BIM技術在管線綜合中的應用研究

摘要：BIM碰撞檢查和管線綜合優化可以排除碰撞點，設計人員根據檢測結果，通過數次優化變更，能夠形成達到多專業交叉配合的理想模型；對管線排布方案進行優化，避免后期的設計變更及施工返工，提高了設計效率，降低了施工成本。

關鍵詞：BIM；碰撞檢查；管線綜合；管線排布；零碰撞；深化設計

隨著經濟發展水平的不斷提高，城市化進程加快，城市的人數急劇增加，民用汽車持有量增長，城市交通的擁擠狀況越來越嚴峻。城市軌道交通具有大運量、高速度、低能耗等優勢，作為一種高效低碳的公共交通，成為城市居民出行的首選。城市軌道交通的發展有效緩解城市交通擁擠現象使居民更容易出行，大大提高城市發展水平。“BIM”出現《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》中，隨后發布的《關于推進建筑業發展和改革的若干意見》深化BIM概念，推動了BIM技術在我國工程建設領域的應用，BIM技術的探索實踐不僅在建筑業應用廣泛，在地鐵施工中的應用也很廣泛和深入。BIM技術在國內城市軌道交通行業的應用正迅速發展。北京、上海、廣州、深圳、長沙、洛陽等多個城市的交通軌道項目中都應用了BIM技術。大部分項目應用BIM進行3D建模、進度管理、管綜綜合優化以及自動碰撞檢測等。

BIM是英文“Building Information Modeling”的縮寫，BIM 技術起源于20世紀70年代，由Chuck Eastman 教授創立。他想通過建模技術將復雜的建設過程通過模型表達出來，使建設過程更加直觀和可量化。

目前碰撞檢查和管線綜合優化是BIM技術在城市軌道交通項目中應用最為廣泛的，BIM碰撞檢查通過碰撞測試將模型中出現的碰撞問題在施工前進行調整完善，對管線排布方案進行優化，避免后期的設計變更及施工返工，提高了設計效率，降低了施工成本。

一、BIM碰撞檢查

現代城市軌道交通設計一直是多專業、多工種、多領域相互配合協作而成的復雜工程。特別是在地鐵車站的站廳和站臺頂部空間，水、電、通風、弱電等專業的各類管線數量龐大、規格異常復雜，合理高效的管線綜合排布是設計人員追求的目標，也能夠反映出設計單位的設計水平。設計圖中交錯復雜的管線路由可以用不同寬度、不同顏色的線條在CAD視圖界面上來進行區分，而在工程藍圖上這些管線路由給施工人員呈現的是密密麻麻、交錯排列的線條，分辨難度大。因為二維的問題，各專業管線的高度只能通過文字描述，無法直觀呈現。在相對局促的空間，如走廊交叉路口、上下樓層聯通孔洞、大小拐角等，圖紙是沒有辦法通過局部放大的方法呈現具體做法，給施工帶來二次設計成本。而BIM技術碰撞檢查功能可以檢測出不易發現的碰撞點。將“有壓讓無壓、小管讓大管”“暖通管大先高排、強弱電整合、水管靠邊走低”等基礎設計原則錄入系統，系統就可以依照初始設定檢測管線路由間的碰撞情況。比如，對于通信設備間的弱電引入孔的水平橋架是否會影響其他專業的垂直向管線，可以清晰給出結果，提示設計人員確認開孔位置和設備間內布置。因此，通過BIM技術，不斷深化原始設計，從而得到滿足專業及施工要求的“零碰撞”模型，是現代軌道交通工程設計中非常必要的手段。

