證照批文。為各專業(yè)設(shè)計(jì)師提供一個(gè)協(xié)同工作的平臺(tái)，業(yè)主和相關(guān)設(shè)計(jì)師可實(shí)時(shí)獲知設(shè)計(jì)變更，把控各設(shè)計(jì)單位相互提資節(jié)點(diǎn)，避免溝通不暢所導(dǎo)致的設(shè)計(jì)失誤。同時(shí)，本模塊與變更管理模聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)變更后，系統(tǒng)將自動(dòng)推送給消息相關(guān)人員，施工方也可及時(shí)更新 BIM 模型，避免施工錯(cuò)誤。并且所有的圖紙和模型都存儲(chǔ)于服務(wù)器上，便于日后的追本溯源。

3.2 施工進(jìn)度管理

圖11 協(xié)同進(jìn)度管理平臺(tái)Fig.11 Collaborative progress management platform

圖12 手機(jī)端APP實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)演示Fig.12 Mobile phone end APP real-time linkage demonstration

建立總體進(jìn)度模型，建立動(dòng)態(tài)周工作模型，建立分部分項(xiàng)驗(yàn)收模型。將BIM模型中的構(gòu)件與單位工程分部分項(xiàng)一一關(guān)聯(lián)，然后根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃給每個(gè)分部分項(xiàng)任務(wù)選擇時(shí)間區(qū)間，并將每個(gè)任務(wù)通過(guò)平臺(tái)自動(dòng)發(fā)送給總包、專業(yè)分包、監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)管理人員，以便根據(jù)可視化構(gòu)件進(jìn)度指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管理的可視化、精細(xì)化、便捷化。隨時(shí)隨地看到相關(guān)項(xiàng)目成員和計(jì)劃的執(zhí)行情況，精確到構(gòu)件級(jí)，如圖11、圖12所示。

4 總結(jié)

該項(xiàng)目利用BIM技術(shù)，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少了設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題，利用BIM技術(shù)配合指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，進(jìn)行施工階段的BIM技術(shù)應(yīng)用，完成施工模型的更新，在BIM竣工模型基礎(chǔ)上，根據(jù)運(yùn)營(yíng)方要求錄入和完善運(yùn)營(yíng)維護(hù)等相關(guān)信息，交付運(yùn)營(yíng)維護(hù)模型，如圖14所示。面向多方參與和多階段BIM數(shù)據(jù)管理的協(xié)同工作平臺(tái)，起到了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖13 安全文明管理平臺(tái)Fig.13 Safety and civilization management platform

圖14 運(yùn)維信息管理Fig.14 operation maintenance information management