基于BIM技術的管線綜合在軌道交通地下車站全生命周期中的應用

摘 "要：軌道交通工程具有涉及專業多、工程范圍廣、工期緊、工作面小和施工難度大等特點，傳統設計和施工過程較為困難。近年BIM技術應用在軌道交通工程中陸續開展，其顯著優勢也被逐漸挖掘。該文針對天津市某地鐵車站管線綜合BIM技術應用項目，具體論述BIM技術在軌道交通地下車站中的設計、施工招標、施工及運維各階段的管線綜合全過程的技術應用。該文闡述的軌道交通管線綜合BIM技術應用可為后期類似項目開展相關工作提供一定借鑒。

關鍵詞：軌道交通；BIM技術；管線綜合；深化設計；技術應用

中圖分類號：U239.5 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2024）20-0185-04

Abstract： Rail transit engineering has the characteristics of many specialties， wide project scope， tight construction period， small working face， difficult construction and so on， so the traditional design and construction process is more difficult. In recent years， the application of BIM technology in rail transit engineering has been carried out one after another， and its significant advantages have been gradually excavated. Aiming at the application project of pipeline comprehensive BIM technology in a subway station in Tianjin， this paper concretely discusses the technical application of BIM technology in the whole process of design， construction bidding， construction and operation and maintenance of underground rail transit station. The application of comprehensive BIM technology of rail transit pipelines described in this paper can be used as a reference for similar projects in the later stage.

Keywords： rail transit; BIM technology; pipeline synthesis; deepening design; technical application

BIM技術具有可視化、協調性、模擬性、可優化和出圖等特點，在軌道交通項目中應用廣泛，管線綜合設計BIM技術的作用尤為突出[1]。目前，史恬齊[2]在哈爾濱地鐵2號線的管線綜合設計中采用了BIM技術，深入分析了碰撞檢測流程及BIM技術在管線綜合階段的運用價值；邱智鋮[3]在洛陽地鐵1號線的管線綜合設計中，探討了BIM技術在設計流程中的凈高分析、路徑優化、復雜區域綜合排布等關鍵環節的應用；朱宸等[4]在上海軌道交通17號線的管線綜合安裝工程中，詳細描述了BIM技術在綜合管線碰撞檢測、預留孔洞設置、大型設備運輸路徑檢查等方面的應用。盡管前述研究在軌道交通管線綜合的BIM應用方面已有較多論述，但這些研究大多集中于工程單一階段的應用，對于BIM技術在全生命周期范圍內的應用則鮮有涉及。本文旨在重點闡述BIM技術在管線綜合設計、施工及運維階段的全生命周期應用，探討其在提升項目效率和質量方面的重要作用。

1 "BIM技術在管線綜合中應用的必要性

管線綜合設計是軌道交通設計中最為核心且傳統的環節，其設計的優劣直接關系到后續工程能否順利進行。在傳統的管線綜合設計中，二維CAD圖紙是信息傳遞的主要媒介。然而，這種設計方式要求各專業之間進行反復的信息交流和協調，而二維圖紙的工作模式使得各專業在設計過程中需要耗費大量時間來理解其他專業的設計資料，導致工作效率低下。此外，傳統的二維設計手段無法全面揭示設計中的沖突問題。

在現場施工過程中，也常常面臨各種挑戰，如缺乏工作面、位置沖突、凈高不足等問題。為確保圖紙的質量和現場施工的一致性，本文采用建筑信息模型（BIM）作為信息載體，通過BIM模型整合管線綜合設計。在管線綜合布局合理化后，返回給各專業的圖紙均為由BIM模型導出的圖紙，從而確保了數據源的統一性和準確性。如有任何專業間的意見分歧，可以在BIM模型中進行協調、調整、修改和重新提資。這種工作方式確保了各專業成果的統一性，從而保障了管線綜合設計圖紙與各專業圖紙的一致性，大幅提升了設計圖紙的質量。

2 "某軌道交通工程應用案例

2.1 "工程概況

以天津地鐵某車站為例，該站為2層地下島式車站，地下一層為站廳層，結構凈高6 m。地下二層為站臺層，結構凈高4.65 m，地面裝修層完成厚度均為150 mm。本車站長226.6 m，有效站臺中心里程處寬21.1 m，車站總建筑面積14 639.8 m2。車站包含1號與2號附屬風亭、A和B出入口，均采用明挖法施工。

