BIM技術在軌道交通機電工程施工管理中的應用研究

陳軼倫 黃璞 楊驥

摘要：研究BIM技術在軌道交通機電工程施工管理中的應用方法和效果，從而提高工程施工質量和效率。通過對案例項目進行實際應用，結合文獻綜述，總結了BIM技術在施工管理環節的應用和優化方式，以完善全過程協同管理，初步降低施工風險和成本、提高效益等方面的作用。

關鍵詞：軌道交通； 機電安裝； BIM技術； 施工管理

中圖分類號：U231.3文獻標志碼：A

0引言

隨著我國城市建設的快速發展，軌道交通作為一種快速、高效、安全的交通方式，已成為解決城市交通擁堵的有效途徑。然而，軌道交通工程涉及市民切身利益，因此其施工管理要求更高。在軌道交通建設過程中，車站作為軌道交通的重要節點工程部位，其結構設計復雜，多項功能需求分區和結構構造物交錯，為現場機電管線的安裝和施工現場統籌管理帶來了很大難度。現場管理中存在的問題包括交錯施工、信息化程度低、協同管理差、進度管理難度高以及質量和安全管理難度大等。傳統的管理方式已較難以滿足城市軌道交通機電施工管理的需要。

BIM技術的引入為解決這一問題提供了嶄新的管理思路和技術支持，有效地推動了城市軌道交通建設項目的智能化建設和數字化管理，也為施工和后期運維提供了更加高效、精準和全面的保障。

1工程項目概況

本文以成都市軌道交通某號線停車場項目開展研究。該項目包括蓋下運用庫、蓋下降壓變電所、運轉綜合樓、綜合辦公樓、食堂公寓、軌道交通派出所等多個子項目。結構總長約1 100 m，寬度206 m，新建建筑面積約為16.5萬m2（圖1）。總施工用時2年9個月。

本項目為EPC總承包項目，工期緊、施工難度大。為保障后期施工順利進行，前期的設計審查顯得尤為重要。

在本項目施工過程中，降壓變電所的電纜夾層結構凈高僅有2 400 mm，機電安裝區域較為緊湊，管綜優化需要最大程度保障行人空間與檢修空間要求。設備區生活給水、消防、消防水幕三大泵房及配套關鍵設備房需要在安裝前全部進行優化設計；綜合辦公樓內吊頂高度考慮吊頂龍骨及支吊架厚度，實際梁下安裝空間僅剩400 mm，后期安裝空間緊張；蓋下運用庫區風管主管與噴淋主管走向碰撞，且涉及接觸網安全范圍400 mm的要求，安裝施工空間狹小；蓋下運轉樓存在電氣、暖通、給排水專業多，系統大部分為通長鋪設，部分走向沖突（圖2）。

該EPC項目參建方多、信息量大、管理模式有待更新。場地內多個區域同步施工，機電施工工期緊。如何在較短工期內完成機電設備安裝、調試、試運行和交付，對項目管理方來說將是巨大的挑戰。

2BIM模型建立

2.1軟件選擇與工作流程建立

BIM軟件在選擇時要綜合工程的具體需求和特點，以及軟件的功能、易用性及工作流效率等多方面因素。本項目選擇了應用較為廣泛的Revit進行BIM建模。該軟件不僅具有強大的建模能力，同時其本身具有完善的數據管理和共享功能，可對項目中各專業的數據進行收集、整合，并對部分數據進行基礎分析處理。

在該項目BIM準備階段，項目部根據現場實際情況、前期設計資料整理，確定了項目BIM建模標準、構件命名規則、文件協同規定和數據交換規則等。

在實際建模階段，根據工程進度計劃，按照設計文件、施工深化需求進行建模，并將對應的施工技術參數錄入進模型構件中。為方便后期深化應用，本項目模型建模精度達LOD200-300，局部細節部位達到LOD400。在工作中需在實際施工進度前完成BIM模型更新，并根據實際需求根據管線綜合實際排布、設備定位安裝、支吊架布置等設計文件不斷優化完善BIM模型（圖3、圖4）。

2.2多專業協同設計和碰撞檢查

傳統二維圖紙會審依靠各專業人員對圖紙的熟悉程度和專業工程師的現場經驗，其協同的效率和準確性較差。BIM技術具有集成性和整體性優勢。將其應用到軌道交通機電工程中，可以實現機電、土建、給排水、暖通等專業設計人員以及業主的多個單位同時參與，共同完成BIM模型的搭建和深化設計。協同設計中BIM的參與大大改善了原有不同專業二維設計中存在的內容不全、設計沖突、不規范等問題，利用可視化直觀操作，大大提高各專業合模的準確性和工作效率。同時施工方可以提前介入深化設計階段、業主方全流程跟蹤，各方配合效率相比傳統方式更高［2］。

