浅谈BIM技术在地铁车站综合管线施工中的应用

张延冰

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 工程概况

我单位城建的西安地铁5号线一期站后工程包含6座车站及相应区间的安装装修，主要包含专业为：公共区与设备区装修、通风空调与采暖、给排水及消防、气体灭火、低压配电与照明、火灾自动报警系统FAS、环境与设备监控系统BAS、门禁系统等。

合同工期430 d，扣除后续调试时间及验收时间，施工时间约250 d，工期非常紧张。故此，为确保工期，分析机电安装重难点及关键点，决定在综合管线施工方面采用BIM技术，成立BIM实施小组，实现快速施工，提高施工效率，降低返工率。

2 地铁综合管线施工难点及原因分析

地铁车站的大小是根据建站位置外部环境、所需实现的功能等来决定的，故此每座车站样式不尽相同，但主要区域划分基本一致，一般车站中间为公共区，两端为设备区，部分三层车站会增加设备层。除土建和建筑专业外，还有通风空调与采暖、给排水及消防、气体灭火、低压配电与照明、火灾自动报警系统FAS、环境与设备监控系统BAS、门禁系统、综合监控、通信、信号、电扶梯、屏蔽门等十几个专业，整座车站建成结构体系相当复杂，且两端设备区各个专业为集成式设计，所有管线非常集中排布非常复杂，部分专业单位不一致，协调难度大。

（1）砌筑预留孔洞位置精准度控制难度大，易存在偏差，导致管线无法顺利穿越。

原因分析：砌筑图纸中无各专业管线预留孔洞位置，砌筑施工前各专业技术人员根据专业图纸，在砌筑图纸上标注高度和大小，二维图纸的局限性导致实施时仍存在偏差。

（2）设备区各专业同步施工，专业多、空间小，管线纵横交错，碰撞点多，经常边施工边调整管线走向。

原因分析：各专业单独出图，各自考虑各自的管线走向和高度，管综专业将其汇总再调整出具管线综合图纸，但对于重叠管线、交叉管线部位只能起到示意作用，无法直观预警碰撞问题，发现有冲突也很难靠三维想象解决碰撞，只能通过现场边干边调整管线。

（3）环控机房各系统设备及管线汇集地，管线层层重叠，错综复杂，施工效率低极易造成返工。

原因分析：环控机房为集成式设计，由于机房不确定因素较多，机房综合管线只提供路径参考，未考虑管线碰撞排布问题。故此，环控机房施工难度大，进展慢，返工多。

3 BIM基础建模

地铁车站涉及专业多，各专业模型需要协同搭建，保证项目模型一致性。因此需要制定统一轴网文件，此文件是确保各专业系统搭建在统一维度上，以便后期整合模型能够匹配应用。

BIM建模软件本项目使用Revit，将二维图纸进行导入搭建模型，导入前需将所有专业二维图纸统一到一个轴网一个点上。

3.1 设计院图纸整理，归类

以石桥立交站为例，首先收集全专业地铁施工图纸，主要包括：主体结构、主体建筑、通风与空调专业、给排水及消防专业、动力照明专业全册、火灾自动报警（FAS）、环境与设备监控（BAS）、综合监控（ISCS)、PIS、公共区装修及门禁等全专业电子版图纸。图纸专业尽可能的齐全，不遗漏一个专业，避免因遗漏各别专业，导致深化时有遗漏各别专业管线，从而影响现场施工。

3.2 创建全专业模型

利用BIM建模软件Revit，导入dwg文件，进行“翻模”。首先创建土建结构及建筑模型，将整个车站的土建结构框架、房间墙分布及建筑空间展示出来，为后续专业模型套入的基础模型中。

第二步，创建通风空调专业、给排水及消防专业、电气专业、FAS、BAS等各专业BIM模型，将各专业中风管、管道、桥架、设备及支架等所涵盖的内容，通过软件中的族库，选择出对应模型，以三维模式体现在软件中。图3-2-2机电全专业三维模型。

图1 机电全专业三维模型

图3 发现图纸问题进行调整

最后将机电全专业三维模型套入至土建建筑模型中融合，使其机电设备管线等按照施工图纸对应至土建模型空间中，重要部位为车站站厅站台公共区、设备区走廊、设备房间及机房等各部位。

4 BIM技术在综合管线排布的优势

地铁车站机电安装工程是在多专业同步施工平行作业的情况下进行的，BIM技术通过自身特有的优势,例如：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，在施工前，创建全专业机电三维模型，所有管线全部集中在可视化模型中。通过可视化直观的呈现出各专业二维图中的管线三维布置，不用靠多张二维图纸想象现场实际场景，施工前在可视化状态下各专业人员对管线排布和空间利用进行进一步分析，优化存在的矛盾，优化管线形式，在模型中直接可进行调整修改，弥补二维图纸的局限性。BIM模型可根据需要导出各种深化的平面及剖面图纸，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,降低出错概率，避免施工阶段发生冲突，确保协调有序作业。

5 BIM技术在综合管线中应用实例

本项目主要应用了BIM技术中碰撞检测、深化综合支吊架管线排布、深化机房整体布局及装配式冷水机房BIM应用等4个大方面。三维技术交底、可视化功能涵盖在此4方面中进行了应用。

5.1 管线碰撞检测

全专业模型创建完成后，文件比较大，运行比较困难。故此，首先通过建模软件Revit，导出Navisworks软件能够识别的文件格式，把文件缩小，重新整合在一起。然后利用BIM碰撞软件Navisworks，对建筑、结构、安装等模型，基于综合管线，快速侦测问题、并导出碰撞报告。例如石桥立交站发现碰撞点400余处，其中机电与结构碰撞80处，机电专业间碰撞320处。碰撞检测完成后进行碰撞问题记录，同时提供施工处理方案，将处理方案及时反馈给设计院，根据反馈意见依次解决碰撞问题。确保在施工前，通过模型将问题全部解决。

