BIM机电技术在城际铁路工程全生命周期中的应用

冯腾

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

0 引言

随着社会经济和科学技术飞速发展，我国已进入城市轨道交通快速发展期［1］。城际铁路工程系统是集线站、土建、设备、机电等多种系统为一体的大型复杂工程［2］。

BIM作为建筑业的全新技术逐渐成熟应用于轨道交通工程中［3］。在机电设计阶段，可进行管线改迁、管线综合与碰撞检查、工程量统计、机电装修效果模拟等：在施工阶段，可用于工程形象进度、施工方案模拟、施工安全监控、预制构件加工安装、材料精确下单、竣工信息整理、变更签证管理；在运维阶段，可基于机电运维平台，融合模型信息，实现机电设备精细化管理。

杭州—海宁城际铁路（简称杭海城际铁路）全线12个车站，其中8个高架站、4个地下站，工程机电设计包括暖通、给排水、FAS&BAS、动力照明、通信、信号、民用通信等多个专业。由于多专业交叉，传统的机电设计综合方式容易造成返工和变更，因此亟需BIM技术协调优化。同时，BIM技术效益的最大化在于对建筑信息进行管理，在施工和运维阶段，利用BIM可实现建筑信息管理的智能化［4］。

1 机电设计

1.1 协同设计

基于Revit软件平台的专业协同主要有2种方法：工作集模式和链接模式［5］。杭海城际铁路工程采用工作集模式，在平台中心文件中通过工作集模式赋予不同工作人员设计权限，参与项目的各专业设计师可以在本地文件中对各自负责部分进行设计，不受其他部分干扰，也可以借用权限进行交叉设计，将设计成果阶段性更新至中心文件中，基于中心文件的专业协同设计方式见图1。工作集具有灵活的划分方式，根据企业设计习惯，可以按楼层划分，也可以按系统划分。

图1 基于中心文件的专业协同设计方式

1.2 管线布置

1.2.1 总体规划

地铁车站内系统相对固定，管线数量、规格变化较少，根据系统特点，可大致将地铁车站的管线空间布置进行合理划分［6］，管线总体规划布置见图2。

（1）顶层管线。有大系统送风管、大系统排风/排烟管、小系统排烟管、站台层变电所房间内的管线，此类管线按功能一般贴顶部布置。

（2）下层管线。为各类水管，应防止漏水或结露对其他管线的影响，此类管线在最下层。

（3）次下层管线。包括冷媒管、气灭管线，此类管线一般布置在水管上方的次下层。

（4）次顶层管线。包括强、弱电桥架，此类管线检修频繁。

图2 管线总体规划布置

1.2.2 机房

管线相对位置固定后，对空调机房进行管线布置。新版《建筑设计防火规范》颁布后，对防烟、排烟机房提出了严格要求，机房管线布置需更加紧凑，增加了管线布置难度。对于单柱车站，下站台立管应尽量布置在柱子两侧，避免回风管对进入排风道的其他管线造成影响；同时保证管线直接接入站台公共区，避免管道下站台后穿越站台层设备区。空调器的位置分2种：一是位于单柱的下侧，空调器靠近风井（见图3（a））；二是位于单柱的上侧，空调器远离风井（见图3（b））。按图3（b）布置，下方走道的排烟管需绕行至上方，气流路径贯穿整个排风道，排烟路径长；按图3（a）布置，气流路径短，烟气排除较为顺畅。因此，机房布置采用图3（a）的方式，即空调器靠近风井侧布置。

1.2.3 走道

走道管线宽度不超过630 mm，且靠走道两边布置，中间至少留500 mm的检修空间。走道底层有水管、预留中部桥架空间、顶层布置排烟管及卫生间排风管。

1.2.4 公共区

对于公共区空调大系统，平时客流集中在两边，将送风管道布置在两侧。如遇火灾，补风从出入口补入，考虑到公共区两侧的人员疏散，将排烟口布置在中部，将烟气向人员疏散的反方向排除，有利于人员疏散。最后，考虑站厅中部下翻梁的阻隔以及送风均匀性，在站厅层应采用2送2排，排风口位于中部。

图3 空调器位置

1.3 审查关键点

1.3.1 管线复杂节点

地铁车站管线繁多、错综复杂，有时需连续变高转弯才能使管线走通。特别是在设备区走道交叉处，管线多达十几根，需横纵穿越，如所有管线采用高度错位布置，则会导致走道高度不足，因此需要合理摆放管线，可采用“固定管线标高，预留横穿空间”节点策略，使管线排布井然有序，同时极大地减少了管线变高。走道交叉处管线排布见图4。

