浅谈BIM技术在地铁机电安装工程中的应用

文/陈星

1 前言

在整个地铁施工建设过程中，机电安装工程是其中极为重要的一环。机电安装工程中各类管线纷繁复杂，在传统的二维图纸中很难将各类管线的排布走向立体地反映出来。因此，在以往的机电施工过程中，时常会因管线位置冲突导致返工。在建筑信息模型（BIM）技术出现后，因为BIM 技术将整个机电的管线都排布在三维的立体空间中，施工技术人员可以很直观地在三维模型中检查和调整管线走向，极大程度降低了管线冲突和后期返工频率。

本文依托于福州市轨道交通2 号线建设过程中对BIM 技术的应用和总结，浅谈BIM 技术在机电施工中的优势和不足，探索更便捷有效的应用方式。

2 工程概况

福州地铁2 号线一期工程线路起于苏洋站，途经福州大学城、金山、鼓台核心区、晋安等组团，连接福州汽车客运西站、金山文体中心、苏万宝商圈、五一广场、鼓山风景名胜区等重要节点，止于洋里站，大致呈东西走向。福州地铁2 号线线路全长30．3km，全部为地下线；共设置22 座车站，全部为地下车站；采用6 节编组B 型列车，最高运行速度80km/h。

图1 福州轨道交通2 号线线路图

3 福州地铁2 号线地铁机电安装工程的重难点

机电安装工程作为地铁站后工程的主体，包括有车站通风空调、低压电气、给排水及消防系统等专业设备、线路及管道的安装工程对地铁车站的运营、行车等功能的实现有着极其重要的作用。地铁机电安装工程内容较为复杂，因此在施工过程中存在众多重难点：工期紧、接口多、交叉施工多、施工环境复杂、设备及材料要求高、调试工作量大且要求高等问题。

3.1 工期紧

地铁工程与民众的出行息息相关，通常会受到社会各界的广泛关注，导致其开通日期基本不可更改。站前工程受到征地拆迁、土质构成等因素影响，施工进度得不到保障。机电安装工程作为站后工程，需等待土建工程完工后进场，在节点工期不变的情况下，受土建滞后影响对原本紧张的工期进一步压缩。

3.2 接口多

地铁工程包含有土建、盾构、铺轨、机电安装、装饰装修、供电、通信、信号、综合监控、火灾自动报警、屏蔽门、气体灭火等多个专业，其中机电安装工程的专业接口几乎涵盖了地铁施工的所有专业，众多的接口也导致了机电安装工程的施工组织、协调各专业的工序衔接工作量大、难度高。

3.3 交叉施工多

由于地铁工程属于地下工程，其空间相较于普通房建工程更为狭小，站后各专业的施工受工期影响需同时进行，所以在狭小的施工空间内（尤其是设备区走道等区域）存在大量的交叉施工，协调各专业的工序衔接显得尤为重要。

3.4 施工环境复杂

由于地铁公共交通的特殊性，其施工现场通常位于城市的核心区域，地面场地受限、人员及材料进场困难、施工场地狭小、各专业大量交叉施工、施工现场通风条件差等问题充分体现了地铁施工环境的复杂性。

3.5 设备及材料要求高

地铁工程既是地下公共交通工程也是人防工程，因此其机电安装工程的设备材料要求和防火等级也较普通房建的机电安装工程更高。

3.6 调试工作量大、要求高

机电安装工程的设备多、接口多，地铁作为公共交通设施，其设备的运转的稳定性和可靠性十分重要。因此，无论在单机调试还是综合联调，机电安装专业技术员的调试工作同样显得尤为重要[1]。

4 BIM 技术在工程建设中的应用

地铁机电安装工程施工场地狭小、交叉施工多、工程量大且技术难度高等问题导致地铁机电安装的设备、管线布置难度大。BIM 技术在机电安装工程施工中的应用有利于优化施工方案，控制施工进度，提升施工工艺，控制工程成本。在福州市轨道交通2 号线机电安装工程施工中进行了以下BIM 技术应用：

4.1 工程模型可视化

地铁机电安装工程安全文明施工的要求高，临时工程是极为重要的一环。福州地铁建设项目工程中的2 号线首先应用了BIM 技术，BIM 技术拥有工程模型可视化的优势，有效解决了部分接口、交叉施工、材料加工等难题。通过BIM 技术实现对临时工程可视化，再对临时工程安装位置尺寸调整定位，避免临时工程与正式工程的位置冲突，更清晰准确对施工及管理人员技术交底，提升了工程建设规范性、施工安全性。在模型中确定临时工程所需材料的数量和尺寸以及安装位置，未进场前预制加工，进厂后直接现场拼接和安装，大大缩短了临时工程的施工时间，节约的工期也为后面的正式工程提供了便利，缓解后期工期压力。

