BI M技术在地铁机电施工中的应用

陈博文

（中铁十四局集团电气化工程有限公司，济南250014）

1 引言

地铁作为城市交通运输服务的重要形式，具有大运量、低能耗、节省土地、环境影响小等优点，能够缓解城市地面的交通压力。 地铁机电工程安装涉及通风空调、给排水、照明与动力供电等专业，施工内容众多，可分为机电管线布设与机电设备安装两大类。 其中，机电管线布设需对设备区、机房、走廊、站台公共区的综合管线进行空间设计、桥架与管线布设；机电设备安装需根据安装图纸对风机、风阀、水泵、配电箱等设备进行安装与调试[1]。地铁机电施工的专业性、精确性要求较高，可利用BIM 技术对地铁机电工程施工图纸进行设计校验，对施工方案进行模拟分析，有效指导风管、泵房管道预制加工与综合管线优化，强化对机电工程施工进度的管理力度，并依托地铁机电施工的三维信息可视化模型实现技术交底与资源共享，提高地铁机电工程施工精度与施工效率。

2 BI M技术

2.1 概述

BIM 技术是一种贯穿在项目设计、施工、运维过程中的三维信息管理模型， 其高度集成目标工程的结构数据、 属性数据、成本数据、工序信息等，利用可视化技术对目标工程进行几何图形三维化建模与纹理贴附， 实现对目标工程的三维信息化表达，为项目施工管理、信息资源共享、项目协同推进、施工情况模拟等提供数据模型[2]。

2.2 BI M技术特点

BIM 技术具有可视性、模拟性与协同性。 （1）在可视性方面：利用目标工程的空间结构信息、几何物理信息、拓扑逻辑关系等将现实目标工程映射为数字化的三维模型， 完整且详细地表达与刻画目标工程的空间布局与内部细节。 工作人员可基于此三维模型查询目标工程的材料信息、成本信息、工序信息、结构信息、性能信息等，作为项目实施的数据资源库[3]。（2）在模拟性方面：在目标工程三维信息模型的基础上，BIM技术可根据施工程序、施工设备、施工材料等进行施工情况模拟，优化施工组织设计，不仅可利用碰撞检测与错误分析、功能分析预判工程各构件在空间上是否存在交错碰撞或结构冲突问题，优化图纸设计，还可利用精准的构件结构尺寸与空间布局计算、分析目标工程的抗震性与牢固性，优化结构设计。（3）在协同性方面：目标三维信息模型作为共享式信息资源，不仅可为工程项目各分部分项提供建筑、设备、结构信息，推进不同环节同步施工、协同作业，还可作为设计、监理、业主、施工等参建方交底与交流的工具， 便于参建方直观了解工程项目的实施动态。

2.3 BI M技术在地铁机电施工中的重要性

地铁机电施工中应用BIM 技术，可以建立地铁机电工程三维信息模型，全面涵盖地铁的结构类型、建筑材料、工程性能与机电设备运行状况， 以便各参建方在地铁机电工程施工过程中获取施工工序、施工进度、施工安全、工程性能等关键信息、地铁设计文件、机电设备安装信息。 BIM 技术的模拟性可根据施工进度高精度拟合与更新地铁机电工程的施工动态，通过施工过程模拟与预测，提前发现施工方案中的不合理之处并及时调整优化， 有效提高地铁机电工程施工效率。 同时，地铁机电设备安装过程中，利用BIM 技术高度关联二维安装图纸与三维信息模型， 可确保二维安装图纸调整后三维信息模型的联动修改的准确性， 为设备安装提供更精准的指导，有效减少设备安装中的错误或疏漏。

3 BI M技术在地铁机电施工中的应用

3.1 图纸设计校验

地铁机电施工涉及管线布设与机电设备安装， 图纸设计的质量直接关系到管线布设的合理性与科学性以及机电设备安装的正确性与实用性。 在地铁机电工程设计阶段，利用测绘测量技术可以精准采集地铁工程的空间信息以及内部结构类型信息等， 结合地铁机电工程的施工内容构建地铁机电三维信息模型，直观可视化地表达地铁工程情况与设备安装状况。在地铁机电三维信息模型构建时， 需要集成地铁机电施工工程的建筑模型与结构模型，在地铁站三维模型的基础上，综合管线设计人员与机电设备安装设计人员可协同开展布线与设备安装设计工作， 将二维布线图与设备安装图转换为三维信息，客观刻画出综合布线方案与机电设备安装方案，及时发现地铁土建工程与机电工程设计中存在的结构冲突等不合理现象，并予以调整优化，提高图纸设计的合理性。 精细化、可视化表达的地铁内在结构、管线空间分布、设备安装信息等均可利用三维信息建模功能进行自动校验。 校验内容包括地铁土建工程中的建筑图纸与结构图纸内容是否吻合； 相关预埋预设点位或管道在空间上是否一致； 孔洞标记与图纸标注是否保持一致等。 及时发现二维CAD 图纸中通常难以发现的问题，如给排水管道与电气管线在空间上交叉、 设备安装部位无预埋管线等问题，提高图纸设计的合理性。

