淺談BIM技術在地鐵車站綜合管線施工中的應用

張延冰

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 工程概況

我單位城建的西安地鐵5號線一期站后工程包含6座車站及相應區間的安裝裝修，主要包含專業為：公共區與設備區裝修、通風空調與采暖、給排水及消防、氣體滅火、低壓配電與照明、火災自動報警系統FAS、環境與設備監控系統BAS、門禁系統等。

合同工期430 d，扣除后續調試時間及驗收時間，施工時間約250 d，工期非常緊張。故此，為確保工期，分析機電安裝重難點及關鍵點，決定在綜合管線施工方面采用BIM技術，成立BIM實施小組，實現快速施工，提高施工效率，降低返工率。

2 地鐵綜合管線施工難點及原因分析

地鐵車站的大小是根據建站位置外部環境、所需實現的功能等來決定的，故此每座車站樣式不盡相同，但主要區域劃分基本一致，一般車站中間為公共區，兩端為設備區，部分三層車站會增加設備層。除土建和建筑專業外，還有通風空調與采暖、給排水及消防、氣體滅火、低壓配電與照明、火災自動報警系統FAS、環境與設備監控系統BAS、門禁系統、綜合監控、通信、信號、電扶梯、屏蔽門等十幾個專業，整座車站建成結構體系相當復雜，且兩端設備區各個專業為集成式設計，所有管線非常集中排布非常復雜，部分專業單位不一致，協調難度大。

（1）砌筑預留孔洞位置精準度控制難度大，易存在偏差，導致管線無法順利穿越。

原因分析：砌筑圖紙中無各專業管線預留孔洞位置，砌筑施工前各專業技術人員根據專業圖紙，在砌筑圖紙上標注高度和大小，二維圖紙的局限性導致實施時仍存在偏差。

（2）設備區各專業同步施工，專業多、空間小，管線縱橫交錯，碰撞點多，經常邊施工邊調整管線走向。

原因分析：各專業單獨出圖，各自考慮各自的管線走向和高度，管綜專業將其匯總再調整出具管線綜合圖紙，但對于重疊管線、交叉管線部位只能起到示意作用，無法直觀預警碰撞問題，發現有沖突也很難靠三維想象解決碰撞，只能通過現場邊干邊調整管線。

（3）環控機房各系統設備及管線匯集地，管線層層重疊，錯綜復雜，施工效率低極易造成返工。

原因分析：環控機房為集成式設計，由于機房不確定因素較多，機房綜合管線只提供路徑參考，未考慮管線碰撞排布問題。故此，環控機房施工難度大，進展慢，返工多。

3 BIM基礎建模

地鐵車站涉及專業多，各專業模型需要協同搭建，保證項目模型一致性。因此需要制定統一軸網文件，此文件是確保各專業系統搭建在統一維度上，以便后期整合模型能夠匹配應用。

BIM建模軟件本項目使用Revit，將二維圖紙進行導入搭建模型，導入前需將所有專業二維圖紙統一到一個軸網一個點上。

3.1 設計院圖紙整理，歸類

以石橋立交站為例，首先收集全專業地鐵施工圖紙，主要包括：主體結構、主體建筑、通風與空調專業、給排水及消防專業、動力照明專業全冊、火災自動報警（FAS）、環境與設備監控（BAS）、綜合監控（ISCS)、PIS、公共區裝修及門禁等全專業電子版圖紙。圖紙專業盡可能的齊全，不遺漏一個專業，避免因遺漏各別專業，導致深化時有遺漏各別專業管線，從而影響現場施工。

3.2 創建全專業模型

利用BIM建模軟件Revit，導入dwg文件，進行“翻模”。首先創建土建結構及建筑模型，將整個車站的土建結構框架、房間墻分布及建筑空間展示出來，為后續專業模型套入的基礎模型中。