2.2 "工程重難點分析

2.2.1 "管綜協調難，溝通量大

地下車站建設成本高，空間狹小，各專業管線多，管綜設計協調難度大，牽一發而動全身，往往一個復雜節點調整需要涉及三五個專業變動，溝通工作量大，協同設計困難。

2.2.2 "地下車站空間小，凈高要求高

由于地鐵站是地下建筑，結構尺寸大、裝修要求條件高，公共區與設備區交叉及走廊位置往往管線交叉復雜、碰撞嚴重。除此之外，站廳站臺公共區常常須考慮各種起拱裝修吊頂，會大大壓縮可用空間，對管線排布造成困難。

2.2.3 "管線設備資產信息多，管理難

基于BIM協同管理平臺可將各管線、設備等資產信息進行存儲，有利于項目運維數據移交和后期運維人員維護、保管。

2.3 "設計階段的應用

2.3.1 "管線綜合輔助設計

依據施工圖建立、整合各專業（建筑、結構、機電等）BIM模型（圖1），同時考慮管線之間布置、管線與設備相對位置布置原則和管線維護、檢修空間要求。公共區、走廊管線遵循平行布置原則，垂直位置遵循“風上、電中、水下”的原則，管線交叉時，管徑小的避讓管徑大的，有壓管線避讓無壓管線，給水管應布置在排水管上方；設備房間布置時，與供電無關、易產生冷凝水的管線、風口應避開設備正上方，管綜布置時，也需綜合管線保溫、支吊架吊桿和橫桿的安裝等空間進行管綜輔助設計。

2.3.2 "碰撞檢查分析

基于建筑、結構、機電全專業模型，綜合檢查各類管線內部、管線與設備、管線與結構等專業之間的軟硬碰撞沖突問題，充分考慮施工安裝、裝修空間、強制要求、運維檢修和使用便利等因素，綜合檢查各類管線間排布的合理性問題，整理圖紙問題記錄，輔助、指導設計單位進行設計優化。管綜模型初排后，利用Navisworks軟件實現不同專業之間碰撞檢查（圖2）。通過分析研究，本站共檢測出碰撞問題351處，均優化處理。

2.3.3 "管線凈高分析

利用BIM模型對車站空間凈高進行分析，尤其針對公共區域與走廊、走廊與走廊交叉位置和重要設備房間外等管線集中區，通過模型剖切面（圖3）顯示低于要求凈高的管線段及是否滿足通行凈高要求，提出機電管線空間位置優化建議，提升車站空間利用效果。

2.3.4 "孔洞預留檢查及出圖

傳統二維管線綜合設計普遍存在的質量通病就是孔洞遺漏、預埋孔洞不準確，造成機電安裝在進行鑿墻開洞時，不僅浪費時間，還增加成本，嚴重的甚至還會破壞結構，留下質量安全隱患[1]。本站在設計階段利用BIM空間預留孔洞技術，協調優化墻、板、柱等結構構件的預留孔洞（包含立管開孔、隔墻管線開孔等），提前對上述區域管線預留孔洞進行精確定位，輔助設計單位優化設計圖紙，基于管線碰撞調整后的模型，對車站內每一面二次結構墻體進行剖切標注出圖（圖4），從BIM軟件中直接導出平面及剖面圖紙（圖5），確保圖面內容準確性，極大提高設計出圖效率，同時減少上述麻煩和隱患。

2.4 "施工招標階段的應用

2.4.1 "機電工程量統計分析

施工招投標階段，建設單位需整體把控機電招標工程量，基于施工圖BIM模型提取實體模型構件的工程量信息和構件屬性信息，導出機電工程量明細表，輔助業主進度管理和支付管理。對于施工過程中的變更、洽商，通過BIM模型與機電工程量明細表的參數化關聯關系，快速生成變更后的機電工程量明細表，提高各階段工程計量的效率。

