浅谈BIM技术在地铁机电安装中的应用

摘要：采用BIM技术对地铁机电安装施工进行优化，可以有效的缩短施工工期，节省施工成本，降低施工材料损耗。以佛山地铁2号线一期工程为依托，分别从管路路径优化、净高分析、综合支吊架优化、数字化加工、装配式施工、主机吊装动态模拟以及占道施工模拟等方面，阐述BIM技术在地铁机电安装中的应用要点。

关键词：BIM；机电安装；管综优化；族库；碰撞检查

1 工程概况及特点

1.1 工程概况

佛山市城市轨道交通2号线一期工程，东西走向，起于佛山南庄，与广州南站相接，线路全长32.41km，共设车站17座（地下14座，高架3座），其中换乘站10座。全线设林岳综合维修基地、湖涌停车场、湾华控制中心、石湾和花卉世界主变电所。

初、近、远期采用6辆固定编组运营组织方案。系统最大设计能力30对/h。最高运行速度为100km/h，牵引供电制式采用DC1500V架空接触网。佛山市城市轨道交通2号线一期项目机电工程，主要包括供电系统、通信系统、自动售检票系统、安防及门禁系统、综合监控系统、灭火系统、通风空调系统、给排水及消防系统的施工安装和调试，控制中心智能化系统及工艺设备的采购安装及调试等。

1.2 项目特点

该项目的特点如下：施工为机电全专业，通信、信号、供电、常规机电等各专业间存在着众多接口。地铁工程施工空间地域狭小、专业多、人员构成复杂。施工交叉进行，平行作业较多，存在着施工空间小安全压力大，成品保护难，运输通道狭窄，各专业协调难度大等难点问题。

机电系统是城市轨道交通的“中枢神经”，其涉及专业广、技术要求高、接口繁多、施工组织复杂，只有做好站后机电工程建设，提高施工质量，才能确保各项功能满足地铁运营需求。

2 组织策划

2.1 应用目标

2.1.1 项目决策阶段

基于公司BIM中心，成立BIM小组，建立组织管理体系，明确责任分工，制定工作流程及BIM实施方案。同时，基于BIM技术，明确应用BIM技术的实施范围[1]。

2.1.2 施工阶段

施工全过程应用BIM技术建立BIM模型，将机电各专业进行整合，进行管综深化设计、净高分析、碰撞检查、综合支吊架深化设计、预留预埋等，然后运用BIM技术导出图纸。在施工过程中，结合BIM技术，对车控室、环控机房及冷水机房等关键设备房间管线进行优化、出图，根据图纸进行数字化加工，进行装配式施工。同时，针对大型设备以及繁华的交通线路，应用BIM技术，进行设备吊装及占道动态模拟施工。

2.1.3 竣工阶段

实施数字化交付，提供模型精度LOD500的竣工模型。

2.2 组织结构

为保障落实关于BIM技术的应用，确保BIM在工程施工中的实际指导帮助，项目部基于公司BIM中心，以项目经理为组长，项目总工程师、BIM技术负责人为副组长，成立BIM小组，建立组织管理体系，明确责任分工。同时在项目部内全面积极推进BIM应用技术，以便更好的为项目施工管理服务，达到提质增效的效果。

2.3 实施方案

基于佛山市城市轨道交通2号线一期项目机电工程，编制制定了BIM应用实施方案。BIM应用实施方案分为两部分：第一部分为实施组织，其内容包含建立组织机构体系、职能机构设置：第二部分为实施流程，其内容包括项目策划阶段、项目实施阶段、项目总结阶段。

3 BIM技术具体应用

3.1 建立完善的全专业模型

3.1.1 建立土建模型

基于佛山地铁2号线项目案例，在成立BIM小组后，组织小组成员依据土建施工图纸，进行土建模型建模。在建立土建三维模型的同时，加强与设计单位的沟通，对于设计图纸中的问题及时与设计沟通。

3.1.2 建立机电模型

在完成土建模型后，将土建模型链接到建模软件，进行机电及砌筑装修模型建立。在建立机电各专业三维模型过程中，联合设计单位，对于发现的设计图纸问题，及时与设计院进行沟通协调，提供并协商解决方案（重点针对各专业之间的接口）。在此过程中，将各种问题总结汇总，形成问题库。同时根据地铁项目的特点，建立专用的族库和项目样板。

3.1.3 模型复核

在建模完成后，组织BIM小组成员针对土建模型进行现场复核，复核现场实际尺寸是否与模型一致。重点核对下翻梁是否与模型一致，管线与结构预留孔洞的相对位置。同时，BIM小组成员根据机电各专业设计图纸进行初审，初审无误后，组织本项目部专业技术人员进行模型审核，模型审核无误后进行管综深化设计调整。

3.1.4 建立族库

在BIM模型完成之后，将各个专业的设备族库进行细化，建立地铁项目的各专业设备族库，方便以后其它项目的应用。地铁项目族如图1所示。

3.2 开展虚拟建造双优化

基于佛山地铁2号线项目机电工程，在建立土建、机电专业三维模型后，BIM小组联合设计院对三维模型进行综合管线优化，根据施工现场现有条件，利用BIM技术进行三维施工动态模拟，重点突击复杂施工工艺、重难点施工以及模拟施工顺序，以达到高效的精细化管理，实现设计-施工双优。

3.2.1 建立三维模型

设计院出具施工图后，项目部组织各专业工程师进行图纸会审；同时，BIM小组成员及时与工程师进行对接沟通，对图纸会审相关问题在建模阶段进行修正。

3.2.2 综合管线调整

BIM小组在建立三维模型后，综合各专业施工需求，进行综合管线优化调整，优化原则遵循“电上风中水下、小管让大管、有压让无压”。同时，对各专业管线进行碰撞检查，对碰撞位置进行调整。调整后对各专业进行深化设计。依据BIM模型进行指导施工，在节省施工成本的同时，有效缩短了施工工期。

