王成君， 尹紫紅， 高 雪， 趙豐年

(1. 中鐵十二局集團電氣化工程有限公司成都地鐵5號線一、二期機電安裝及裝飾工程2標段, 天津 300308; 2. 西南交通大學, 四川成都 610031)

地鐵站綜合管線BIM模型優(yōu)化研究

王成君1， 尹紫紅2， 高 雪2， 趙豐年2

(1. 中鐵十二局集團電氣化工程有限公司成都地鐵5號線一、二期機電安裝及裝飾工程2標段, 天津 300308; 2. 西南交通大學, 四川成都 610031)

文章依托成都地鐵5號線機電安裝工程的建設，基于BIM技術(shù)，建立機電安裝工程綜合管線Revit三維模型，并將模型導入Naviswork碰撞檢查軟件中，優(yōu)化綜合管線的布設方案。在綜合管線最終優(yōu)化方案的基礎上，研發(fā)創(chuàng)新性綜合管線分段整體吊裝技術(shù)。研究結(jié)果如下：BIM技術(shù)建立的可視化機電安裝工程綜合管線模型，有效地克服了傳統(tǒng)的二維圖紙交底施工的信息交流障礙，為解決機電安裝工程各專業(yè)間協(xié)調(diào)布置的問題提供了技術(shù)基礎；根據(jù)綜合管線排布原則，通過Naviswork對機電模型進行碰撞檢查、優(yōu)化設計，確定了綜合管線的排布方案，為綜合管線分段整體吊裝提供數(shù)據(jù)支撐。

地鐵站； 綜合管線； 分段整體吊裝技術(shù)； BIM技術(shù)

隨著城市化進程的不斷加快，軌道交通建設事業(yè)也迅猛發(fā)展。科技的發(fā)展使地鐵建設不斷進步，地鐵車站機電設備系統(tǒng)也日趨完善，機電安裝工程綜合管線的種類和數(shù)量也越來越多[1]。其包含了各種各樣的專業(yè)系統(tǒng)，各專業(yè)的協(xié)調(diào)和施工過程變得非常繁瑣。

BIM技術(shù)的發(fā)展和成熟，一方面，有效地解決了地鐵機電安裝工程中建筑結(jié)構(gòu)、管道、暖通以及電氣管線等各個專業(yè)設計之間的協(xié)調(diào)問題。同時為各個專業(yè)提供互相協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)，保證分工明確，提高施工效率，防止出現(xiàn)專業(yè)間交叉錯亂的現(xiàn)象[2]。另一方面，地鐵站設備區(qū)、走廊等區(qū)域施工空間狹小，BIM為綜合管線的精細化設計和安裝奠定了技術(shù)基礎，能夠有效地解決綜合管線施工和安裝空間的沖突。通過BIM技術(shù)對機電安裝模型進行碰撞檢查、優(yōu)化設計，確定了綜合管線的布設方案，為綜合支吊架分段吊裝提供技術(shù)支撐。

本文針對復雜的地鐵車站機電安裝工程綜合管線問題，選取成都地鐵5號線杜家碾車站作為研究對象，通過機電綜合管線模型的建立和碰撞檢查，優(yōu)化綜合管線設計，進而為支吊架設計提供數(shù)據(jù)資料[3]。

1 綜合管線模型

結(jié)合地鐵站建設項目BIM實施規(guī)劃要求，根據(jù)設計、施工階段的需要，編制BIM實施方案和執(zhí)行計劃。實施方案和執(zhí)行計劃是保證BIM應用有效落實的手段，保證施工階段建筑結(jié)構(gòu)、綜合管線等模型的建立[4]。其中機電安裝工程綜合管線建模步驟[5]：

(1)項目建設前期及準備階段：分類整理各個專業(yè)圖紙資料，確定模型建立LOD深度，查閱相關(guān)規(guī)范圖集資料。

(2)梳理建模流程、標高和軸網(wǎng)的繪制以及各個專業(yè)項目樣板文件制作。

(3)風系統(tǒng)的創(chuàng)建：風系統(tǒng)CAD圖紙的導入及設置、詳圖索引的創(chuàng)建及調(diào)整、標準風管邊長規(guī)格的創(chuàng)建、風管系統(tǒng)的創(chuàng)建、風管管件的導入及管道系統(tǒng)配置、風管的繪制、機械設備的添加、風道末端的添加與連接、冷熱負荷計算。

