淺談BIM技術在地鐵機電安裝工程中的應用

文/陳星

1 前言

在整個地鐵施工建設過程中，機電安裝工程是其中極為重要的一環。機電安裝工程中各類管線紛繁復雜，在傳統的二維圖紙中很難將各類管線的排布走向立體地反映出來。因此，在以往的機電施工過程中，時常會因管線位置沖突導致返工。在建筑信息模型（BIM）技術出現后，因為BIM 技術將整個機電的管線都排布在三維的立體空間中，施工技術人員可以很直觀地在三維模型中檢查和調整管線走向，極大程度降低了管線沖突和后期返工頻率。

本文依托于福州市軌道交通2 號線建設過程中對BIM 技術的應用和總結，淺談BIM 技術在機電施工中的優勢和不足，探索更便捷有效的應用方式。

2 工程概況

福州地鐵2 號線一期工程線路起于蘇洋站，途經福州大學城、金山、鼓臺核心區、晉安等組團，連接福州汽車客運西站、金山文體中心、蘇萬寶商圈、五一廣場、鼓山風景名勝區等重要節點，止于洋里站，大致呈東西走向。福州地鐵2 號線線路全長30．3km，全部為地下線；共設置22 座車站，全部為地下車站；采用6 節編組B 型列車，最高運行速度80km/h。

圖1 福州軌道交通2 號線線路圖

3 福州地鐵2 號線地鐵機電安裝工程的重難點

機電安裝工程作為地鐵站后工程的主體，包括有車站通風空調、低壓電氣、給排水及消防系統等專業設備、線路及管道的安裝工程對地鐵車站的運營、行車等功能的實現有著極其重要的作用。地鐵機電安裝工程內容較為復雜，因此在施工過程中存在眾多重難點：工期緊、接口多、交叉施工多、施工環境復雜、設備及材料要求高、調試工作量大且要求高等問題。

3.1 工期緊

地鐵工程與民眾的出行息息相關，通常會受到社會各界的廣泛關注，導致其開通日期基本不可更改。站前工程受到征地拆遷、土質構成等因素影響，施工進度得不到保障。機電安裝工程作為站后工程，需等待土建工程完工后進場，在節點工期不變的情況下，受土建滯后影響對原本緊張的工期進一步壓縮。

3.2 接口多

地鐵工程包含有土建、盾構、鋪軌、機電安裝、裝飾裝修、供電、通信、信號、綜合監控、火災自動報警、屏蔽門、氣體滅火等多個專業，其中機電安裝工程的專業接口幾乎涵蓋了地鐵施工的所有專業，眾多的接口也導致了機電安裝工程的施工組織、協調各專業的工序銜接工作量大、難度高。

3.3 交叉施工多

由于地鐵工程屬于地下工程，其空間相較于普通房建工程更為狹小，站后各專業的施工受工期影響需同時進行，所以在狹小的施工空間內（尤其是設備區走道等區域）存在大量的交叉施工，協調各專業的工序銜接顯得尤為重要。

3.4 施工環境復雜

由于地鐵公共交通的特殊性，其施工現場通常位于城市的核心區域，地面場地受限、人員及材料進場困難、施工場地狹小、各專業大量交叉施工、施工現場通風條件差等問題充分體現了地鐵施工環境的復雜性。

3.5 設備及材料要求高

地鐵工程既是地下公共交通工程也是人防工程，因此其機電安裝工程的設備材料要求和防火等級也較普通房建的機電安裝工程更高。

3.6 調試工作量大、要求高

機電安裝工程的設備多、接口多，地鐵作為公共交通設施，其設備的運轉的穩定性和可靠性十分重要。因此，無論在單機調試還是綜合聯調，機電安裝專業技術員的調試工作同樣顯得尤為重要[1]。

4 BIM 技術在工程建設中的應用

地鐵機電安裝工程施工場地狹小、交叉施工多、工程量大且技術難度高等問題導致地鐵機電安裝的設備、管線布置難度大。BIM 技術在機電安裝工程施工中的應用有利于優化施工方案，控制施工進度，提升施工工藝，控制工程成本。在福州市軌道交通2 號線機電安裝工程施工中進行了以下BIM 技術應用：

4.1 工程模型可視化

地鐵機電安裝工程安全文明施工的要求高，臨時工程是極為重要的一環。福州地鐵建設項目工程中的2 號線首先應用了BIM 技術，BIM 技術擁有工程模型可視化的優勢，有效解決了部分接口、交叉施工、材料加工等難題。通過BIM 技術實現對臨時工程可視化，再對臨時工程安裝位置尺寸調整定位，避免臨時工程與正式工程的位置沖突，更清晰準確對施工及管理人員技術交底，提升了工程建設規范性、施工安全性。在模型中確定臨時工程所需材料的數量和尺寸以及安裝位置，未進場前預制加工，進廠后直接現場拼接和安裝，大大縮短了臨時工程的施工時間，節約的工期也為后面的正式工程提供了便利，緩解后期工期壓力。

