淺談BIM技術在地鐵機電安裝中的應用

摘要：采用BIM技術對地鐵機電安裝施工進行優化，可以有效的縮短施工工期，節省施工成本，降低施工材料損耗。以佛山地鐵2號線一期工程為依托，分別從管路路徑優化、凈高分析、綜合支吊架優化、數字化加工、裝配式施工、主機吊裝動態模擬以及占道施工模擬等方面，闡述BIM技術在地鐵機電安裝中的應用要點。

關鍵詞：BIM；機電安裝；管綜優化；族庫；碰撞檢查

1 工程概況及特點

1.1 工程概況

佛山市城市軌道交通2號線一期工程，東西走向，起于佛山南莊，與廣州南站相接，線路全長32.41km，共設車站17座（地下14座，高架3座），其中換乘站10座。全線設林岳綜合維修基地、湖涌停車場、灣華控制中心、石灣和花卉世界主變電所。

初、近、遠期采用6輛固定編組運營組織方案。系統最大設計能力30對/h。最高運行速度為100km/h，牽引供電制式采用DC1500V架空接觸網。佛山市城市軌道交通2號線一期項目機電工程，主要包括供電系統、通信系統、自動售檢票系統、安防及門禁系統、綜合監控系統、滅火系統、通風空調系統、給排水及消防系統的施工安裝和調試，控制中心智能化系統及工藝設備的采購安裝及調試等。

1.2 項目特點

該項目的特點如下：施工為機電全專業，通信、信號、供電、常規機電等各專業間存在著眾多接口。地鐵工程施工空間地域狹小、專業多、人員構成復雜。施工交叉進行，平行作業較多，存在著施工空間小安全壓力大，成品保護難，運輸通道狹窄，各專業協調難度大等難點問題。

機電系統是城市軌道交通的“中樞神經”，其涉及專業廣、技術要求高、接口繁多、施工組織復雜，只有做好站后機電工程建設，提高施工質量，才能確保各項功能滿足地鐵運營需求。

2 組織策劃

2.1 應用目標

2.1.1 項目決策階段

基于公司BIM中心，成立BIM小組，建立組織管理體系，明確責任分工，制定工作流程及BIM實施方案。同時，基于BIM技術，明確應用BIM技術的實施范圍[1]。

2.1.2 施工階段

施工全過程應用BIM技術建立BIM模型，將機電各專業進行整合，進行管綜深化設計、凈高分析、碰撞檢查、綜合支吊架深化設計、預留預埋等，然后運用BIM技術導出圖紙。在施工過程中，結合BIM技術，對車控室、環控機房及冷水機房等關鍵設備房間管線進行優化、出圖，根據圖紙進行數字化加工，進行裝配式施工。同時，針對大型設備以及繁華的交通線路，應用BIM技術，進行設備吊裝及占道動態模擬施工。

2.1.3 竣工階段

實施數字化交付，提供模型精度LOD500的竣工模型。

2.2 組織結構

為保障落實關于BIM技術的應用，確保BIM在工程施工中的實際指導幫助，項目部基于公司BIM中心，以項目經理為組長，項目總工程師、BIM技術負責人為副組長，成立BIM小組，建立組織管理體系，明確責任分工。同時在項目部內全面積極推進BIM應用技術，以便更好的為項目施工管理服務，達到提質增效的效果。

2.3 實施方案

基于佛山市城市軌道交通2號線一期項目機電工程，編制制定了BIM應用實施方案。BIM應用實施方案分為兩部分：第一部分為實施組織，其內容包含建立組織機構體系、職能機構設置：第二部分為實施流程，其內容包括項目策劃階段、項目實施階段、項目總結階段。

3 BIM技術具體應用

3.1 建立完善的全專業模型

3.1.1 建立土建模型

基于佛山地鐵2號線項目案例，在成立BIM小組后，組織小組成員依據土建施工圖紙，進行土建模型建模。在建立土建三維模型的同時，加強與設計單位的溝通，對于設計圖紙中的問題及時與設計溝通。

3.1.2 建立機電模型

在完成土建模型后，將土建模型鏈接到建模軟件，進行機電及砌筑裝修模型建立。在建立機電各專業三維模型過程中，聯合設計單位，對于發現的設計圖紙問題，及時與設計院進行溝通協調，提供并協商解決方案（重點針對各專業之間的接口）。在此過程中，將各種問題總結匯總，形成問題庫。同時根據地鐵項目的特點，建立專用的族庫和項目樣板。

3.1.3 模型復核

在建模完成后，組織BIM小組成員針對土建模型進行現場復核，復核現場實際尺寸是否與模型一致。重點核對下翻梁是否與模型一致，管線與結構預留孔洞的相對位置。同時，BIM小組成員根據機電各專業設計圖紙進行初審，初審無誤后，組織本項目部專業技術人員進行模型審核，模型審核無誤后進行管綜深化設計調整。

3.1.4 建立族庫

在BIM模型完成之后，將各個專業的設備族庫進行細化，建立地鐵項目的各專業設備族庫，方便以后其它項目的應用。地鐵項目族如圖1所示。

3.2 開展虛擬建造雙優化

基于佛山地鐵2號線項目機電工程，在建立土建、機電專業三維模型后，BIM小組聯合設計院對三維模型進行綜合管線優化，根據施工現場現有條件，利用BIM技術進行三維施工動態模擬，重點突擊復雜施工工藝、重難點施工以及模擬施工順序，以達到高效的精細化管理，實現設計-施工雙優。