(4)水系統(tǒng)的創(chuàng)建：管道系統(tǒng)的創(chuàng)建、設置并使用管道類型、給排水裝置與閥門的添加、坡度管道的繪制、管道顯示方式的控制。

(5)電系統(tǒng)的創(chuàng)建：繪制電纜橋架、電氣設備的放置、電路的創(chuàng)建。

2 綜合管線優(yōu)化設計

2.1 綜合管線排布原則

機電安裝工程綜合管線包括給排水、強電、弱電、暖通等專業(yè)，涉及專業(yè)數(shù)量多，且各個專業(yè)系統(tǒng)復雜。為了充分發(fā)揮各個專業(yè)的系統(tǒng)功能，一定要協(xié)同布置各個專業(yè)，其基本的排布原則如下[6]：

(1)管徑小的管道讓管徑大的管道，工程數(shù)量少的管道讓工程數(shù)量多的管道。

(2)有壓力管道讓無壓力管，即壓力管讓重力自流管。

(3)容易施工的管線讓不容易施工的管線，檢修次數(shù)少的和方便的管線，讓檢修次數(shù)較多和不方便的管線。

(4)常溫管道讓低溫管道和高溫管道。

(5)根據(jù)以上原則，還需要結(jié)合現(xiàn)場實際施工空間、管道坡度等因素決定。

2.2 綜合管線優(yōu)化方式

機電安裝工程綜合管線深化設計非常復雜，傳統(tǒng)的優(yōu)化方式是在CAD二維圖紙上不斷修改方案，生成多版本的綜合管線圖紙。其存在的問題：圖紙不斷地更新和大面積修改，費時費力，造成了大量人力的浪費；各專業(yè)數(shù)據(jù)繁多，圖紙管理混亂；傳統(tǒng)的優(yōu)化方式難免會出現(xiàn)錯、漏、差、碰等問題，造成施工質(zhì)量差，嚴重返工現(xiàn)象；施工階段的下料計劃與實際需求也存在相當大的偏差，導致成本難以控制[7]。

現(xiàn)階段，根據(jù)圖紙以及相關(guān)的BIM模型建立的標準，使用Revit建立綜合管線BIM模型，可以對各項視覺參數(shù)指標進行分析。通過Naviswork軟件對機電模型進行碰撞檢查和優(yōu)化設計，引入BIM技術(shù)的優(yōu)化設計方式可以克服二維圖紙優(yōu)化方式的不足，縮短施工工期，避免返工，加強質(zhì)量管理能力，提高項目施工綜合管理能力[8]。

3 應用案例

3.1 工程概況

成都地鐵5號線2標段杜家碾站位于敬成路與北星路交叉路口，呈南、東西布置，5號線和1號線北延線的換乘站。小里程端是九道堰站，大里程端是大豐站。杜家碾車站是成都地鐵5號線的第7座車站，車站中心里程YDK7+740.468，為明挖地下2層島式站臺車站，車站全長250 m，標準段寬度20.6 m，有效站臺長度186 m，島式站臺寬為11.5 m，軌面埋深14.7 m，車站覆土3 m。

車站主體建筑面積1 051 608 m2，地下1層為站廳層，其中公共區(qū)建筑面積為2 450 m2，大里程端設備管理用房面積859.2 m2，小里程端設備管理用房面積為285.4 m2。地下2層為站臺層，其中公共區(qū)建筑面積為1 578 m2，大里程端設備管理用房面積613.2 m2，小里程端設備管理用房面積為1 378 m2。車站小里程端通風空調(diào)機房面積164 m2，大里程端通風空調(diào)機房331 m2。

3.2 綜合管線優(yōu)化設計過程

3.2.1 綜合管線模型建立

成都地鐵5號線杜家碾車站采取Revit軟件分專業(yè)建模的方式，主要包括結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣四個專業(yè)。結(jié)構(gòu)專業(yè)主要包括車站主體、A、B、C、D、E、F六個出入口及兩組風亭的圍護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)，模型以車站主體進行整體建模(圖1)，填充及樣板墻分別建模(圖2)，機電部分作為整體單獨建模(圖3、圖4)，其中暖通部分主要分大系統(tǒng)、通風小系統(tǒng)兩個系統(tǒng)，水系統(tǒng)分給排水及空調(diào)水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)建模。