3.2 方案模拟交底

地铁机电施工作业面狭窄， 大量不同类别的管线布设与设备的安装需在有限的空间内实施， 大型机械设备无法投入使用，各分部分项参建方需协同推进各项施工工序。 技术交底是地铁机电工程实施的重要环节， 是分部分项协同推进的重要基础。 BIM 技术支持下的地铁机电三维信息建模与图纸设计校验可为技术交底与施工方案模拟提供精准依据。 利用BIM 技术的模拟特性，结合前期集成的地铁施工程序、施工设备、结构类型、建筑材料、管线布设、设备安装文件等数据，对施工方案进行全过程模拟， 以便管线布设施工人员与机电设备安装人员全面掌握施工过程、 施工工艺以及相关注意事项。 例如，在地铁消防泵站施工前，对消防泵站的消防栓、自动喷水灭火系统、消防吸水管与出水管等施工方案进行模拟，分析预测此施工方案下的施工安全隐患与质量问题， 以便施工人员在实际施工过程中有效规避。 同时，通过对施工方案中各关键要点，如施工材料堆放贮存、施工人员进出、机械设备统筹调度、材料运输路线布设等，进行模拟，及时发现施工组织设计方案中的不合理之处， 以便调整优化地铁机电工程施工方案[4]。

3.3 综合管线优化

地铁机电施工涉及大量的管线与机电设备， 在狭窄的作业空间内，管线交叉、结构冲突等问题是地铁机电施工中的常见问题，会影响地铁机电工程的施工进度，增加机电工程后续运维养护成本。 因此，在综合管线布设时，应用BIM 技术对不同类别，如电气、风管、给排水等管线管道，进行三维建模，将各类别管道模型综合时，依托BIM 软件平台碰撞检测与错误分析功能自动检测分析出不同类别管线存在空间交叉或空间拓扑关系是否存在错误问题， 然后根据软件输出的碰撞检测错误报告找到存在碰撞冲突的管线，查询到各管线的标高、规格参数等属性与空间分布， 在设计阶段对综合管线布设方案加以调整优化。 调整优化后的综合管线三维模型可根据任意横截面生成竖向剖面图， 便于管线施工人员查询剖面图上的管线数据与施工参数，并开展施工作业。 在具体应用时，可利用BIM 构建各类别管线三维信息模型， 根据管线的标高、走向以及用途等属性进行碰撞与交叉检测。 对于检测发现的管线可导入Navisworks 软件中进行剖切与标高等属性调整，并对调整后的管线进行自动碰撞与交叉检测， 确保综合管线无碰撞、无交叉。 同时，在综合管线布设时，应考虑管线检修的空间，通过BIM 技术对管线三维空间进行模拟，测算检修空间是否留足，提高后续管线运维检修的便利性。

3.4 管道预制加工

地铁机电工程施工中的管道安装需提前根据图纸设计加工好管道，再将管道运输到施工现场加以组装，以提高管道施工的进度。 BIM 技术在管道施工中的应用可延伸至管道预制加工工序中。 利用BIM 技术对管道进行三维建模，生产厂商根据管道三维信息模型中的相关尺寸参数与规格属性进行管道模具设计与管道加工生产。 预制加工后的管道运输至施工现场后， 管道安装人员对照分解的管道三维模型与综合管道模型进行现场组装，具体组装流程为：（1）先安装泵体与支吊架；（2）对主路管件与分支路管件的阀门加以安装；（3）通过焊接工艺将管道连接部位加以固定， 并通过现场测试检验管道安装的正确性。BIM 技术贯穿在管道预制加工、管道现场组装的全过程，有效指导生产厂商进行模具打样与现场组建安装。

3.5 施工进度管理

地铁机电工程施工前，将施工组织设计方案、施工进度计划等输入BIM 软件平台中，高效关联地铁机电三维信息模型与施工进度， 实现对地铁机电工程安装施工的高效、 精准模拟。 地铁机电工程实际施工过程中，施工单位及时将施工现场实际施工安装进度录入系统中，并动态更新。BIM 软件平台可自动对比地铁机电工程的实际施工进度与施工进度计划，分析当前已完成的实际工程量与计划工程量差异， 给出施工进度达标情况，例如，是否按照施工进度施工、施工进度是否存在推进缓慢、施工进度受阻的原因为何等，以便各参建方根据施工进度对比数据掌握施工进度管理中存在的问题。 具体应用过程中，施工单位可利用BIM 软件平台有效绑定工程横道图与地铁机电三维信息模型，直观可视化展示施工工程量，以便施工单位更为精准、直观地掌握施工进度。

3.6 信息资源共享

随着科学技术的不断发展， 地铁机电安装技术也在不断地创新优化，BIM 技术的使用，让地铁机电安装工程的各个阶层和各个专业之间实现了协同发展， 给机电工程设计提供了统一的模型标准。 如果相关的信息发生冲突，可以通过对比模型标准确定准确的施工方法， 这不仅使得对信息的利用更加充分，还给工程的优化完善提供了更加科学合理的依据[5]。 同时，BIM 软件与CAD 软件和EXCEL 软件能够实现有效对接，有效进行资料信息的传输、处理、存储等。 因此，在地铁机电施工中，还可以利用BIM 技术提取工程量清单，进行各个系统的工程量计算，然后以EXCEL 表格形式导出，再进行统计与分析，有效提高了工作效率。 将BIM 技术有效地运用在地铁机电安装施工中，可以共享信息资源，从而更加科学、合理地对工程项目进行设计， 同时又为建设企业和施工企业提供了一个有效的平台进行信息交流， 使得双方的信息交流更加顺畅。

4 结语

BIM 技术是一种信息管理模型，可以将项目设计、施工建设、项目运营等方面的数据信息在数据库中全部整合起来，然后通过数字模型将地铁工程的施工情况模拟出来， 从而完成对地铁各个项目的管理、共享以及创建。 地铁机电的安装施工中涉及的内容较为复杂，具有极强的专业性，工作人员应在施工过程中强化BIM 技术的应用，合理应用BIM 模型，完善和优化地铁的机电设备安装，科学开展工作，降低材料损耗，实现协同作业和数据管理的效果。