BIM技术在郑州市5号线某地铁站机电安装工程中的应用

王 松

（河南建筑职业技术学院设备工程系，河南 郑州 450064）

引言

建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达，BIM技术是一种数据化工具，通过模型来整合项目的各专业信息，在项目规划、设计、施工、运维、拆建的全生命周期中进行信息的共享和传递，在提高生产效率、节约成本和缩短工期等方面发挥越来越大的作用。

近年来，地铁交通建设呈现大规模发展的趋势，地铁交通设施设备的数量剧增，类型日趋复杂化。通过采用BIM技术，解决地铁交通工程建设过程中的难点，改变以往项目建设过程中由于各参与方的工程数据不一致，设计图纸不直观，以及设计中的错、漏、碰、缺导致的各种问题，同时在项目施工前发现问题、提高对项目全过程的管控能力，重点解决现场实际问题，各方协同工作，节约了成本，缩短了工期。并将竣工资料录入BIM模型里，实现BIM数据在工程项目全生命周期中的传递应用，如图1所示。

郑州市地铁5号线共有32个站，全部采用了BIM技术。本文以某地铁车站为例，研究BIM技术在机电安装中的应用，该地铁站为地下3层双岛式车站，地下一层为轨道交通5、8号线共用站厅层，2条线的客流可在站厅内换乘。车站总建筑面积为30185m2，其中主体建筑面积为25681m2，附属建筑面积为4504m2。

本项目搭建了BIM工作组织机构（如图2所示），制定了方案要求和BIM技术标准（如图3所示）。BIM技术应用的功能定位是:（1）利用BIM技术辅助设计，提升设计质量，减少设计中常见的错、漏、碰、缺问题，交付设计模型；（2）利用BIM技术配合指导现场施工，进行施工阶段的BIM技术应用，完成施工模型的更新并交付竣工模型；（3）在BIM竣工模型基础上，根据运营方要求录入和完善运营维护等相关信息，交付运营维护模型，对运营方进行运维模型的使用培训；（4）协助业主搭建面向多参与方和多阶段BIM数据管理的工作平台，制定落实郑州轨道交通工程BIM实施的相关技术性文件；（5）通过BIM总体颁布的文件，组织各参与方单位按照要求开展BIM设计及应用并核查、汇总、提交成果。根据业主要求，该项目采用 AUTODESK 公司的Revit、Navisworks作为建模软件平台，建筑结构模型如图4所示，机电模型如图5所示。

图1 项目全生命周期数据流转流程图Fig.1 Project full life cycle flow chart

图2 BIM工作组织机构Fig.2 BIM working organization

图3 制定了相关标准和方案要求Figure.3 relevant standards and programme requirements

图4 建筑结构模型Fig.4 BIM model of architecture and structure

图5 机电模型Fig.5 Mechanical and electrical BIM model

1 BIM机电建模要求

1.1 机电管线相对位置布置原则

（1）机电管线相对位置宜按照通风空调管道、强电桥架在上，弱电桥架在中，给排水管、气体灭火管道在下的原则进行布置。

（2）机电管线相碰处应按照一般原则进行处理：小管径管道让大管径管道；软管让硬管；弱电让强电；压力管道让自流管道；工程量小的管线让工程量大的管线。

（3）若管线的宽度不大于1.2m时，可考虑从单侧进行维护检修，若管线的宽度大于1.2m时，应考虑从两侧均可进行维护检修，维护检修的空间一般应满足0.6m，困难情况下不应小于0.4m。

（4）电缆桥架与其它机电管线间距不应小于0.15m，其它机电系统管线间距不应小于0.15m。电缆桥架上部到顶棚或者其它障碍物间距不应小于0.30m。

（5）弱电桥架应合理综合，弱电系统桥架宜共用支架。

（6）强电桥架布置宜简洁，各系统桥架应共用支吊架，宜在走道或一般房间内布置，不宜通过通信设备室、信号设备室、车控室、AFC设备室、AFC配线间等。

（7）电缆桥架在通道中位于同侧的多层支吊架上敷设时，宜根据电压等级由高到低、强电到弱电的顺序由上到下排列

1.2 机电管线标高布置原则

（1）优化后应保证管线最低标高不低于图纸上的标高，如果标高确需降低需与综合管线设计人员沟通；

（2）通风空调管道布置应考虑消防对挡烟垂壁的要求，尽量靠近结构顶面布置，管顶距结构顶面距离不小于100mm。

（3）机电管线标高应充分考虑管道支吊架的位置，因为要考虑保温、垫木、支架、装修龙骨等的影响，风管、水管管底标高至吊顶上表面的间距不应小于200mm。

（4）装修吊顶的标高及特殊造型吊顶应与建筑及装修专业配合确定。

（5）通信设备室、信号设备室、综合监控室、车控室、AFC设备室、AFC配线间等设有防静电底板的设备用房管线布置应满足房间净高要求，设备用房管道高度按下表确定。

表1 设备用房管道高度表Table1 Altimeter for equipment room pipe

1.3 模型深度

为保证模型的正确性，模型完整性，满足深度要求；模型规范性，使用正确对象创建，无多余、重复构件；模型指标性，包含正确建筑信息，与图纸吻合；模型协调性，模型无因设计错误的冲突，如表2所示。在施工技术中，模型深度需要达到LOD400，如图6所示。