（一）碰撞檢查

工程中的碰撞指實體相交，或者實體間的距離小于設定公差，影響施工或不能滿足特定要求。碰撞既包含單專業內的碰撞，也可以是多專業之間的碰撞。碰撞根據碰撞方式分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞是指實體與實體之間交叉碰撞，這種碰撞類型極為常見；軟碰撞相較于硬碰撞，各實物在空間上并未發生實際性碰撞，但實物之間預留空間過小，預留的空間對施工和后期檢修都無法滿足，稱之為“間隙碰撞”。軟碰撞也包括在動態施工過程中，時間上的碰撞。由于二維圖紙不能用于空間的表達，使得圖紙具有局限性，“隔斷式”的設計方式使各專業分工作業，導致設計往往存在專業間的碰撞，導致施工階段屢屢出現問題，需要返工，降低了施工效率。

在搭建的BIM平臺上，不同專業的工程師利用BIM軟件搭建與實際工程一致的建筑模型，各專業通過BIM協同設計，使不同專業的設計師共享信息全面獲取相關專業信息，在同一平臺進行全專業三維建模。通過BIM的碰撞檢查測試，可以排查出在圖紙中人眼難以發現的碰撞點，經過反復的碰撞檢查測試與設計調整后，可以得到施工需要的“零碰撞”模型，并且可以生成圖紙，供施工人員使用。

（二）BIM碰撞檢查流程

碰撞檢查是在BIM設計流程中，可通過檢測平臺，將不同專業的模型進行碰撞模擬，通過軟件沖突檢查功能查找沖突可疑點，軟件將發現的疑點進行報警，系統生成碰撞檢查報告，各專業設計人員可根據碰撞報告，人工核對檢查，對各專業圖紙進行設計整改，然后返回建筑模型中，進行專業修改。

BIM技術碰撞測試檢查流程主要分為以下五個階段：

第一階段，搭建平臺，各個專業使用軟件建立本專業的子模型提交。

第二階段，子模型綜合，構成整體BIM模型。

第三階段，通過系統進行檢查，形成碰撞檢查報告。

第四階段，根據碰撞報告，各專業人員修改優化模型。

第五階段，重復以上工作，直到無碰撞為止。

二、BIM管線綜合

（一）管線綜合的概念

管線綜合其實就是機電設計深化的過程，將建筑空間內的各專業管線、設備進行匯總，根據專業的功能特點、安裝工藝、運維管理要求，結合建筑結構設計及精裝設計的限制條件，對管線和設備進行綜合調整。最終使設計成果滿足現場安裝需求，指導現場施工。

城市軌道交通設計中參與人員多專業廣，站內部管線多、工作量大、管線的綜合排布非常困難。BIM技術具有碰撞檢查功能，利用這種技術可以第一時間進行“錯漏碰缺”檢查，工程設計師可以很直觀地發現存在的問題，避免了設備管線之間的沖突，大大提升了設計與工程施工質量。在BIM 設計時管線綜合的內容包括碰撞檢查分析、凈高分析、沖突協調等，管線綜合的目的是避免管線與周圍的碰撞，解決管道平面布局、立體交會的沖突，以及合理安排安裝施工的工序流程。

（二） BIM管線綜合設計流程

1.管線綜合任務規劃

根據項目內容確定建模標準、工程師進行任務劃分，并制定相應的任務時間節點。

2.各專業BIM建模

各專業BIM工程師根據任務分配和進度計劃創建模型，一般機電模型是基于建筑、結構模型進行創建的，設計師創建建筑、結構模型后，機電工程師再創建相應的模型。

3.單專業模型自檢

對專業子模型的碰撞檢查，比如給水管道的碰撞問題、排風管與送風管之間的問題。檢測發現問題后生成碰撞報告，工程師根據碰撞報告進行修改，直到無碰撞問題后將模型提交。

4.管線綜合調整

管線綜合是將已經沒有單專業碰撞問題的模型進行整合，進行全專業模型碰撞檢查，然后檢測出不同專業間的碰撞問題，生成碰撞報告。設計人員根據問題報告對管線布局進行優化，進行管線避讓、解決時間、空間上的碰撞問題，建模人員根據設計人員修改意見進行調整最終建立滿足施工要求的模型。