圖2 臨時工程模型情景

圖3 臨時工程實體布局

4.2 綜合管線優化

在福州市軌道交通2 號線的建設過程中，結合二維CAD 設計藍圖，分別建立土建模型與機電安裝及裝飾模型，將各個專業的模型進行匯總，生成綜合管線模型。根據管道尺寸、走向以及現場安裝空間等綜合考慮，將管線重新排布，在滿足規范以及各專業功能的前提下合理布置各管線路徑，得到更為合理的三維模型，生成不同關鍵位置（尤其是設備區走道）的三維、軸側、平面視圖，有效繪制精細的管線布置模型，從而得到可直接指導現場管線綜合排布的施工圖紙。在模型深化過程中，對管線沖突和檢修不利的區域進行調整，從而避免了在現場施工過程中的因為返工而造成的材料浪費和綜合管線之間的沖突，同時也節省了工期。

圖4 設備區走道軸測圖

圖5 設備區走道剖面圖

4.3 設備機房深化設計

地鐵的環控機房內包含通風空調水系統的空調器、風機、冷水機組等大型設備，這些設備通常連接著通風空調專業的管網，是整個通風空調系統的“心臟”。同理，消防泵房也是消防系統的“心臟”。

福州地鐵2 號線機電施工中通過BIM 建模對機房、設備房進行可視化的深化設計，將機房和設備房內的結構、設備、管線在三維模型上直觀反映。調整優化房間內管線排布，確定墻體孔洞位置，墻體砌筑時直接預留孔洞，避免了后期在墻體隨意開孔造成工效浪費。通過出具細部部位細節詳圖，直觀展現了關鍵設備的各個零件以及閥門部件裝配，也可以對機房和設備房的管道、支架等進行工廠預制化加工，優化施工步驟，擺脫了現場施工條件和施工空間地制約，大大節省了施工工期，有效提高工效和施工現場的安全管理，對整個工程起到了推進的積極作用。

圖6 冷水機房可視化設計模型

圖7 冷水機房安裝實體

圖8 消防泵房三維深化設計

圖9 環控機房三維深化設計

4.4 預制化施工

機電安裝工程前期受土建主體結構交付的影響，出現了施工面移交滯后工期被壓縮的情況。如果等到土建移交場地后才開始施工，很可能無法在既定節點前完成施工任務。因此，機電安裝工程的管線施工采用了預制化加工的方法，有效縮短了施工工期。預制化加工是指將機電的部分管線在現場不具備安裝條件時在場外設置加工廠預先進行加工，等到現場具備安裝條件后立即運轉材料至現場進行安裝。預制化加工的主要應用范圍在通風空調的風管安裝、環控機房的水系統管道安裝以及消防泵房的消防水管安裝。

預制加工實施過程中，技術人員先到施工現場復核土建結構，將模型與實際土建結構調整一致后，再二次深化模型。BIM 技術人員將風管、水管進行分段編號，并在模型中反映出來。確定相關管線的長度、尺寸以及連接方式，將參數提交至加工廠進行加工。加工廠預制加工完成后，等到施工現場具備安裝條件，再將該區域的預加工好管線運輸至施工現場進行安裝。安裝方式和安裝位置根據加工之前BIM 深化過后的圖紙確定。

圖10 風管分段

5 BIM 技術實施過程中重難點分析

BIM 技術對于地鐵機電安裝工程雖然有著積極的幫助，但要想把BIM 技術更加有效應用到現場施工中，還存在一些難點需要克服，具體情況如下：

5.1 建模的準確性

要想實現BIM 技術對于地鐵機電安裝工程現場施工具備指導性，工程模型的準確性是前提條件。因此，在機電施工前對土建模型進行復核、調整，使模型與現場實際保持一致才能有效實施BIM 技術。同時，機電模型自身的模型尺寸也需要保證尺寸準確，例如水系統閥門的長度、閥體寬度、風系統風管軟接的長度、風管彎頭的曲率和形狀。一系列的細節處理都可能影響到整個系統的排布[2]。

5.2 深化調整的可行性

在BIM 建模后，為實現管線深化調整的可行性，BIM 工程師要根據各專業的功能需求、規范要求以及管線排布的原則重新布局管線，這就需要BIM 工程師掌握各專業的技能知識以及熟悉規范要求。

5.3 施工的精準度

各類管線按照BIM 模型的排布，如同一輛輛各行其道的汽車，各個車輛按自己的路線有序行駛，便可以使整個系統相安無事。如果某個車輛誤入其他車道，勢必會導致“堵車”。因此，保證施工的精確度，使管線完全按照排布好的路徑進行安裝才能使BIM 技術的應用得到有效實施。

6 結語

隨著我國現代化建設的快速發展，機電安裝工程作為地鐵建設的核心工程，也會向著更高的施工水平、更高的施工效率、更高的施工工藝發展，機電安裝工程中BIM 技術應用也必將成為地鐵建設發展的重點。