表2 机电管综模型完整性要求Table2 Mechanical and mechanical model integrity requirements

图6 模型深度要求Fig.6 BIM model depth requirements

2 BIM技术应用

2.1 管线综合

由于二维综合管线设计技术的局限性，要在地下有限空间内合理布置地铁一二十个系统的管线和桥架，困难很大。多专业叠合的二维平面图图纸复杂繁乱，不够直观，一般很难看清楚管线的真正的布置设计，在净高的要求情况 下，二维管综无法满足因地制宜的变通布置方式的需要。

三维管线综合设计能够依托三维技术可视化的特点，并结合各专业规范及地铁站的相关规范，合理布置各专业管线，满足安装空间、检修空间，装修空间、设备运输以及设备运行等要求，最终确保施工方按图施工，如图7所示。由于三维管线综合技术可以有效的在设计阶段解决各专业综合设计不足，提前进行优化设计，解决掉可能阻塞或造成施工反复的问题。

通过BIM技术，搭建地铁站风、水、电和设备的BIM模型，检验管线布置与净空的管线，必要情况下，调整建筑、结构设计以使其功能更合理有效，或更经济。合理布置设备区走廊和站台层公共区管线，为综合支吊架施工做好准备；合理布置公共区管线，满足装修的要求；合理布置管线，满足设备运行要求和检修空间的要求；合理布置管线，满足设备运输空间要求。

图7 BIM管线综合中剖面图和CAD剖面图对比图Fig.7 Comparison map of section and CAD section of BIM pipeline comprehensive

2.2 碰撞检查

根据专业不同，可分为暖通空调专业、给排水专业、供配电专业的专业内的碰撞和专业间的碰撞，机电各专业和建筑专业、结构专业的碰撞，统计分析如表3所示。因为电脑的运行速度限制，建议分专业分别进行碰撞检查，并记录下来如图8所示的碰撞检查对图记录单。

表3 专业间硬碰撞检查统计Table 3 collision statistics between professions

图8 碰撞检查对图记录单Fig.8 Collision check pair

碰撞检测的目的是检测模型之间是否已经发生碰撞或即将发生碰撞（硬碰撞），检测模型之间是否满足特定的间距要求（软碰撞）。应考虑风管的保温层，建议风管上下间隔200mm，动照上面预留150-200mm放线空间，由于净高的要求，建筑结构进一步进行了优化设计，如图9所示。

图9 BIM模型剖面调整前后的硬碰撞和软碰撞Fig.9 Hard collision and soft collision before and after adjustment of BIM model section

2.3 净高分析

站厅及设备公共区管线最低标高过低，根据公共区装修图吊顶完成高度，使管线最低标高在吊顶完成面250mm以上（公共区装修吊顶3.5m）,此处虽然已经调整了部分水管，但此处大部分管线仍不满足高度要求，设备区走道与公共区交界处，管线翻弯均在设备区走道内完成，如图10所示。

图10 根据净高调整前后的模型对照图Fig.10 Based on the BIM model after adjusting control chart

3 PIP工程管理平台

为了保证工程信息高效的综合和流转，以及 BIM 模型成果更好的 成果更好的用于项目建设管理中，引入了同筑公司的基于BIM 技术的项目建设管理信息集成平台。

3.1 设计管理

从方案规划到初步设计，再到施工图设计，利用 BIM，使项目细度层层递进，同时汇总所有证照批文。为各专业设计师提供一个协同工作的平台，业主和相关设计师可实时获知设计变更，把控各设计单位相互提资节点，避免沟通不畅所导致的设计失误。同时，本模块与变更管理模联动，设计变更后，系统将自动推送给消息相关人员，施工方也可及时更新 BIM 模型，避免施工错误。并且所有的图纸和模型都存储于服务器上，便于日后的追本溯源。

3.2 施工进度管理

图11 协同进度管理平台Fig.11 Collaborative progress management platform

图12 手机端APP实时联动演示Fig.12 Mobile phone end APP real-time linkage demonstration

建立总体进度模型，建立动态周工作模型，建立分部分项验收模型。将BIM模型中的构件与单位工程分部分项一一关联，然后根据施工进度计划给每个分部分项任务选择时间区间，并将每个任务通过平台自动发送给总包、专业分包、监理、业主等相关管理人员，以便根据可视化构件进度指导现场施工，实现进度管理的可视化、精细化、便捷化。随时随地看到相关项目成员和计划的执行情况，精确到构件级，如图11、图12所示。

4 总结

该项目利用BIM技术，提升设计质量，减少了设计中常见的错、漏、碰、缺问题，利用BIM技术配合指导现场施工，进行施工阶段的BIM技术应用，完成施工模型的更新，在BIM竣工模型基础上，根据运营方要求录入和完善运营维护等相关信息，交付运营维护模型，如图14所示。面向多方参与和多阶段BIM数据管理的协同工作平台，起到了良好的社会效益和经济效益。

图13 安全文明管理平台Fig.13 Safety and civilization management platform

图14 运维信息管理Fig.14 operation maintenance information management