地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測中BI M技術(shù)的應(yīng)用研究

姚磊

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，武漢 430070）

1 工程概況

地鐵項目建設(shè)內(nèi)容覆蓋軌道鋪設(shè)、土建等項目。給排水系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的設(shè)備安裝工程涉及的專業(yè)包括通信、照明、供電、給排水、安防、監(jiān)控等。由于地鐵項目中的工種多，風(fēng)水電安裝難度大，為協(xié)調(diào)好風(fēng)水電安裝中的各項作業(yè)，預(yù)防返工、窩工等風(fēng)險問題，建設(shè)方將BIM技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)水電安裝項目中。通過Revit、Navisworks等軟件的應(yīng)用，施工人員可快速對風(fēng)水電系統(tǒng)進(jìn)行碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案、施工圖紙中存在的問題，以此保障地鐵項目中風(fēng)水電安裝的整體質(zhì)量。

2 地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測中BI M技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 效益優(yōu)勢

地鐵風(fēng)水電安裝項目中，BIM可以3D建筑模型為載體，幫助相關(guān)人員對地鐵風(fēng)水電安裝項目進(jìn)行科學(xué)、有效的管理。BIM作為可視化的建筑模型，可以在地鐵項目安裝通風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備、給排水系統(tǒng)時，直觀地呈現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)備布設(shè)情況；評估設(shè)計方案中是否存在沖突問題、內(nèi)部空間設(shè)計是否合理等。

不僅如此，BIM技術(shù)可實現(xiàn)地鐵項目風(fēng)水電安裝的施工模擬，用更立體的動態(tài)模型輔助風(fēng)水電安裝作業(yè)，指導(dǎo)一線施工人員規(guī)范地完成地鐵風(fēng)水電安裝任務(wù)。通過BIM模型、可視化視頻的應(yīng)用，相關(guān)人員能夠在地鐵風(fēng)水電安裝過程中降低施工分析難度、減少錯誤操作，從而確保地鐵子項目的施工質(zhì)量。另外，對于成本投入較大的地鐵項目，風(fēng)水電安裝等核心項目出現(xiàn)返工及設(shè)計問題均會造成不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失，BIM技術(shù)的應(yīng)用可有效減少安裝項目中的返工風(fēng)險，提升安裝效率，以此減少返工損失、降低項目的建設(shè)成本，保障建設(shè)方的根本效益[1]。

例如，某地鐵工程項目，地下室負(fù)3層1-M（軸）、1-3（軸）相交區(qū)域——1#樓梯區(qū)域平面圖與大樣圖紙存在差異。通過BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測后發(fā)現(xiàn)負(fù)1層軸線1-K（軸）、1-6（軸）相交區(qū)域的自來水泵房水箱進(jìn)水管與負(fù)2層車道結(jié)構(gòu)有沖突。碰撞檢測后，設(shè)計人員將水箱位置移至左側(cè)、水泵置于右側(cè)，避免了施工階段的設(shè)計變更。此外，該項目機(jī)電各專業(yè)之間進(jìn)行管線碰撞檢測后，發(fā)現(xiàn)管線重疊沖突嚴(yán)重，需要重新調(diào)整機(jī)電管線的布設(shè)方式。碰撞檢測結(jié)果圖可幫助機(jī)電安裝人員預(yù)控管線碰撞，減少管線轉(zhuǎn)彎數(shù)量、節(jié)省材料、降低成本，提高工程經(jīng)濟(jì)效益。該項目3層地下室碰撞點數(shù)共7 842個，按每個點數(shù)平均消耗150元計算，共計節(jié)約1 176 300元。同時為該地鐵項目施工建設(shè)、后期維護(hù)帶來很多潛在的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 碰撞檢測優(yōu)勢

