文/陳星

1 前言

在整個地鐵施工建設(shè)過程中，機(jī)電安裝工程是其中極為重要的一環(huán)。機(jī)電安裝工程中各類管線紛繁復(fù)雜，在傳統(tǒng)的二維圖紙中很難將各類管線的排布走向立體地反映出來。因此，在以往的機(jī)電施工過程中，時常會因管線位置沖突導(dǎo)致返工。在建筑信息模型（BIM）技術(shù)出現(xiàn)后，因?yàn)锽IM 技術(shù)將整個機(jī)電的管線都排布在三維的立體空間中，施工技術(shù)人員可以很直觀地在三維模型中檢查和調(diào)整管線走向，極大程度降低了管線沖突和后期返工頻率。

本文依托于福州市軌道交通2 號線建設(shè)過程中對BIM 技術(shù)的應(yīng)用和總結(jié)，淺談BIM 技術(shù)在機(jī)電施工中的優(yōu)勢和不足，探索更便捷有效的應(yīng)用方式。

2 工程概況

福州地鐵2 號線一期工程線路起于蘇洋站，途經(jīng)福州大學(xué)城、金山、鼓臺核心區(qū)、晉安等組團(tuán)，連接福州汽車客運(yùn)西站、金山文體中心、蘇萬寶商圈、五一廣場、鼓山風(fēng)景名勝區(qū)等重要節(jié)點(diǎn)，止于洋里站，大致呈東西走向。福州地鐵2 號線線路全長30．3km，全部為地下線；共設(shè)置22 座車站，全部為地下車站；采用6 節(jié)編組B 型列車，最高運(yùn)行速度80km/h。

圖1 福州軌道交通2 號線線路圖

3 福州地鐵2 號線地鐵機(jī)電安裝工程的重難點(diǎn)

機(jī)電安裝工程作為地鐵站后工程的主體，包括有車站通風(fēng)空調(diào)、低壓電氣、給排水及消防系統(tǒng)等專業(yè)設(shè)備、線路及管道的安裝工程對地鐵車站的運(yùn)營、行車等功能的實(shí)現(xiàn)有著極其重要的作用。地鐵機(jī)電安裝工程內(nèi)容較為復(fù)雜，因此在施工過程中存在眾多重難點(diǎn)：工期緊、接口多、交叉施工多、施工環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備及材料要求高、調(diào)試工作量大且要求高等問題。

3.1 工期緊

地鐵工程與民眾的出行息息相關(guān)，通常會受到社會各界的廣泛關(guān)注，導(dǎo)致其開通日期基本不可更改。站前工程受到征地拆遷、土質(zhì)構(gòu)成等因素影響，施工進(jìn)度得不到保障。機(jī)電安裝工程作為站后工程，需等待土建工程完工后進(jìn)場，在節(jié)點(diǎn)工期不變的情況下，受土建滯后影響對原本緊張的工期進(jìn)一步壓縮。

3.2 接口多

地鐵工程包含有土建、盾構(gòu)、鋪軌、機(jī)電安裝、裝飾裝修、供電、通信、信號、綜合監(jiān)控、火災(zāi)自動報警、屏蔽門、氣體滅火等多個專業(yè)，其中機(jī)電安裝工程的專業(yè)接口幾乎涵蓋了地鐵施工的所有專業(yè)，眾多的接口也導(dǎo)致了機(jī)電安裝工程的施工組織、協(xié)調(diào)各專業(yè)的工序銜接工作量大、難度高。

3.3 交叉施工多

由于地鐵工程屬于地下工程，其空間相較于普通房建工程更為狹小，站后各專業(yè)的施工受工期影響需同時進(jìn)行，所以在狹小的施工空間內(nèi)（尤其是設(shè)備區(qū)走道等區(qū)域）存在大量的交叉施工，協(xié)調(diào)各專業(yè)的工序銜接顯得尤為重要。

3.4 施工環(huán)境復(fù)雜

由于地鐵公共交通的特殊性，其施工現(xiàn)場通常位于城市的核心區(qū)域，地面場地受限、人員及材料進(jìn)場困難、施工場地狹小、各專業(yè)大量交叉施工、施工現(xiàn)場通風(fēng)條件差等問題充分體現(xiàn)了地鐵施工環(huán)境的復(fù)雜性。

3.5 設(shè)備及材料要求高

地鐵工程既是地下公共交通工程也是人防工程，因此其機(jī)電安裝工程的設(shè)備材料要求和防火等級也較普通房建的機(jī)電安裝工程更高。

3.6 調(diào)試工作量大、要求高

機(jī)電安裝工程的設(shè)備多、接口多，地鐵作為公共交通設(shè)施，其設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性十分重要。因此，無論在單機(jī)調(diào)試還是綜合聯(lián)調(diào)，機(jī)電安裝專業(yè)技術(shù)員的調(diào)試工作同樣顯得尤為重要[1]。