图4 走道交叉处管线排布

1.3.2 管线分界节点

地下车站内不同建筑分区对管线的安装和使用需求不同，不可避免地存在管线分界节点。地铁车站管线分界节点主要有公共区与设备区分界处、公共区与出入口分界处、走道与强弱电交界处。在交界处应充分利用空间变化特点，公共区与设备区分界处管线应从垂直空间布置延展为平面布置（见图5）。

图5 公共区与设备区分界处管线分界节点

1.3.3 空间预留

在进行管线整体排布时充分考虑安装和检修空间。安装空间主要指人员攀爬、支吊架设备空间，检修空间主要指桥架、风管阀件、水管阀件等易损设备检修操作空间。在空间预留方面充分利用BIM的三维、模拟特性，保证人员操作便捷、安全。最终避免施工与设计不一致，设备区走道从平面到三维再到最后实际施工，均需保持一致性［7］（见图6）。

图6 设备区走道

1.4 设计交底及展示方案

利用Revit软件平台自带功能可实现渲染、漫游、动画效果并且导出，但由于Revit软件平台不能实现轻量化，所以可采用渲染插件对模型进行视图调整美化，展示效果更加立体真实，在设计交底中更清晰地展示模型，机电三维模型见图7。

图7 机电三维模型

2 施工管理

利用BIM的可模拟性，对复杂施工节点进行4D施工模拟［8］。以BIM为核心技术，结合移动互联与大数据分析，搭建杭海城际铁路一体化智慧建造信息平台。

2.1 施工模拟

通过机房4D施工模拟的可视化展示，精准定位风机及吊架，解决吊架生根难、碰撞多、检修空间小等问题，同时分析施工顺序合理性，向施工人员交底安装工序及关键节点要求，提高机房安装效率（见图8）。

图8 机房4D施工模拟的可视化展示

2.2 施工管理

（1）进度管理模块。可在BIM视图的进度功能栏中查看近期工程进度，进行实际进度与计划进度对比，实现项目建设过程中的每一环都可追溯，同时有效保证工程进度［9］。

（2）质量管理模块。将质量问题与模型关联，结合机电质量管理流程，实现现场施工质量精细化、痕迹化管理。

（3）成本管理模块。可查看BIM模型中各构件的工程量，将BIM机电工程量与设计、招标代理工程量进行比较核查，对缺漏项、多项等问题进行逐一排查（见图9）。

图9 成本管理模块

2.3 监测管理

在监测管理模块，可实时查看各监测点位的数据情况并汇总统计，通过大数据信息整理与分析，预判事件节点、评估工程成果，真正实现智能化、信息化（见图10）。

图10 监测管理模块

2.4 智慧平台

通过开发“PIP平台”——创新型的全过程工程数据管理平台，集成项目信息管理、设计管理、投资管理、进度管理、质量管理、安全管理、协同平台数据交换等功能模块，使建设、总体咨询、设计、监理、施工、专业承包单位等各参建单位在统一的平台上利用模型协同工作，实现真正基于BIM的机电项目管理工作。“PIP平台”现场见图11。

图11 “PIP平台”现场图

3 运维管理

将BIM数据导入至运维管理平台，形成设备资产台账，结合BIM模型，精准定位设备空间信息。利用运维管理平台的数据归纳、分析功能，实现地铁设备监控、巡检、维护等功能。

3.1 设备监控

通过网络、通信技术，将分散在不同地点的地铁通风空调设备进行远程监控，并将采集到的数据接入至运营维护平台，对设备运行参数、易损部件磨损程度及电气控制系统等进行检查和校验，便于判断设备的实时运行状况。运维数据连接方式见图12。

图12 运维数据连接方式

3.2 远程诊断

运营维护平台的操作员根据设备运行相关数据、报警、事件信息，结合设备特性和专家经验，可对其进行远程自动诊断和故障预警，及时消除设备隐患。运维平台可实时监测设备运行参数，设备监控界面见图13。

图13 设备监控界面

3.3 移动办公

运营维护平台可提供多种操作方式，工作人员在任何可连接互联网的地方通过网页浏览器查看运营维护平台的画面或功能，方便工作人员随时随地通过运营维护平台了解任意一台设备的运行情况［10］。同时智能运维平台软件在工单、在岗、巡检等多项运维管理流程上展现出强大的功能，真正实现运营管理智能、简单、高效。

4 结论

杭海城际铁路工程项目利用BIM机电技术完成了设计、施工到运营、维护全生命周期精细化设计和管理。

（1）设计阶段：实现了标准化BIM设计、审查、移交流程，达到精细设计的目的。

（2）施工阶段：采用4D施工模拟，合理安排工序，同时利用BIM模型结合智慧施工管理平台，达到质量、进度、成本的控制管理。

（3）运维阶段：上传模型信息至运维管理平台，实现从设计、施工到运维的无缝链接。

综上所述，该项目真正实现了全生命周期的BIM机电技术应用，为后续工程项目BIM机电技术应用提供有价值的参考。