地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測中，BIM技術(shù)的碰撞檢測優(yōu)勢非常明顯。具體表現(xiàn)在以下方面：（1）風(fēng)水電安裝施工初期，BIM技術(shù)可借助各類軟件進(jìn)行碰撞試驗，檢測出安裝項目中的硬性碰撞，如風(fēng)水電安裝中的管線碰撞、橋架碰撞，可避免延誤工期，有助于提升地鐵風(fēng)水電安裝效率，使安裝作業(yè)在計劃工期內(nèi)完工。（2）BIM技術(shù)可實時跟蹤地鐵風(fēng)水電安裝項目，關(guān)注電梯井、走廊等區(qū)域的碰撞問題，解決各類安裝作業(yè)中的疑難問題。（3）地鐵風(fēng)水電安裝中，BIM技術(shù)可在發(fā)現(xiàn)硬性碰撞的前提下，檢測出安裝過程中的軟性碰撞，減少后期因碰撞問題造成的返工風(fēng)險[2]。

3 地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測中BI M技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 應(yīng)用流程

進(jìn)行地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測時，BIM技術(shù)可借助Nacisworks、Revit等軟件建立3D碰撞檢測模型。風(fēng)水電安裝施工中，相關(guān)人員可將機(jī)電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計圖紙信息錄入Revit軟件，該軟件可分別構(gòu)建通風(fēng)系統(tǒng)BIM模型、給排水系統(tǒng)BIM模型、照明系統(tǒng)BIM模型。完成各個模型的構(gòu)建后，Revit可整合各個子模型的信息，建立地鐵風(fēng)水電系統(tǒng)BIM模型。之后，可使用Navisworks軟件獲取模型信息，自動化地對地鐵風(fēng)水電系統(tǒng)進(jìn)行碰撞檢測，分析碰撞沖突、仿真模擬風(fēng)水電系統(tǒng)安裝施工的全過程。

1）應(yīng)用BIM技術(shù)對地鐵風(fēng)水電安裝作業(yè)實施碰撞檢測時，Revit、Navisworks等軟件可根據(jù)模型自動完成碰撞檢測任務(wù)。然后，技術(shù)人員可用Revit-mep軟件分別輸入風(fēng)水電系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)信息、空調(diào)設(shè)備信息、管線支架信息等，仔細(xì)對比施工圖，梳理系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)，設(shè)置管線碰撞沖突時的容差值，以此保證碰撞檢測分析的準(zhǔn)確度。另外，BIM技術(shù)體系中，MANAGE軟件可聯(lián)合BIM碰撞檢測模型模擬地鐵風(fēng)水電工程中保溫層安裝施工空間，并且檢測風(fēng)、電、水系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)之間的碰撞沖突，修正安裝施工方案，核對碰撞點。

2）收集整理地鐵風(fēng)水電項目中的風(fēng)機(jī)設(shè)備信息、管線設(shè)計信息后，建立BIM模型。在此過程中，相關(guān)人員可利用計算機(jī)軟件、大數(shù)據(jù)技術(shù)綜合分析風(fēng)水電結(jié)構(gòu)設(shè)計、管線設(shè)計、設(shè)備安裝設(shè)計的合理性，導(dǎo)入BIM模型中風(fēng)水電系統(tǒng)的信息。以使BIM模型精確地計算各專業(yè)系統(tǒng)安裝過程中的實際容差率，從而為安裝工程留有足夠的操作空間，保障碰撞檢測后修正方案的可行性。

3）地鐵風(fēng)水電系統(tǒng)碰撞檢測過程中，相關(guān)人員應(yīng)在修正安裝施工方案后，反復(fù)應(yīng)用Nacisworks、Revit、MANAGE等軟件重復(fù)進(jìn)行碰撞檢測，模型中的碰撞沖突點數(shù)量為零時，方可正式進(jìn)入安裝環(huán)節(jié)，同時嚴(yán)格根據(jù)碰撞檢測后的修改數(shù)據(jù)重新構(gòu)建BIM施工模型，優(yōu)化風(fēng)水電系統(tǒng)的安裝方案。若地鐵土建結(jié)構(gòu)圖與現(xiàn)場實際情況存在不符，且圖紙已無法更改時，將BIM技術(shù)土建BIM模型導(dǎo)入Navis-works Manage軟件中，設(shè)置碰撞檢測邊界條件實施碰撞檢查，然后聯(lián)合應(yīng)用Revit模型，分析圖紙與實際空間位置對比后的不合理之處，記錄細(xì)部結(jié)構(gòu)的沖突，并利用BIM軟件精確查找沖突后，對照列出土建結(jié)構(gòu)圖紙上的錯誤，匯總具體的錯誤信息后，重新調(diào)整BIM模型中的設(shè)計參數(shù)，更改后重新進(jìn)行碰撞檢測。