圖1 杜家碾車站主體模型

圖2 杜家碾樣板墻模型

圖3 杜家碾站站廳層管綜圖

圖4 杜家碾站站廳層機電原方案模型

3.2.2 優(yōu)化設計一階段

(1)施工圖紙中風管管徑尺寸設計功能系數(shù)取值明顯偏大，部分風管管徑過大。根據(jù)施工經(jīng)驗，需要進行風管管徑優(yōu)化，節(jié)約風管管材、配件等材料。如圖5、圖6所示，圖紙設計中風管管徑1250×800優(yōu)化為1000×1000，風管管徑1250×630優(yōu)化為1000×800。

圖5 未優(yōu)化風管管徑

圖6 優(yōu)化后風管管徑

(2)施工圖紙各個專業(yè)都是由不同專業(yè)的技術(shù)人員繪制，基本沒有考慮到專業(yè)協(xié)同問題。如圖7、圖8所示，結(jié)合施工實際經(jīng)驗調(diào)整給水管道位置，優(yōu)化到排水主管處，節(jié)約支吊架的使用數(shù)量。圖紙中出現(xiàn)了較多管道支管需要單獨架設綜合支吊架的現(xiàn)象，優(yōu)化設計過程中，結(jié)合施工實際經(jīng)驗調(diào)整支管位置，減少支吊架的使用數(shù)量。

圖7 未優(yōu)化管道

圖8 優(yōu)化后管道方案

3.2.3 優(yōu)化設計二階段

將Revit軟件建立的成都地鐵5號線杜家碾站廳層機電安裝工程模型導入Naviswork軟件中，使用Clash Detective板塊對Revit建立的三維模型進行碰撞檢查、優(yōu)化設計[9]。針對不同的碰撞問題，比如管線與結(jié)構(gòu)、各專業(yè)管線間的碰撞問題，需根據(jù)具體的施工情況采取不同的解決措施。

(1)土建結(jié)構(gòu)和管道、空調(diào)水系統(tǒng)碰撞。杜家碾車站標高5.1 m，軸網(wǎng)號13-14軸線交A-D軸線區(qū)域，車站主體結(jié)構(gòu)和消防管道、空調(diào)水系統(tǒng)沖突，詳細情況見圖9～圖12。最終采取統(tǒng)一降低管道標高，解決了此碰撞問題。

圖9 水管與結(jié)構(gòu)碰撞

圖10 結(jié)構(gòu)剖面圖局部

圖11 站廳層給排水平面

圖12 站廳層水系統(tǒng)平面圖局部

(2)通風平面圖、小系統(tǒng)通風平面圖風口數(shù)量與管綜圖數(shù)量不一致。杜家碾車站標高5.1 m，軸網(wǎng)標號4-5交軸線B-D區(qū)域，施工圖紙中通風平面圖、小系統(tǒng)通風平面圖紙中風口數(shù)量與管綜圖紙數(shù)量不一致[10]，詳細情況見圖13～圖16。通過與設計單位溝通，確定以管綜圖為依據(jù)進行建模及施工。

圖13 通風管道模型

圖14 通風平面

圖15 小系統(tǒng)通風平面

圖16 管綜平面

(3)經(jīng)過多次碰撞檢查和設計優(yōu)化，不斷循環(huán)此過程，確定了成都地鐵5號線杜家碾車站站廳層機電安裝工程綜合管線模型(圖17)。

圖17 杜家碾站站廳層機電優(yōu)化模型

4 結(jié)論

(1)對于機電安裝工程而言，其涉及到給排水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、以及強、弱電等諸多系統(tǒng)。基于BIM技術(shù)建立的Revit三維模型有效地克服了傳統(tǒng)CAD二維圖紙指導施工的弊端，有效地解決了多專業(yè)系統(tǒng)集成管理的問題。

(2)通過Naviswork軟件對模型進行碰撞檢查，根據(jù)綜合管線排布原則，優(yōu)化機電管線與車站主體建筑結(jié)構(gòu)、各專業(yè)管線與管線間的碰撞問題，實現(xiàn)成都地鐵5號線機電安裝工程綜合管線合理、科學的布設。得到了精確的綜合管線排布方案，為綜合支吊架分段吊裝提供技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)資料。

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[定稿日期]2017-10-25

王成君(1973～)，男，學士，高級工程師，從事地鐵機電安裝工程工作。

U231.3

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