2.4.2 "機電造價控制分析

通過項目的BIM造價數據指標采集，完成各類項目針對BIM模型的造價指標庫搭建，形成企業定額庫。以本站地鐵項目為例，形成基本功能區域（站臺層、站廳層、站臺底板層等）面積造價指標、大宗構件（風管及保溫、風閥、靜壓箱、各類水管、強弱電橋架和支吊架等）單位造價指標、材料消耗量指標和人工消耗量指標等，為后續施工機電工程量招標工作提供快速、準確的計算。

2.5 "施工階段的應用

2.5.1 "大型設備運輸路徑預演分析

在二次結構施工前，搭建空調機組、大型水泵及配電柜等大型設備模型（圖6），并對其運輸路線進行4D動畫模擬（圖7），檢查設備進站通道的大小、暢通程度、設備基礎等環節是否能滿足設備運輸安裝的要求，為后期吊裝運輸提供足夠空間，避免因運輸空間不足導致砌體拆除，減少返工。通過動畫模擬提前發現問題，輔助優化運輸和安裝方案，減少施工風險。

2.5.2 "設備末端及支吊架深化設計

有些房間機電管線和設備末端需要進行施工深化，通過BIM設計確保方案的實用經濟美觀及現場施工的合理性。針對設備類型較多的屋面、設備間、衛生間和走道的位置，利用BIM技術進行方案的布置，提供多種方案供業主選擇。支吊架設計人員直接在BIM模型中剖切斷面（圖8），根據模型中管線排布設計支吊架布置方案，提高設計效率，確保綜合管線布置與支吊架布置協調一致。

2.6 "運維階段的應用

管線綜合在運營階段的BIM技術應用主要是指各機電設備的智能運維養護、狀態跟蹤、設備資產轉固及成本管理等內容。

2.6.1 "設備智能運維養護及狀態跟蹤

在前期策劃階段，對項目機電設備編制設備設施編碼標準（圖9）。機電設備進場時，均粘貼有唯一字串編號的二維碼，類似于人的身份證信息，每個設備均有線路、位置、序列號等信息?，F場施工單位安裝設備時，完成設備信息和模型相互關聯，達到后期二維碼巡檢及追溯工單的作用?；凇癇IM+物聯網”技術，在設備巡檢中利用移動端APP填寫巡檢記錄，并標注設備狀態。施工現場通過系統平臺調用設備時，系統自動過濾存在安全隱患的設備，防止安全事故發生，便于項目機電設備狀態監控、維護維修記錄、執行和分析。

2.6.2 "設備資產轉固及成本管理

基于機電設備編碼技術，可實現機電設備全過程盤點、統計，便于快速查找資產及核對資產信息，提升盤點過程準確性，利于設備資產轉固。依據移動端APP實時機電設備進度、材料、獎懲采集數據，系統實現自動匯總，并與計劃成本對比，實現BIM5D管理功能，基于BIM模型實現進度-材料-成本數據關聯，提升管理效率，降低人力投入。

3 "結論

城市軌道交通在信息化時代背景下呈飛速發展之勢，傳統二維手段已無法滿足發展要求[2]。本文闡述了BIM技術在軌道交通地下車站管線綜合全生命周期中的應用，在設計階段，BIM技術不僅可以有效整合各專業管線、減少管線碰撞、提升檢修空間及站內凈空，還能為業主在招標階段提供造價依據，輔助業主成本控制，施工階段輔助施工深化設計，運維階段助力機電設備運維養護、資產轉固等，這些特點可以很好地彌補傳統二維手段的缺點。但本文論述篇幅較為有限，其未被挖掘的應用還很多，如BIM+IoT、萬物互聯、智能軌道交通等。

參考文獻：

[1] 龐曉磊，馬汝巖.基于BIM技術的城市軌道交通建設管理研究[J].天津建設科技，2021，31（1）：16-19.

[2] 史恬齊.BIM技術在管線綜合中的應用研究——以哈爾濱地鐵2號線南直路站為例[J].住宅與房地產，2020（36）：203-204.

[3] 邱智鋮.BIM技術在管線綜合中的應用研究——以洛陽地鐵1號線為例[J].中國新通信，2023，25（5）：67-69.

[4] 朱宸，張艷菲.淺析BIM技術在地鐵車站機電管線綜合排布中的應用——以上海市軌道交通17號線為例[J].綠色環保建材，2021（5）：173-174.