3.2 具體應(yīng)用

3.2.1 通風(fēng)系統(tǒng)

地鐵項目建設(shè)中，通風(fēng)系統(tǒng)由排煙系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)組成，分別布設(shè)在地鐵范圍內(nèi)的設(shè)備管理區(qū)域、公共區(qū)域中。安裝通風(fēng)系統(tǒng)時，易發(fā)生碰撞沖突的區(qū)域有地鐵站廳、通風(fēng)系統(tǒng)軸向管線。應(yīng)用BIM技術(shù)對該區(qū)域進(jìn)行碰撞檢測后，相關(guān)人員可細(xì)化碰撞沖突位置，確定碰撞沖突的根源。比如，在上述地鐵項目中，通風(fēng)系統(tǒng)安裝中利用BIM技術(shù)對站廳區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)實施碰撞試驗后，發(fā)現(xiàn)主要是通風(fēng)風(fēng)管與站廳橋架造成的沖突。獲取以上信息后，技術(shù)人員可根據(jù)碰撞檢測結(jié)果調(diào)整站廳橋架結(jié)構(gòu)，如降低其標(biāo)高、調(diào)整位置，借此避免通風(fēng)系統(tǒng)安裝過程中的碰撞沖突，有效減少拆除風(fēng)管而造成的返工成本[3]。

除此之外，安裝地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備時，BIM技術(shù)同樣可識別出消防管道、排風(fēng)管道的沖突情況，并通過詳細(xì)的碰撞檢測報告為技術(shù)人員解決、規(guī)避該沖突提供參考信息。對此，技術(shù)人員可按照BIM軟件中的碰撞檢測數(shù)據(jù)確定碰撞沖突位置，針對性地調(diào)整消防管道設(shè)計、排風(fēng)管道設(shè)計，使其在安裝后無沖突問題。在此基礎(chǔ)上，BIM技術(shù)在實際應(yīng)用中可生成可視化的碰撞檢測模型，快速檢測出通風(fēng)系統(tǒng)安裝中排風(fēng)管道、電纜橋架的沖突，同時直觀地顯示碰撞位置，將位置信息標(biāo)注在施工圖紙上，使安裝人員、設(shè)計人員商定后推演更改后的設(shè)計方案，解決該項沖突。

3.2.2 照明系統(tǒng)

通常情況下，地鐵項目中的照明系統(tǒng)是機(jī)電安裝的關(guān)鍵內(nèi)容，所以，BIM技術(shù)在地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測中主要用于照明系統(tǒng)的碰撞檢測。而根據(jù)以往地鐵照明系統(tǒng)設(shè)計可知，為實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，照明系統(tǒng)多為動力照明的TNS系統(tǒng)，地鐵車站周圍的變電所、發(fā)電裝置可直接為照明裝置供應(yīng)所需的電力資源。之后，照明系統(tǒng)可憑借車站供應(yīng)的電流向其他系統(tǒng)輸送電力資源。

