浅析BIM技术在地铁车站机电管线综合排布中的应用——以上海市轨道交通17号线为例

朱 宸 张艳菲

大连财经学院 工商管理学院

1 BIM概述

建筑信息模型简称BIM，通过数字信息完成建筑模型的建立，以建筑工程项目的各类相关信息数据作为模型的基础，仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术打破了结构构件在传统意义上的研究方法，全部的设计从独立构件延伸到整个系统，汇集在一个动态可视化的三维模型上，相关人员能够多角度多视角地动态观察BIM模型。目前，BIM技术在我国受到广泛重视，这种技术使建筑工程管理过程更加简洁和有效，并且广泛应用于工程项目全寿命周期管理。

2 地铁车站机电管线施工过程中存在的问题

2.1 多专业多单位协调困难

由于地铁车站机电安装项目涉及通风空调、消防、建筑电气，通信、信号、综合监控、安全门、电扶梯等十几个专业。专业多且各自为战，不能达到很好的协同，一旦一方出现错误，会造成其他专业施工图不能对应，相互之间的管线冲突增加。并且当有些问题不能及时沟通解决时，留到施工过程中去解决将会造成不必要的浪费。另外，多专业多单位共同作业，必然存在交叉施工的问题，这时施工计划的制定、作业面的加大、工序的合理安排也存在一定的协调问题。

2.2 地铁车站管线设计复杂

近年，土地资源的稀缺，使得地下车站的发展进入高潮，但是地下施工面临的问题也是繁多的，比如：存在各种地质问题导致结构体系比较复杂，同样也使得项目造价偏高；由于需要各种功能性和专业性的设备，导致管线的布置错综复杂。由此产生的问题在施工过程中形成阻碍，易造成管线之间或管线与结构之间产生碰撞和重叠布置，这将对房间以及走道净高产生影响，造成成本控制之外的返工和浪费，甚至埋下了安全隐患的种子。由此可见，在设计阶段就解决好管线间的布置问题的重要性，并能够直观地展示给施工人员，减少施工时的错误，以此来提高施工质量，使成本控制在预算之内，增加了施工的可控性。

2.3 二维图纸的局限性

当不同专业的管线发生碰撞时，二维管线综合设计只是通过对各专业的管线进行一定程度上的叠加和断线，再结合相关规则对管线的位置进行布置，确定出管线的原则标高，最后再针对关键部位绘制详图或剖面图。各专业间较差的协调性给实际施工带来了困难，仅凭标高处理管线的交叉问题是对管线进行局部处理，无法准确考虑管线的连贯性带来的问题。导致解决一个位置的碰撞后，又带来其他位置的碰撞，不全面的分析和观察给施工人员带来挑战，最后只会加大工程量。

3 BIM技术在机电管线综合排布中的优势

3.1 BIM技术的可视化

就现阶段的建筑设计环境而言，传统的施工图纸只是在图纸上采用线条的形式将项目的各个构件的信息表达出来，往往需要结合多张图纸进行想象才能构造出其真实信息。而BIM技术提供的可视化思路能够将项目的结构造型及管线设计情况以三维的形式呈现，创建了一个“所见即所得”的建筑模型。BIM建筑信息模型可视化是指构件之间形成的具有互动性和反馈性的可视，所以整个建筑项目的全寿命周期都是可视化的，使构建信息不仅限于二维平面图纸，而是通过三维立体实物图形的形式展现，并且支持项目在可视化的状态下进行设计、建造，支持运营维护过程中的讨论、沟通和决策。

3.2 BIM技术的模拟性

BIM完全可以为地铁车站的建设进行模拟设计，更加准确地对施工方案和施工技术进行选择和效果确认，在初期的设计阶段就将施工时可能出现的问题进行模拟并找到解决办法，做到事前控制。特别的是BIM技术能够模拟真实世界中难以操作的事物，比如：乘客疏散模拟、节能模拟、防灾模拟等。另外，借助BIM技术还可以充分实现4D、5D模拟分析，更加方便快捷地对施工进度和工程成本进行控制及分析。

3.3 BIM技术的协调性

因为地铁车站机电安装项目本身存在一个多专业多单位协调困难的问题，由此产生的冲突通常都是在施工组织协调过程中发现的，之后再讨论解决方法往往会耽误工期。BIM技术具有的协调性服务便可以解决此类问题，利用BIM技术在项目建造初期创建三维模型，将全部专业的管线集合在一个可视化的三维模型里，让不同专业的不同人员，根据实际需求对专业管线碰撞和空间利用等问题进行分析，在模型中进行更改，实现信息的添加、删除以及工作模型更新，动态统一程度高。便于后期快速进行碰撞检测、动态模拟等协调控制工作。避免施工阶段发生用地冲突、管线干涉问题等突发状况。

3.4 BIM技术的优化性

整个地铁车站的设计与施工是一个不断再优化的过程，优化过程受三个条件的制约，这三个制约条件分别是信息、复杂程度以及时间。利用BIM技术提供的地铁车站的详细信息，能够对地铁车站的空间设计以及管线排布方案做出准确无误的优化。例如，可在不改变相关管道截面积的前提下改变规格，以减少其对净高的占用，减少后期对地铁车站精装修的影响。以此优化设计质量、缩短工期，提高施工效率。