第二步，創建通風空調專業、給排水及消防專業、電氣專業、FAS、BAS等各專業BIM模型，將各專業中風管、管道、橋架、設備及支架等所涵蓋的內容，通過軟件中的族庫，選擇出對應模型，以三維模式體現在軟件中。圖3-2-2機電全專業三維模型。

圖1 機電全專業三維模型

圖3 發現圖紙問題進行調整

最后將機電全專業三維模型套入至土建建筑模型中融合，使其機電設備管線等按照施工圖紙對應至土建模型空間中，重要部位為車站站廳站臺公共區、設備區走廊、設備房間及機房等各部位。

4 BIM技術在綜合管線排布的優勢

地鐵車站機電安裝工程是在多專業同步施工平行作業的情況下進行的，BIM技術通過自身特有的優勢,例如：可視化展示、不同專業之間的協調、方案可行性模擬、優化原有設計方案等，在施工前，創建全專業機電三維模型，所有管線全部集中在可視化模型中。通過可視化直觀的呈現出各專業二維圖中的管線三維布置，不用靠多張二維圖紙想象現場實際場景，施工前在可視化狀態下各專業人員對管線排布和空間利用進行進一步分析，優化存在的矛盾，優化管線形式，在模型中直接可進行調整修改，彌補二維圖紙的局限性。BIM模型可根據需要導出各種深化的平面及剖面圖紙，剖面圖紙可直接根據模型自動生成,且可根據模型的改變而自動改變,降低出錯概率，避免施工階段發生沖突，確保協調有序作業。

5 BIM技術在綜合管線中應用實例

本項目主要應用了BIM技術中碰撞檢測、深化綜合支吊架管線排布、深化機房整體布局及裝配式冷水機房BIM應用等4個大方面。三維技術交底、可視化功能涵蓋在此4方面中進行了應用。

5.1 管線碰撞檢測

全專業模型創建完成后，文件比較大，運行比較困難。故此，首先通過建模軟件Revit，導出Navisworks軟件能夠識別的文件格式，把文件縮小，重新整合在一起。然后利用BIM碰撞軟件Navisworks，對建筑、結構、安裝等模型，基于綜合管線，快速偵測問題、并導出碰撞報告。例如石橋立交站發現碰撞點400余處，其中機電與結構碰撞80處，機電專業間碰撞320處。碰撞檢測完成后進行碰撞問題記錄，同時提供施工處理方案，將處理方案及時反饋給設計院，根據反饋意見依次解決碰撞問題。確保在施工前，通過模型將問題全部解決。

圖2 碰撞檢測導出問題及解決方案

根據碰撞分析編制碰撞報告表格，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。

再結合現場進一步優化設備及管線空間排布，使其滿足運輸、安裝、運行及維護檢修的空間使用要求，輸出車站各層綜合管線、車站關鍵節點部位等的三維模型視圖，輔助技術交底。減少返工誤工所造成的材料及工時的浪費，節約項目實際生產成本，縮短了施工工期。

5.2 深化綜合支吊架管線排布

本項目設備區走廊、站廳層公共區均使用綜合支吊架進行管線安裝，例如石橋立交站站共113種支吊架類型，綜合支吊架通常根據管線綜合圖進行二次深化，通過二維圖紙進行將管線排布，上下層級進行劃分。但設備區走廊，管線相對復雜、綜合排布難，通過廠家提供圖紙無法滿足于現場施工。通過圖紙審查，發現圖紙問題40余處，并進一步優化。

首先各區域空間內調用合適的支吊架類型族，創建綜合支吊架及綜合管線排布模型，整理、分析、輸出數據進行優化設計，對原模型進行更新。各專業根據模型協商解決管線碰撞問題，完成后上報設計確認，對綜合支吊架進行校隊，審定、出圖，指導施工。

圖4 生成模型指導施工

5.3 墻體預留孔洞指導施工

在完成建模及管線綜合排布的基礎上，將穿越墻體的管線，通過插件進行墻體開洞，對緊湊洞口進行合并設置，之后統一進行洞口標注，生成二維CAD圖紙以備現場預留洞使用。借助三維模型、剖面參照圖、二維留洞圖等多種形式，PC、手機等終端聯動，共同完成現場預留洞施工，確保現場后期無一處返工開洞。