在該軌道交通項目應用中，在BIM模型完成的基礎上進行各專業合模，通過綜合模型有效檢查圖紙的“錯、漏、碰、缺”等問題，整理形成報告提交給設計院與業主。在BIM介入深化設計的過程中，通過 BIM平臺對模型進行自動標注、檢查，幫助設計人員快速發現工程中的設計錯誤和缺陷，并在設計階段提出整改意見共形成4版報告、機電管線問題196處、建筑結構問題125處。通過協同深化設計均提前糾正、優化了以上問題，避免了現場返工（表1、圖5、圖6）。

2.3BIM虛擬樣板間

通過BIM虛擬樣板間的建設，可以更直觀地展現出機電工程項目的各個部分，方便項目各方的交流和溝通。在實際的應用中， BIM樣板間的應用主要體現在以下幾個方面。

2.3.1機電深化，優化安裝工藝

機電安裝工程施工中會遇到諸多復雜的節點，如預留預埋、管線交叉、設備管道安裝、預留孔洞等，這些問題都會對機電安裝施工造成很大影響。為了滿足軌道交通工程較高的機電安裝質量要求，保證機電安裝施工順利進行，對于地下泵房、DCC控制室、控制機房、水幕泵房、消防泵房等部位均提高模型精細度開展深化設計，綜合考慮管道間距、垂直管線布置原則、各系統功能需求、安裝及后期運維等因素，對部分節點建模精度進行提升［3］。

2.3.2施工模擬，減少返工和浪費

通過針對主要設備機房、節點部位管道安裝的BIM樣板間建設，可以將這些節點的各個分項工程和專項工程在施工前模擬檢查一遍。也可以將一些比較復雜、難度較大的機電設備安裝過程模擬出來，確認工序流程和相關設備、材料進出場順序，避免出現返工、浪費等問題，提高施工效率（圖7）。

2.3.3利用動畫、VR技術進行施工交底

VR技術是一種可以使人產生身臨其境感覺的虛擬現實技術，可以將施工交底內容通過 VR技術來展現出來。這樣不僅能夠讓各方人員對 BIM樣板間有更直觀深刻的印象（圖8）。

3BIM工程量統計與造價初步分析

在BIM深化設計階段針對機電工程進行三維可視化建模，利用 建模軟件對機電工程模型進行工程量統計以及造價初步分析。項目造價人員根據施工工程量清單指導BIM建模人員進行建模，所有模型構件均包含清單必要信息。通過建模軟件對模型進行局部、整體工程量統計，所勾選范圍內所有構件、技術措施均按照相關編碼信息自動歸類統計，其生成的模型工程量清單從清單項名稱、單位到數量均符合清單要求，可直接導出交由造價人員組價進行初步估算，為項目管理人員制定科學合理的成本計劃提供數據支持。

同時模型工程量清單可以直觀地反映出每個構件在不同施工階段所需安裝的數量，為材料管理提供數據依據。所有材料信息都可以在BIM模型中找到，方便施工單位進行材料的統計、管理以及庫存管理。通過BIM模型可快速掌握項目進度、質量等數據，結合工程成本、材料需求，形成一套直觀可視的綜合數據展示，有利于項目管理人員進行科學合理安排（圖9）。

4管理平臺打造

4.1施工進度可視化

通過搭建BIM管理平臺，通過模擬分析功能在BIM模型中根據實際施工的資源消耗，項目管理人員可以計算出在施工過程中每一階段、每一道工序所需要的資源數量，并結合施工場地、施工時間和人力物力等方面的資源需求量，在計算機上構建出3D可視化的施工進度模型，最終通過現場數據收集實時更新施工進度（圖10）。

對于復雜的大型市政、公路項目，采用BIM技術構建出完整的進度模型后可進行多專業、多工序的協同分析，使之成為一個系統化的項目管理集成體。利用模擬施工過程、進度控制和資源調配等內容，直觀地反映出施工過程中各專業及工序間的相互關系，方便管理人員對工期進行科學合理預測，保證各工序的合理安排和協調。

4.2質量、安全巡檢

管理平臺依托BIM能夠針對現場進行檢查和管理。BIM平臺提供了多種檢查和管理功能，例如針對機電長線路或局部節點，可以分別采取通過固定路線巡檢、重要節點巡查、隨機抽查等方式指派人員進行檢查。同時平臺可以借助Web端、App端等多平臺運行。例如巡檢人員在檢查中發現問題時，可以直接在手機管理平臺App上對問題進行標記，并發送到對應人員手機上，讓其進行現場處理并拍照反饋整改情況，形成閉環流程。