3.2.1 建立三維模型

設計院出具施工圖后，項目部組織各專業工程師進行圖紙會審；同時，BIM小組成員及時與工程師進行對接溝通，對圖紙會審相關問題在建模階段進行修正。

3.2.2 綜合管線調整

BIM小組在建立三維模型后，綜合各專業施工需求，進行綜合管線優化調整，優化原則遵循“電上風中水下、小管讓大管、有壓讓無壓”。同時，對各專業管線進行碰撞檢查，對碰撞位置進行調整。調整后對各專業進行深化設計。依據BIM模型進行指導施工，在節省施工成本的同時，有效縮短了施工工期。

3.2.3 施工準備

BIM小組依據項目施工工期計劃，將優化后的三維模型導出各專業圖紙，組織各專業工程師審核，審核完成后發與設計院確認會簽，待會簽后依據BIM出圖進行施工。同時，對風管、水管、橋架等進行預制化加工并編號，待施工時運抵現場進行裝配式施工。在正式施工前，結合時間維度，利用BIM技術對各專業交叉施工進行三維模擬，合理制定施工步驟，減少因空間小、專業多、施工交叉等原因造成的工耗。

3.3 凈高分析

結合裝修專業設計圖紙及規范，明確其設備區、公共區以及附屬標高要求，對模型進行深層次分析。綜合各方優化意見修改模型布局，最大程度優化各類機房設備、管道布局，不僅要使其在空間布置上美觀、緊湊，而且在管道、線纜等安裝敷設路徑上要更加合理。同時，避免材料損耗，最大程度控制項目成本支出，提高項目經濟效益。

3.4 綜合支吊架

結合優化后的BIM模型，BIM小組聯合設計院、綜合支吊架廠家進行綜合支吊架深化設計。將模型中的綜合支吊架相關參數，導入綜合支吊架計算軟件中，進行相關受力分析，保障施工整體的安全性、穩定性和美觀性。同時，對綜合支吊架加裝橡膠墊片，并采取設備減振、管道降噪等技術[4]。

3.5  精準預留預埋

在車站設備區砌筑組織施工前，結合管綜優化后的模型，輸出砌筑孔洞預留圖紙，進行現場交底，指導現場提前進行綜合管線孔洞預留。預留輔助裝修孔洞，一方面有利于減少了對砌筑專業墻體的破壞，達到了綠色施工的效果；另一方面，有利于保證后期風管、水管、橋架等安裝效率，減少返工現象，節省機電安裝時間。

3.6 數字化加工

基于優化后的BIM模型，利用BIM技術對風管、水管、橋架等管線進行管道預制，輸出精細化圖紙，安排技術人員對數字化基地加工人員進行技術交底，待交底完成進行數字化加工。

3.7 裝配式安裝

項目部基于BIM技術對重點房間進行方案設計，通過BIM模型優化、BIM模型審核、預制加工圖出圖、數字化加工、預制構件運輸、拼裝等流程，在關鍵設備房間采用模塊化預配組裝、裝配式施工。所有的支架及管道均在工廠預制加工，現場只需組裝拼接，無需動火切割。模塊化預制裝配大大提高了現場施工安全系數，優化了設備安裝、運維空間，縮短了現場施工工期，從整體上提升了機電安裝效率與質量。

4 綠色施工技術應用

4.1 場地布置

為統一全線工地施工樣板標準，項目部將BIM技術與傳統施工相結合，提前籌劃樣板工地施工方案，包括站內施工界面劃分、樣板墻布置規劃、場內文明措施布置。將方案提前以三維模擬的方式展現出來，一方面有利于保障方案的可行性，另一方面為施工隊伍提供了可視化的施工方案，有利于保證施工準確性。施工場地布置如圖2所示。

4.2 二維碼應用

項目部在技術交底管理過程中，增設二維碼交底技術，一定程度上改變了交底理解不透徹、交底貫徹不徹底等現象。現場工作人員隨時掃描二維碼，即可看到技術交底文件，文件以圖文并茂的word電子版形式交代了工程概況、施工依據、適應范圍、施工準備、施工工藝、質量標準等內容。

4.3 裝配式機房

BIM小組利用BIM技術對環控機房及冷水機房進行深化設計，建立高精度模型，對其進行系統模塊劃分、方案設計，輸出精細化圖紙，進行預制化加工，運抵現場后即可進行組裝。對機房進行裝配式施工，不僅大大縮短了施工工期，而且減少了施工勞動力的投入，節省了項目施工成本。同時使機房的排布更加美、緊湊。

4.4 虛擬建造模擬

針對體積、質量大的機電設備，如冷水機組、空調機組等，運用空間分析程序和計算機模擬仿真技術，對設備吊裝進行模擬仿真。施工吊裝時，根據模擬情況選擇吊裝方式。同時，項目部利用BIM的可視化特點，在施工作業前通過應用BIM技術，在占道施工作業控制區進行圍蔽布設、拆除等三維動態模擬，為后續占道施工的規范化、有序化提供實施標準，為保障道路交通安全提供有力支持。

5 結束語

本文以佛山地鐵2號線一期工程為依托，分別從管路路徑優化、凈高分析、綜合支吊架優化、數字化加工、裝配式施工、主機吊裝動態模擬以及占道施工模擬等方面，闡述BIM技術在地鐵機電安裝中的應用要點。采用BIM技術對地鐵機電安裝施工進行優化，有助于縮短施工工期，節省施工成本，降低施工材料損耗。同時通過裝配式機房、虛擬建造模擬等，不僅成功地實現了設計-施工雙優化，而且切實踐行了綠色施工的理念。

參考文獻

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