图2 碰撞检测导出问题及解决方案

根据碰撞分析编制碰撞报告表格，目的在于在模型会审过程中,此表格可以作为设计调整的证明材料。通过将模型的碰撞报告提交给设计单位由设计单位根据现场模型的情况,对施工单位作出调整的内容给予认可,同时对施工单位无法调整的内容提出具体调整方案。施工单位、设计单位、监理单位、建设单位根据此表格,同时确认模型设计变更、及深化设计调整方案。

再结合现场进一步优化设备及管线空间排布，使其满足运输、安装、运行及维护检修的空间使用要求，输出车站各层综合管线、车站关键节点部位等的三维模型视图，辅助技术交底。减少返工误工所造成的材料及工时的浪费，节约项目实际生产成本，缩短了施工工期。

5.2 深化综合支吊架管线排布

本项目设备区走廊、站厅层公共区均使用综合支吊架进行管线安装，例如石桥立交站站共113种支吊架类型，综合支吊架通常根据管线综合图进行二次深化，通过二维图纸进行将管线排布，上下层级进行划分。但设备区走廊，管线相对复杂、综合排布难，通过厂家提供图纸无法满足于现场施工。通过图纸审查，发现图纸问题40余处，并进一步优化。

首先各区域空间内调用合适的支吊架类型族，创建综合支吊架及综合管线排布模型，整理、分析、输出数据进行优化设计，对原模型进行更新。各专业根据模型协商解决管线碰撞问题，完成后上报设计确认，对综合支吊架进行校队，审定、出图，指导施工。

图4 生成模型指导施工

5.3 墙体预留孔洞指导施工

在完成建模及管线综合排布的基础上，将穿越墙体的管线，通过插件进行墙体开洞，对紧凑洞口进行合并设置，之后统一进行洞口标注，生成二维CAD图纸以备现场预留洞使用。借助三维模型、剖面参照图、二维留洞图等多种形式，PC、手机等终端联动，共同完成现场预留洞施工，确保现场后期无一处返工开洞。

图5 生成二维CAD图指导施工

5.4 环控机房二次深化

环控机房为所有通风系统终端集成式设计，主要系统有①大系统空调送风系统1套；②小系统空调送风系统4至5套；③大系统排烟1套；④小系统排烟4至5套；⑤通风补风系统3至4套；⑥空调水系统及相应的电力系统和控制系统等。根据机房平面布置图，现场施工前首先考虑设备安装位置，再考虑各类管线走向，且大部分均为大型、异性管道居多，占用空间很大。通过机房二次深化、清楚明了发现管线碰撞问题，并及时优化。

图6 环控机房优化三维模型图

模型优化后布置支吊架，根据模型布置情况及支吊架类型合理计划排布。通过机房施工模拟可视化展示，分析施工顺序的合理性，向施工人员交底施工工序及节点要求，提高了机房安装效率。

5.5 装配式冷水机房二次深化

以和平村站为例，冷水机房位于站厅层西部30-31轴与物业预留区域交界处，建筑面积120m2，机房内空间狭小，机电管线错综复杂，机电安装工期紧，项目决定采用预制装配式机房施工方案。

BIM深化设计在设备厂家确定完成后，根据设计要求进行：（1）深化人员根据设计提供的图纸及厂家提供的设备样本手册，完成模型创建，确保设备模型尺寸与实际产品一致；（2）根据设计管线路由，考虑水力损失最优，结合现场实际情况，合理排布管线，综合管线布置过程中综合考虑管线施工方便，人员检修通道预留，设备检修空间预留。优化完成后，首先确定设备基础平面定位图，指导现场设备基础施工；（3）甲供设备安装就位后，对现场进行精确测量，确定设备基础实际尺寸及位置，确定设备接口大小及位置，根据现场情况及时调整模型；（4）管段拆分、制作预制加工图

综合考虑管段的功能、加工工艺、方便运输、装配顺序，根据技术规格书要求，现场采用卡箍及法兰盘拼接的施工方案，对管线进行分段拆分，管段拆分完成后，对各管段进行预制加工图制作，预制加工图交预制加工厂进行预制加工。

图7 效果图与实际对比

6 结语

BIM技术目前在地铁机电安装领域，尤其是综合管线施工中的应用已基本成为行业共识，确实能够解决实实在在的问题。在本项目中，通过应用BIM技术，将综合管线碰撞、机房整体布局、砌筑预留孔洞等施工过程中的问题前置，提前提出解决方案，减少了设计、施工变更，确保了施工进度，降低了施工成本。

对于BIM技术在地铁施工领域中的应用，目前仍处在逆向设计阶段，设计院下发二维DWG文件，施工单位利用BIM软件进行“翻模”，再指导现场施工。其实，这是一种不得已的手段，在国家大力推广信息化的初期，相关的技术、标准、软件都不成熟。

目前BIM发展至今已逐渐向正向设计发展，而所谓的BIM正向设计就是在项目从草图设计阶段至交付阶段全部在三维环境里进行设计，利用三维模型和其中的信息，自动生成所需要的图档，模型数据信息一致完整，并且后过程都是由BIM三维模型完成。BIM信息不断传递，下游单位将模型作为生产和施工的依据一直延续到交付阶段。正向设计有明显的优势，首先利用BIM多软件协同的特点，一个模型可以在不同软件间进行疏散，消防，结构计算等多方面的分析，不同的设计人员可以在一个模型上进行实时协作。

故此，在不久的未来，BIM技术将成为我们建筑行业不可缺少的辅助工具，将全面提升建筑品质，创建高质高效的优良工程。