目前大部分市政、軌道交通、公路工程中信息化利用率低，發現問題到處理問題整體還依靠電話、聊天軟件等，相關問題是否落實整改、整改效率效果等反饋往往不形象不及時。借助信息化管理平臺讓相關管理流程在線上形成閉環，也大大減少管理人員書面工作。這樣不僅提高了施工人員的工作效率和質量水平，也使管理者及時了解施工質量、安全管理工作，有助于項目進行及時調整、監督和控制。

4.3設計資料與模型管理

在機電安裝工程中，設計資料既是獲取工程信息的基礎也是施工的依據，所以作好相關管理工作非常重要。在施工階段，由于涉及復雜的管線施工、機電設備安裝等問題，必須要有完整的圖紙和詳細的說明書；同時因為現場施工的問題會出現設計資料、參數不斷進行調整變更的情況。在這種情況下BIM模型也必須緊跟設計變更及時作出調整。如何保證模型的準確性、正確性以及歷史版本迭代記錄就是BIM在項目管理的一個重要應用點。通過BIM平臺將BIM模型導入到施工管理系統中，然后通過管理系統實現對各種構件、參數信息、模型歷史版本及變更記錄進行統一管理，保證機電安裝過程中相關設備信息、工程信息的完整性和準確性。

5不足與未來展望

由于國內軌道交通機電工程施工管理系統還處于起步階段，相關建模及應用的標準規范還在不斷補充完善，在應用過程中難免會存在一些問題和不足。例如BIM技術應用過程中相關的配套軟件本土化不足、施工單位缺乏完整的BIM應用管理流程體系、BIM綜合性技術人才缺乏等問題，這些問題都是未來需要不斷解決和改進的問題。

國內施工單位中熟練使用BIM技術的人才相對匱乏，管理欠缺。在精細化信息化管理流程中很多人對于BIM的功能了解不夠透徹，還不能夠最大限度發揮出BIM技術的實際效能。部分建模人員缺少現場施工經驗，導致模型與現場實際可能出現脫節。后期應加強項目管理人員綜合能力的培訓，能夠既懂BIM也懂現場管理。

一整套完整的BIM管理流程體系是BIM應用落地的根本保障，通過流程體系規范化各部門、各崗位人員BIM應用點及職責范圍，實現BIM技術應用多面化、多維度、多階段性特征，利用信息傳輸高效共享實現管理的利益最大化。其未來應用應向更為精細化的方向發展。

6結束語

我國城市軌道交通建設起步較晚，加上建設項目點多面廣、涉及專業眾多、施工組織復雜等原因，使得工程管理難度較大。其中機電工程作為軌道交通建設中非常重要的一環，由于設備種類繁多、施工現場條件復雜等原因，導致機電設備安裝管理難度大。傳統管理模式下，管理人員要從整體上把握項目全局，對每個環節進行管理協調。但由于機電工程施工過程復雜，容易造成信息溝通不暢和項目成本增加等問題［4］。本文針對城市軌道交通施工管理中BIM技術應用開展了一定研究，以成都軌道交通某號線為主要研究試點，在項目施工階段應用效果明顯。BIM技術使現場施工管理變得更加便捷與高效，實現了對項目進度、成本、質量等方面的有效控制與監督。然而，該項目開展的一些應用僅僅是BIM技術體系很小的一部分，BIM技術在軌道交通領域應用的潛力還很大。因此還需要更多項目的實踐應用來完善和開發，才能獲得更大的突破。

參考文獻

［1］蘇藝，汪國鋒，趙雪峰. BIM技術在北京某地鐵站建設中應用研究［C］//中國土木工程學會及其城市軌道交通技術工作委員會，中國工程院土木，水利與建筑工程學部.2013中國城市軌道交通關鍵技術論壇文集——高水平地建設城市軌道交通.中國科學技術出版社，2013：15-20.

［2］段軍朝，賈銳奇.基于建筑信息模型技術的城市軌道交通站后工程設計優化應用研究［J］.城市軌道交通研究，2021，24（7）：204-207.

［3］劉占英，張振義，王輝，等.呼和浩特市軌道交通1、2號線一期工程BIM全生命期應用研究［J］.土木建筑工程信息技術，2020，12（3）：120-127.

［4］王曉剛，李天陽.紅島高鐵站房BIM綜合應用［J］.土木建筑工程信息技術，2018，10（4）：7-11.

［作者簡介］陳軼倫（1991—），男，本科，工程師，研究方向為市政工程與BIM、信息化結合技術研究與應用。

［通信作者］黃璞（1991—），男，本科，工程師，研究方向為建筑信息化與智能建造、BIM+GIS技術應用。