3.2.3 施工准备

BIM小组依据项目施工工期计划，将优化后的三维模型导出各专业图纸，组织各专业工程师审核，审核完成后发与设计院确认会签，待会签后依据BIM出图进行施工。同时，对风管、水管、桥架等进行预制化加工并编号，待施工时运抵现场进行装配式施工。在正式施工前，结合时间维度，利用BIM技术对各专业交叉施工进行三维模拟，合理制定施工步骤，减少因空间小、专业多、施工交叉等原因造成的工耗。

3.3 净高分析

结合装修专业设计图纸及规范，明确其设备区、公共区以及附属标高要求，对模型进行深层次分析。综合各方优化意见修改模型布局，最大程度优化各类机房设备、管道布局，不仅要使其在空间布置上美观、紧凑，而且在管道、线缆等安装敷设路径上要更加合理。同时，避免材料损耗，最大程度控制项目成本支出，提高项目经济效益。

3.4 综合支吊架

结合优化后的BIM模型，BIM小组联合设计院、综合支吊架厂家进行综合支吊架深化设计。将模型中的综合支吊架相关参数，导入综合支吊架计算软件中，进行相关受力分析，保障施工整体的安全性、稳定性和美观性。同时，对综合支吊架加装橡胶垫片，并采取设备减振、管道降噪等技术[4]。

3.5  精准预留预埋

在车站设备区砌筑组织施工前，结合管综优化后的模型，输出砌筑孔洞预留图纸，进行现场交底，指导现场提前进行综合管线孔洞预留。预留辅助装修孔洞，一方面有利于减少了对砌筑专业墙体的破坏，达到了绿色施工的效果；另一方面，有利于保证后期风管、水管、桥架等安装效率，减少返工现象，节省机电安装时间。

3.6 数字化加工

基于优化后的BIM模型，利用BIM技术对风管、水管、桥架等管线进行管道预制，输出精细化图纸，安排技术人员对数字化基地加工人员进行技术交底，待交底完成进行数字化加工。

3.7 装配式安装

项目部基于BIM技术对重点房间进行方案设计，通过BIM模型优化、BIM模型审核、预制加工图出图、数字化加工、预制构件运输、拼装等流程，在关键设备房间采用模块化预配组装、装配式施工。所有的支架及管道均在工厂预制加工，现场只需组装拼接，无需动火切割。模块化预制装配大大提高了现场施工安全系数，优化了设备安装、运维空间，缩短了现场施工工期，从整体上提升了机电安装效率与质量。

4 绿色施工技术应用

4.1 场地布置

为统一全线工地施工样板标准，项目部将BIM技术与传统施工相结合，提前筹划样板工地施工方案，包括站内施工界面划分、样板墙布置规划、场内文明措施布置。将方案提前以三维模拟的方式展现出来，一方面有利于保障方案的可行性，另一方面为施工队伍提供了可视化的施工方案，有利于保证施工准确性。施工场地布置如图2所示。

4.2 二维码应用

项目部在技术交底管理过程中，增设二维码交底技术，一定程度上改变了交底理解不透彻、交底贯彻不彻底等现象。现场工作人员随时扫描二维码，即可看到技术交底文件，文件以图文并茂的word电子版形式交代了工程概况、施工依据、适应范围、施工准备、施工工艺、质量标准等内容。

4.3 装配式机房

BIM小组利用BIM技术对环控机房及冷水机房进行深化设计，建立高精度模型，对其进行系统模块划分、方案设计，输出精细化图纸，进行预制化加工，运抵现场后即可进行组装。对机房进行装配式施工，不仅大大缩短了施工工期，而且减少了施工劳动力的投入，节省了项目施工成本。同时使机房的排布更加美、紧凑。

4.4 虚拟建造模拟

针对体积、质量大的机电设备，如冷水机组、空调机组等，运用空间分析程序和计算机模拟仿真技术，对设备吊装进行模拟仿真。施工吊装时，根据模拟情况选择吊装方式。同时，项目部利用BIM的可视化特点，在施工作业前通过应用BIM技术，在占道施工作业控制区进行围蔽布设、拆除等三维动态模拟，为后续占道施工的规范化、有序化提供实施标准，为保障道路交通安全提供有力支持。

5 结束语

本文以佛山地铁2号线一期工程为依托，分别从管路路径优化、净高分析、综合支吊架优化、数字化加工、装配式施工、主机吊装动态模拟以及占道施工模拟等方面，阐述BIM技术在地铁机电安装中的应用要点。采用BIM技术对地铁机电安装施工进行优化，有助于缩短施工工期，节省施工成本，降低施工材料损耗。同时通过装配式机房、虚拟建造模拟等，不仅成功地实现了设计-施工双优化，而且切实践行了绿色施工的理念。

参考文献

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[2] 卓旬，徐艳红，吴正刚，等.装配式建筑机电系统BIM模型精细化控制设计研究与应用[J].土木建筑工程信息技术，2020，12（3）：65-71.

[3] 孔德诺，BIM技术在机电工程安装中的应用[J].工程技术，2017（20）：66-68.

[4] 刘镇，刘皓.BIM技术在装配式制冷机房智能化施工全过程中的应用[J].施工技术，2021.50（24）：124-127.

[5] 李强.BIM技术在地铁机电系统施工中应用初探[J].黑龙江科技信息，2016（9）：35-36.

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[7] 张建平，李丁，林佳瑞，等BIM在工程施工中的应用[J].施工技术，2012（16）：10-17.

[8] 张红云，胡春林，谭克林，等.BIM技术在地铁机电安装工程中的应用[J].安装，2023，373（2）：42-46.