3.5 BIM技术的可出图性

现阶段，建筑行业的设计图纸以及构件加工图纸都大同小异，表达的内容有一定的局限性，如果能在原有基础上提供一些碰撞检查分析报告与改进方案、综合管线图、综合结构预留洞口图等。那么，这份图纸所展示的内容就不单是二维展示那么简单了。而BIM技术通过自身特有的优势，如：可视化展示、不同专业之间的协调、方案可行性模拟、优化原有设计方案等，完全可以满足上述需求，对传统图纸的优点进行强化，弥补二维图纸的局限性。BIM模型可根据需要导出各种平面及剖面图纸。剖面图纸可直接根据模型自动生成，且可根据模型的改变而自动改变，极大地减轻了绘图人员的工作强度，降低了出错概率。

4 BIM技术在地铁机电管线综合排布中的应用实例

上海市轨道交通17号线是一条贯穿于青浦区东西向的区域级轨道交通线，路线全长约为35.341km，沿线共设置车站13座。将BIM技术深度应用于上海市轨道交通17号线项目的设计、施工和运行维护全过程，实现基于BIM技术的城市轨道交通全寿命周期的信息管理。达到设计方案及设计成果优化；控制施工进度；减少投入成本；提高设计质量和施工管理水平的目的，保障工程项目的顺利完成。以BIM为核心，整合其他技术形成合力，突破行业发展瓶颈，实现上海轨道交通行业向工业化和信息化的转型升级。下面就该项目中运用BIM技术在地铁机电管线安装工程中的应用进行分析：

4.1 综合管线碰撞检测

在地铁车站建设中，大部分管线的设计都是由各专业设计人员独立完成的，结果因为与其他专业设计人员沟通不充分，导致设计成果不符合现场施工所要求的深度，错漏碰撞数量突出。传统上，技术人员是采用叠图法来检查有无重叠、碰撞的现象。这种方法易造成疏漏，导致返工和工期延误。利用BIM技术将二维图纸信息合成BIM三维模型图后，能够看到具体的干涉位置，继而由三维图纸返回到预先导入的二维图纸，通过具体碰撞点位置的确定，由各专业协同分析解决问题，达到优化图纸设计的目的，施工中能够避开碰撞，减少返工现象。

4.2 提前设定预留孔洞

由于土建单位和机电单位缺少有效地沟通。在建筑施工中，土建单位往往不够重视预留孔洞的作业，而施工完成后机电单位再发现问题为时已晚。为提高孔洞预留的准确性和合理性，在设计施工阶段引入BIM技术。在BIM的三维模型中，每个预留孔洞的信息都可以表达出来，根据对设备区完成优化后的管线走向、砌筑墙体的预留孔洞和预埋件的布置进行设计，输出预留孔洞和预埋件布置图纸，并提取预留孔洞和预埋件的形状、位置、大小等信息，对预留孔洞套管的数量进行统计，方便现场施工下料，实现对预留孔洞和预埋件的提前检查，规避工期延误风险和质量安全隐患，使工作效率、开孔的准确性得到有效地提高。

4.3 大型设备运输路径检查

地铁站内的大型设备通常是在施工过程中陆续进场，过程中往往会产生碰撞，所以一条科学合理的大型设备运输路径，直接关系到工程成本及进度控制，还会影响项目的安全管理以及外部协调等。基于BIM模型，通过结合设计方案的二维运输路径平面图，动态可视化模拟其安装、检修路径，发现路径中可能存在的碰撞冲突问题提前优化运输路径设计方案。在设备进场前，暂缓设计方案中路径上的相关施工安排，预防管线设备拆除和二次安装的情况发生，为后续设备的运输、安装工作提供保障。

4.4 提高经济、社会效益

从总体来看使用BIM技术对于项目产出以及团队合作都有所帮助，就上海市轨道交通17号线这个项目而言，采用BIM技术为各车站三维管线综合设计共解决碰撞问题约4000个，导出管线综合图纸、二次结构预留孔洞图纸约1300张，解决机电设计深化问题2735个，在提高设计质量的前提下还节约成本约761万元。在工程建设经济效益最大化的同时，也大大缩短了工期，使项目尽快投入运营，为工程的顺利进行起到了顺水推舟的作用，也为整体工程的成本控制打下了基础，为设计、业主、监理、运营单位提供了一体化的解决方案。

5 结语

地铁车站的机电安装工程是一项复杂且涉及很多专业的工程，为了更好地满足人们的需求，进一步推动我国地铁工程建设的良好发展，对BIM技术的良好运用就显得尤为重要。目前多个城市的城市轨道交通建设机电安装工程已开始推广此项施工方法，通过实际应用证实，BIM技术可以被应用于招投标、设计、施工、验收、维护各阶段，在控制预算、合理规划、节省工期、节约施工材料、便于维修维护等方面都可起到重要作用，可取得较好的经济效益，具有较高的推广价值。