圖5 生成二維CAD圖指導施工

5.4 環控機房二次深化

環控機房為所有通風系統終端集成式設計，主要系統有①大系統空調送風系統1套；②小系統空調送風系統4至5套；③大系統排煙1套；④小系統排煙4至5套；⑤通風補風系統3至4套；⑥空調水系統及相應的電力系統和控制系統等。根據機房平面布置圖，現場施工前首先考慮設備安裝位置，再考慮各類管線走向，且大部分均為大型、異性管道居多，占用空間很大。通過機房二次深化、清楚明了發現管線碰撞問題，并及時優化。

圖6 環控機房優化三維模型圖

模型優化后布置支吊架，根據模型布置情況及支吊架類型合理計劃排布。通過機房施工模擬可視化展示，分析施工順序的合理性，向施工人員交底施工工序及節點要求，提高了機房安裝效率。

5.5 裝配式冷水機房二次深化

以和平村站為例，冷水機房位于站廳層西部30-31軸與物業預留區域交界處，建筑面積120m2，機房內空間狹小，機電管線錯綜復雜，機電安裝工期緊，項目決定采用預制裝配式機房施工方案。

BIM深化設計在設備廠家確定完成后，根據設計要求進行：（1）深化人員根據設計提供的圖紙及廠家提供的設備樣本手冊，完成模型創建，確保設備模型尺寸與實際產品一致；（2）根據設計管線路由，考慮水力損失最優，結合現場實際情況，合理排布管線，綜合管線布置過程中綜合考慮管線施工方便，人員檢修通道預留，設備檢修空間預留。優化完成后，首先確定設備基礎平面定位圖，指導現場設備基礎施工；（3）甲供設備安裝就位后，對現場進行精確測量，確定設備基礎實際尺寸及位置，確定設備接口大小及位置，根據現場情況及時調整模型；（4）管段拆分、制作預制加工圖

綜合考慮管段的功能、加工工藝、方便運輸、裝配順序，根據技術規格書要求，現場采用卡箍及法蘭盤拼接的施工方案，對管線進行分段拆分，管段拆分完成后，對各管段進行預制加工圖制作，預制加工圖交預制加工廠進行預制加工。

圖7 效果圖與實際對比

6 結語

BIM技術目前在地鐵機電安裝領域，尤其是綜合管線施工中的應用已基本成為行業共識，確實能夠解決實實在在的問題。在本項目中，通過應用BIM技術，將綜合管線碰撞、機房整體布局、砌筑預留孔洞等施工過程中的問題前置，提前提出解決方案，減少了設計、施工變更，確保了施工進度，降低了施工成本。

對于BIM技術在地鐵施工領域中的應用，目前仍處在逆向設計階段，設計院下發二維DWG文件，施工單位利用BIM軟件進行“翻模”，再指導現場施工。其實，這是一種不得已的手段，在國家大力推廣信息化的初期，相關的技術、標準、軟件都不成熟。

目前BIM發展至今已逐漸向正向設計發展，而所謂的BIM正向設計就是在項目從草圖設計階段至交付階段全部在三維環境里進行設計，利用三維模型和其中的信息，自動生成所需要的圖檔，模型數據信息一致完整，并且后過程都是由BIM三維模型完成。BIM信息不斷傳遞，下游單位將模型作為生產和施工的依據一直延續到交付階段。正向設計有明顯的優勢，首先利用BIM多軟件協同的特點，一個模型可以在不同軟件間進行疏散，消防，結構計算等多方面的分析，不同的設計人員可以在一個模型上進行實時協作。

故此，在不久的未來，BIM技術將成為我們建筑行業不可缺少的輔助工具，將全面提升建筑品質，創建高質高效的優良工程。