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BIM技术的管线综合在轨道交通地下车站全生命周期中应用

2024-07-11 71 上传者：管理员

摘要：轨道交通工程具有涉及专业多、工程范围广、工期紧、工作面小和施工难度大等特点，传统设计和施工过程较为困难。近年BIM技术应用在轨道交通工程中陆续开展，其显著优势也被逐渐挖掘。该文针对天津市某地铁车站管线综合BIM技术应用项目，具体论述BIM技术在轨道交通地下车站中的设计、施工招标、施工及运维各阶段的管线综合全过程的技术应用。该文阐述的轨道交通管线综合BIM技术应用可为后期类似项目开展相关工作提供一定借鉴。

关键词：
BIM技术
技术应用
深化设计
管线综合
轨道交通
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BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、可优化和出图等特点，在轨道交通项目中应用广泛，管线综合设计BIM技术的作用尤为突出[1]。目前，史恬齐[2]在哈尔滨地铁2号线的管线综合设计中采用了BIM技术，深入分析了碰撞检测流程及BIM技术在管线综合阶段的运用价值；邱智铖[3]在洛阳地铁1号线的管线综合设计中，探讨了BIM技术在设计流程中的净高分析、路径优化、复杂区域综合排布等关键环节的应用；朱宸等[4]在上海轨道交通17号线的管线综合安装工程中，详细描述了BIM技术在综合管线碰撞检测、预留孔洞设置、大型设备运输路径检查等方面的应用。尽管前述研究在轨道交通管线综合的BIM应用方面已有较多论述，但这些研究大多集中于工程单一阶段的应用，对于BIM技术在全生命周期范围内的应用则鲜有涉及。本文旨在重点阐述BIM技术在管线综合设计、施工及运维阶段的全生命周期应用，探讨其在提升项目效率和质量方面的重要作用。

1、BIM技术在管线综合中应用的必要性

管线综合设计是轨道交通设计中最为核心且传统的环节，其设计的优劣直接关系到后续工程能否顺利进行。在传统的管线综合设计中，二维CAD图纸是信息传递的主要媒介。然而，这种设计方式要求各专业之间进行反复的信息交流和协调，而二维图纸的工作模式使得各专业在设计过程中需要耗费大量时间来理解其他专业的设计资料，导致工作效率低下。此外，传统的二维设计手段无法全面揭示设计中的冲突问题。

在现场施工过程中，也常常面临各种挑战，如缺乏工作面、位置冲突、净高不足等问题。为确保图纸的质量和现场施工的一致性，本文采用建筑信息模型（BIM）作为信息载体，通过BIM模型整合管线综合设计。在管线综合布局合理化后，返回给各专业的图纸均为由BIM模型导出的图纸，从而确保了数据源的统一性和准确性。如有任何专业间的意见分歧，可以在BIM模型中进行协调、调整、修改和重新提资。这种工作方式确保了各专业成果的统一性，从而保障了管线综合设计图纸与各专业图纸的一致性，大幅提升了设计图纸的质量。

2、某轨道交通工程应用案例

2.1工程概况

以天津地铁某车站为例，该站为2层地下岛式车站，地下一层为站厅层，结构净高6 m。地下二层为站台层，结构净高4.65 m，地面装修层完成厚度均为150 mm。本车站长226.6 m，有效站台中心里程处宽21.1 m，车站总建筑面积14 639.8 m2。车站包含1号与2号附属风亭、A和B出入口，均采用明挖法施工。

2.2工程重难点分析

2.2.1管综协调难，沟通量大

地下车站建设成本高，空间狭小，各专业管线多，管综设计协调难度大，牵一发而动全身，往往一个复杂节点调整需要涉及三五个专业变动，沟通工作量大，协同设计困难。

2.2.2地下车站空间小，净高要求高

由于地铁站是地下建筑，结构尺寸大、装修要求条件高，公共区与设备区交叉及走廊位置往往管线交叉复杂、碰撞严重。除此之外，站厅站台公共区常常须考虑各种起拱装修吊顶，会大大压缩可用空间，对管线排布造成困难。

2.2.3管线设备资产信息多，管理难

基于BIM协同管理平台可将各管线、设备等资产信息进行存储，有利于项目运维数据移交和后期运维人员维护、保管。

2.3设计阶段的应用

2.3.1管线综合辅助设计

依据施工图建立、整合各专业（建筑、结构、机电等）BIM模型（图1），同时考虑管线之间布置、管线与设备相对位置布置原则和管线维护、检修空间要求。公共区、走廊管线遵循平行布置原则，垂直位置遵循“风上、电中、水下”的原则，管线交叉时，管径小的避让管径大的，有压管线避让无压管线，给水管应布置在排水管上方；设备房间布置时，与供电无关、易产生冷凝水的管线、风口应避开设备正上方，管综布置时，也需综合管线保温、支吊架吊杆和横杆的安装等空间进行管综辅助设计。

图1管综模型

2.3.2碰撞检查分析

基于建筑、结构、机电全专业模型，综合检查各类管线内部、管线与设备、管线与结构等专业之间的软硬碰撞冲突问题，充分考虑施工安装、装修空间、强制要求、运维检修和使用便利等因素，综合检查各类管线间排布的合理性问题，整理图纸问题记录，辅助、指导设计单位进行设计优化。管综模型初排后，利用Navisworks软件实现不同专业之间碰撞检查（图2）。通过分析研究，本站共检测出碰撞问题351处，均优化处理。

图2碰撞前后对比

2.3.3管线净高分析

利用BIM模型对车站空间净高进行分析，尤其针对公共区域与走廊、走廊与走廊交叉位置和重要设备房间外等管线集中区，通过模型剖切面（图3）显示低于要求净高的管线段及是否满足通行净高要求，提出机电管线空间位置优化建议，提升车站空间利用效果。