針對照明系統(tǒng)安裝中的碰撞檢測，BIM技術(shù)可基于地鐵項目供電系統(tǒng)的整體設(shè)計識別碰撞沖突；結(jié)合BIM模型中對照明系統(tǒng)碰撞問題的推演、識別可知，電纜線鋪設(shè)、照明系統(tǒng)輸電線路、電纜橋架之間會存在明顯的碰撞沖突。利用BIM模型處理該類沖突時，技術(shù)人員可在輸電線路架設(shè)在電纜線橋架之前，按照碰撞位置調(diào)整敷設(shè)線路，優(yōu)化照明系統(tǒng)的安裝設(shè)計。從而解決、規(guī)避該碰撞沖突，節(jié)約物料成本，提升照明系統(tǒng)的安裝效率。

3.2.3 給排水系統(tǒng)

地鐵項目中的給排水系統(tǒng)是維持地鐵基礎(chǔ)運營的重要結(jié)構(gòu)，一般由消防用水系統(tǒng)、車站給排水系統(tǒng)組成。其中，給水系統(tǒng)主要承擔(dān)地鐵運營期間的生活用水、清潔用水、生產(chǎn)用水、消防用水等，水源為市政自來水，連接市政用水管道后可由冷卻水泵為車站提供水資源。同時與地鐵通風(fēng)系統(tǒng)相連接，供應(yīng)車站運營期間的空調(diào)制冷用水。

排水系統(tǒng)由污水排放裝置、雨水采集裝置、廢水排放裝置組成。安裝給排水系統(tǒng)時，BIM技術(shù)同樣是利用碰撞模型分析給排水管道、電纜橋架、地鐵建筑結(jié)構(gòu)，以及消防管、弱電橋架之間的碰撞沖突，發(fā)現(xiàn)碰撞沖突問題后，結(jié)合模型中的位置信息，針對性地處理碰撞沖突，減少因沖突問題對給排水管道敷設(shè)、設(shè)備安裝等施工作業(yè)造成的不利影響，使給排水系統(tǒng)安裝作業(yè)按時完工。

4 碰撞結(jié)果分析

基于BIM碰撞檢測模型，地鐵項目風(fēng)水電安裝中的碰撞沖突點較多。對于較為嚴(yán)重的碰撞沖突，還應(yīng)上報設(shè)計單位再次優(yōu)化風(fēng)水電管線敷設(shè)線路，整改施工圖紙、設(shè)計圖紙。在此期間，BIM技術(shù)在地鐵風(fēng)水電安裝碰撞檢測應(yīng)用時，往往可快速識別安裝作業(yè)中的碰撞沖突點，并且在提供位置信息的基礎(chǔ)上，利用3D立體模型協(xié)助設(shè)計人員、技術(shù)人員優(yōu)化風(fēng)水電安裝中的線路設(shè)計，使其針對性地規(guī)避沖突。相關(guān)人員利用BIM碰撞檢測模型，不僅可減少安裝施工中的碰撞沖突，規(guī)避返工風(fēng)險，還能依據(jù)BIM軟件中的碰撞檢測報告，靈活地調(diào)整地鐵電纜橋架結(jié)構(gòu)、選用不同規(guī)格的風(fēng)管、排水管，可靠地調(diào)整照明系統(tǒng)的供電線路，確保地鐵風(fēng)水電安裝整體質(zhì)量，保障其基本效益。

5 結(jié)語

綜上所述，為提升地鐵風(fēng)水電安裝項目的整體建設(shè)水平，減少項目因碰撞問題造成的返工風(fēng)險，相關(guān)人員可將BIM技術(shù)用于地鐵風(fēng)水電安裝時期的碰撞檢測中，以便及時發(fā)現(xiàn)機(jī)電安裝、給排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)中的管線碰撞、專業(yè)碰撞問題，推進(jìn)工程安裝進(jìn)度，確保地鐵風(fēng)水電系統(tǒng)安裝質(zhì)量。但是為突出BIM技術(shù)在碰撞檢測中的根本優(yōu)勢，相關(guān)人員應(yīng)分別根據(jù)地鐵風(fēng)水電安裝內(nèi)容，靈活地運用各類BIM軟件，明確碰撞檢測要點，有序地完成風(fēng)水電安裝任務(wù)。