5.深化出圖

根據模型生成滿足現場施工的二維、三維圖紙以及動態漫游文件，指導現場施工。

6.管線綜合資料整理

整理各階段的設計成果、碰撞報告、深化后的模型及施工圖等資料，驗收交付使用。

三、洛陽城市軌道交通1號線BIM應用

洛陽城市軌道交通1號線，于2021年3月28日開通運營一期工程（紅山站至楊灣站）。線路全長22.97千米，其中高架線長度0.9千米、過渡段長度0.5千米、地下線長度21.57千米；共設置19座車站，其中高架站1座、地下站18座。洛陽城市軌道交通1號線長安路站全站采用裝配式施工，應用BIM技術對管線安裝進行有效設計深化及綜合管理，利用BIM模型結合現場施工條件及運輸能力，分區域對綜合管線進行機電管綜模塊化設計。利用BIM可視化、模擬化對各專業管線路由、標高進行統籌考慮，解決了各部件連接不合理的問題。機房是機電工程的心臟，BIM技術的管線優化使機房的工期縮短了30%，提升了安裝精度，避免了人工返工、減少了物料浪費。

洛陽城市軌道交通1號線在管線綜合BIM深化設計中充分考慮管線施工操作空間、設備及管線的維修空間、機房設備安裝及機房管線的布置、各專業設備的分布特點及施工順序的合理布置，BIM深化設計后滿足各專業系統設計要求、避免專業碰撞、具有足夠的安裝空間及檢修空間、改進施工方式、節約材料與成本、美觀與環保，實現了各專業的管線及設備排布整齊合理美觀、管線無碰撞、施工零變更。

（一）BIM管線綜合設計應用分析

BIM管線綜合設計是將碰撞位置的管線按一定的要求進行重新布局，包括高度的調整、平面位置的調整、局部管線避讓等，調整優化后的管線就是最終安裝完成后的效果。利用BIM有效解決管線設計問題，實現管線和橋架的大部分有效避讓，節省設計調整管線的時間，直觀、高效地實現綜合管線設計和施工中的精細化和信息化。

1.凈高要求與模型完善

所有區域的管線凈高都必須滿足區域內的凈高要求， BIM管線深化設計在滿足設計需求與安裝空間要求的情況下對管線進行抬高處理。根據設計圖紙補充BIM模型內缺失管線、管線、設備；對不正確的墻、梁、板、柱進行修改；對管線進行保溫及防火添加，完善BIM模型。

2.管線排布

管線排布原則：風管在最上層，中間橋架，下層水管，其中大橋架需在小橋架上層。水管不宜放于橋架上方，水管與橋架同層排布時，橋架與水管邊緣距離大于300mm；強電橋架與弱電橋架同層排布之間的距離大于300mm，動照橋架與其他管線的上層距離大于250mm比較適宜。管線排布過程中需要充分考慮支吊架橫杠、立桿、連接件、底座大小等。設計人員基于BIM模型對管線綜合排布進行深化，使管線排布正確合理。

3.路徑優化

基于BIM模型進行路徑優化，對管線路徑進行修改和變遷，解決管線綜合存在的專業碰撞問題，更好地實現系統功能，節約材料，安裝方式更合理，管綜設計更美觀。

4.復雜區域綜合排布

利用BIM對復雜區域進行綜合排布后管線平鋪、分層清晰、左右上下相距一致，綜合管線排布合理美觀。

四、結束語

BIM是一種新的設計與管理理念，提前解決了碰撞問題，有效地實現管線綜合的優化。應用BIM技術可以有效提高項目建設的工作效率和工程質量，在專業間協作施工時，也可提供更為科學的解決方案，減少爭議，避免因現場錯誤而導致的返工，提高經濟效益。

作者單位：邱智鋮 洛陽鐵路信息工程學校

參" 考" 文" 獻

[1] 史海鷗，張志良，王建，等.城市軌道交通設計BIM技術應用研究與實踐[M].西南交通大學出版社，2020：3-63.

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