2.3.4孔洞预留检查及出图

传统二维管线综合设计普遍存在的质量通病就是孔洞遗漏、预埋孔洞不准确，造成机电安装在进行凿墙开洞时，不仅浪费时间，还增加成本，严重的甚至还会破坏结构，留下质量安全隐患[1]。本站在设计阶段利用BIM空间预留孔洞技术，协调优化墙、板、柱等结构构件的预留孔洞（包含立管开孔、隔墙管线开孔等），提前对上述区域管线预留孔洞进行精确定位，辅助设计单位优化设计图纸，基于管线碰撞调整后的模型，对车站内每一面二次结构墙体进行剖切标注出图（图4），从BIM软件中直接导出平面及剖面图纸（图5），确保图面内容准确性，极大提高设计出图效率，同时减少上述麻烦和隐患。

图3模型剖切图

图4预留孔洞模型剖切图

图5预留孔洞BIM出图

2.4施工招标阶段的应用

2.4.1机电工程量统计分析

施工招投标阶段，建设单位需整体把控机电招标工程量，基于施工图BIM模型提取实体模型构件的工程量信息和构件属性信息，导出机电工程量明细表，辅助业主进度管理和支付管理。对于施工过程中的变更、洽商，通过BIM模型与机电工程量明细表的参数化关联关系，快速生成变更后的机电工程量明细表，提高各阶段工程计量的效率。

2.4.2机电造价控制分析

通过项目的BIM造价数据指标采集，完成各类项目针对BIM模型的造价指标库搭建，形成企业定额库。以本站地铁项目为例，形成基本功能区域（站台层、站厅层、站台底板层等）面积造价指标、大宗构件（风管及保温、风阀、静压箱、各类水管、强弱电桥架和支吊架等）单位造价指标、材料消耗量指标和人工消耗量指标等，为后续施工机电工程量招标工作提供快速、准确的计算。

2.5施工阶段的应用

2.5.1大型设备运输路径预演分析

在二次结构施工前，搭建空调机组、大型水泵及配电柜等大型设备模型（图6），并对其运输路线进行4D动画模拟（图7），检查设备进站通道的大小、畅通程度、设备基础等环节是否能满足设备运输安装的要求，为后期吊装运输提供足够空间，避免因运输空间不足导致砌体拆除，减少返工。通过动画模拟提前发现问题，辅助优化运输和安装方案，减少施工风险。

图6大型设备运输路径平面图

图7大型设备运输路径动态模拟

2.5.2设备末端及支吊架深化设计

有些房间机电管线和设备末端需要进行施工深化，通过BIM设计确保方案的实用经济美观及现场施工的合理性。针对设备类型较多的屋面、设备间、卫生间和走道的位置，利用BIM技术进行方案的布置，提供多种方案供业主选择。支吊架设计人员直接在BIM模型中剖切断面（图8），根据模型中管线排布设计支吊架布置方案，提高设计效率，确保综合管线布置与支吊架布置协调一致。

图8设备末端及支吊架深化

2.6运维阶段的应用

管线综合在运营阶段的BIM技术应用主要是指各机电设备的智能运维养护、状态跟踪、设备资产转固及成本管理等内容。

2.6.1设备智能运维养护及状态跟踪

在前期策划阶段，对项目机电设备编制设备设施编码标准（图9）。机电设备进场时，均粘贴有唯一字串编号的二维码，类似于人的身份证信息，每个设备均有线路、位置、序列号等信息。现场施工单位安装设备时，完成设备信息和模型相互关联，达到后期二维码巡检及追溯工单的作用。基于“BIM+物联网”技术，在设备巡检中利用移动端APP填写巡检记录，并标注设备状态。施工现场通过系统平台调用设备时，系统自动过滤存在安全隐患的设备，防止安全事故发生，便于项目机电设备状态监控、维护维修记录、执行和分析。

2.6.2设备资产转固及成本管理

基于机电设备编码技术，可实现机电设备全过程盘点、统计，便于快速查找资产及核对资产信息，提升盘点过程准确性，利于设备资产转固。依据移动端APP实时机电设备进度、材料、奖惩采集数据，系统实现自动汇总，并与计划成本对比，实现BIM5D管理功能，基于BIM模型实现进度-材料-成本数据关联，提升管理效率，降低人力投入。

图9机电设备二维码技术

3、结论

城市轨道交通在信息化时代背景下呈飞速发展之势，传统二维手段已无法满足发展要求[2]。本文阐述了BIM技术在轨道交通地下车站管线综合全生命周期中的应用，在设计阶段，BIM技术不仅可以有效整合各专业管线、减少管线碰撞、提升检修空间及站内净空，还能为业主在招标阶段提供造价依据，辅助业主成本控制，施工阶段辅助施工深化设计，运维阶段助力机电设备运维养护、资产转固等，这些特点可以很好地弥补传统二维手段的缺点。但本文论述篇幅较为有限，其未被挖掘的应用还很多，如BIM+IoT、万物互联、智能轨道交通等。

参考文献:

[1]庞晓磊,马汝岩.基于BIM技术的城市轨道交通建设管理研究[J].天津建设科技,2021,31(1):16-19.

[2]史恬齐.BIM技术在管线综合中的应用研究———以哈尔滨地铁2号线南直路站为例[J].住宅与房地产,2020(36):203-204.

[3]邱智铖.BIM技术在管线综合中的应用研究———以洛阳地铁1号线为例[J].中国新通信,2023,25(5):67-69.

[4]朱宸,张艳菲.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[J].绿色环保建材,2021(5):173-174.

文章来源:庞晓磊.基于BIM技术的管线综合在轨道交通地下车站全生命周期中的应用[J].科技创新与应用,2024,14(20):185-188.