图2 临时工程模型情景

图3 临时工程实体布局

4.2 综合管线优化

在福州市轨道交通2 号线的建设过程中，结合二维CAD 设计蓝图，分别建立土建模型与机电安装及装饰模型，将各个专业的模型进行汇总，生成综合管线模型。根据管道尺寸、走向以及现场安装空间等综合考虑，将管线重新排布，在满足规范以及各专业功能的前提下合理布置各管线路径，得到更为合理的三维模型，生成不同关键位置（尤其是设备区走道）的三维、轴侧、平面视图，有效绘制精细的管线布置模型，从而得到可直接指导现场管线综合排布的施工图纸。在模型深化过程中，对管线冲突和检修不利的区域进行调整，从而避免了在现场施工过程中的因为返工而造成的材料浪费和综合管线之间的冲突，同时也节省了工期。

图4 设备区走道轴测图

图5 设备区走道剖面图

4.3 设备机房深化设计

地铁的环控机房内包含通风空调水系统的空调器、风机、冷水机组等大型设备，这些设备通常连接着通风空调专业的管网，是整个通风空调系统的“心脏”。同理，消防泵房也是消防系统的“心脏”。

福州地铁2 号线机电施工中通过BIM 建模对机房、设备房进行可视化的深化设计，将机房和设备房内的结构、设备、管线在三维模型上直观反映。调整优化房间内管线排布，确定墙体孔洞位置，墙体砌筑时直接预留孔洞，避免了后期在墙体随意开孔造成工效浪费。通过出具细部部位细节详图，直观展现了关键设备的各个零件以及阀门部件装配，也可以对机房和设备房的管道、支架等进行工厂预制化加工，优化施工步骤，摆脱了现场施工条件和施工空间地制约，大大节省了施工工期，有效提高工效和施工现场的安全管理，对整个工程起到了推进的积极作用。

图6 冷水机房可视化设计模型

图7 冷水机房安装实体

图8 消防泵房三维深化设计

图9 环控机房三维深化设计

4.4 预制化施工

机电安装工程前期受土建主体结构交付的影响，出现了施工面移交滞后工期被压缩的情况。如果等到土建移交场地后才开始施工，很可能无法在既定节点前完成施工任务。因此，机电安装工程的管线施工采用了预制化加工的方法，有效缩短了施工工期。预制化加工是指将机电的部分管线在现场不具备安装条件时在场外设置加工厂预先进行加工，等到现场具备安装条件后立即运转材料至现场进行安装。预制化加工的主要应用范围在通风空调的风管安装、环控机房的水系统管道安装以及消防泵房的消防水管安装。

预制加工实施过程中，技术人员先到施工现场复核土建结构，将模型与实际土建结构调整一致后，再二次深化模型。BIM 技术人员将风管、水管进行分段编号，并在模型中反映出来。确定相关管线的长度、尺寸以及连接方式，将参数提交至加工厂进行加工。加工厂预制加工完成后，等到施工现场具备安装条件，再将该区域的预加工好管线运输至施工现场进行安装。安装方式和安装位置根据加工之前BIM 深化过后的图纸确定。

图10 风管分段

5 BIM 技术实施过程中重难点分析

BIM 技术对于地铁机电安装工程虽然有着积极的帮助，但要想把BIM 技术更加有效应用到现场施工中，还存在一些难点需要克服，具体情况如下：

5.1 建模的准确性

要想实现BIM 技术对于地铁机电安装工程现场施工具备指导性，工程模型的准确性是前提条件。因此，在机电施工前对土建模型进行复核、调整，使模型与现场实际保持一致才能有效实施BIM 技术。同时，机电模型自身的模型尺寸也需要保证尺寸准确，例如水系统阀门的长度、阀体宽度、风系统风管软接的长度、风管弯头的曲率和形状。一系列的细节处理都可能影响到整个系统的排布[2]。

5.2 深化调整的可行性

在BIM 建模后，为实现管线深化调整的可行性，BIM 工程师要根据各专业的功能需求、规范要求以及管线排布的原则重新布局管线，这就需要BIM 工程师掌握各专业的技能知识以及熟悉规范要求。

5.3 施工的精准度

各类管线按照BIM 模型的排布，如同一辆辆各行其道的汽车，各个车辆按自己的路线有序行驶，便可以使整个系统相安无事。如果某个车辆误入其他车道，势必会导致“堵车”。因此，保证施工的精确度，使管线完全按照排布好的路径进行安装才能使BIM 技术的应用得到有效实施。

6 结语

随着我国现代化建设的快速发展，机电安装工程作为地铁建设的核心工程，也会向着更高的施工水平、更高的施工效率、更高的施工工艺发展，机电安装工程中BIM 技术应用也必将成为地铁建设发展的重点。