4 BIM 技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用

地鐵機(jī)電安裝工程施工場地狹小、交叉施工多、工程量大且技術(shù)難度高等問題導(dǎo)致地鐵機(jī)電安裝的設(shè)備、管線布置難度大。BIM 技術(shù)在機(jī)電安裝工程施工中的應(yīng)用有利于優(yōu)化施工方案，控制施工進(jìn)度，提升施工工藝，控制工程成本。在福州市軌道交通2 號線機(jī)電安裝工程施工中進(jìn)行了以下BIM 技術(shù)應(yīng)用：

4.1 工程模型可視化

地鐵機(jī)電安裝工程安全文明施工的要求高，臨時工程是極為重要的一環(huán)。福州地鐵建設(shè)項(xiàng)目工程中的2 號線首先應(yīng)用了BIM 技術(shù)，BIM 技術(shù)擁有工程模型可視化的優(yōu)勢，有效解決了部分接口、交叉施工、材料加工等難題。通過BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對臨時工程可視化，再對臨時工程安裝位置尺寸調(diào)整定位，避免臨時工程與正式工程的位置沖突，更清晰準(zhǔn)確對施工及管理人員技術(shù)交底，提升了工程建設(shè)規(guī)范性、施工安全性。在模型中確定臨時工程所需材料的數(shù)量和尺寸以及安裝位置，未進(jìn)場前預(yù)制加工，進(jìn)廠后直接現(xiàn)場拼接和安裝，大大縮短了臨時工程的施工時間，節(jié)約的工期也為后面的正式工程提供了便利，緩解后期工期壓力。

圖2 臨時工程模型情景

圖3 臨時工程實(shí)體布局

4.2 綜合管線優(yōu)化

在福州市軌道交通2 號線的建設(shè)過程中，結(jié)合二維CAD 設(shè)計藍(lán)圖，分別建立土建模型與機(jī)電安裝及裝飾模型，將各個專業(yè)的模型進(jìn)行匯總，生成綜合管線模型。根據(jù)管道尺寸、走向以及現(xiàn)場安裝空間等綜合考慮，將管線重新排布，在滿足規(guī)范以及各專業(yè)功能的前提下合理布置各管線路徑，得到更為合理的三維模型，生成不同關(guān)鍵位置（尤其是設(shè)備區(qū)走道）的三維、軸側(cè)、平面視圖，有效繪制精細(xì)的管線布置模型，從而得到可直接指導(dǎo)現(xiàn)場管線綜合排布的施工圖紙。在模型深化過程中，對管線沖突和檢修不利的區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，從而避免了在現(xiàn)場施工過程中的因?yàn)榉倒ざ斐傻牟牧侠速M(fèi)和綜合管線之間的沖突，同時也節(jié)省了工期。

圖4 設(shè)備區(qū)走道軸測圖

圖5 設(shè)備區(qū)走道剖面圖

4.3 設(shè)備機(jī)房深化設(shè)計

地鐵的環(huán)控機(jī)房內(nèi)包含通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)的空調(diào)器、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組等大型設(shè)備，這些設(shè)備通常連接著通風(fēng)空調(diào)專業(yè)的管網(wǎng)，是整個通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的“心臟”。同理，消防泵房也是消防系統(tǒng)的“心臟”。

福州地鐵2 號線機(jī)電施工中通過BIM 建模對機(jī)房、設(shè)備房進(jìn)行可視化的深化設(shè)計，將機(jī)房和設(shè)備房內(nèi)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線在三維模型上直觀反映。調(diào)整優(yōu)化房間內(nèi)管線排布，確定墻體孔洞位置，墻體砌筑時直接預(yù)留孔洞，避免了后期在墻體隨意開孔造成工效浪費(fèi)。通過出具細(xì)部部位細(xì)節(jié)詳圖，直觀展現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的各個零件以及閥門部件裝配，也可以對機(jī)房和設(shè)備房的管道、支架等進(jìn)行工廠預(yù)制化加工，優(yōu)化施工步驟，擺脫了現(xiàn)場施工條件和施工空間地制約，大大節(jié)省了施工工期，有效提高工效和施工現(xiàn)場的安全管理，對整個工程起到了推進(jìn)的積極作用。

圖6 冷水機(jī)房可視化設(shè)計模型

圖7 冷水機(jī)房安裝實(shí)體

圖8 消防泵房三維深化設(shè)計

圖9 環(huán)控機(jī)房三維深化設(shè)計

4.4 預(yù)制化施工

機(jī)電安裝工程前期受土建主體結(jié)構(gòu)交付的影響，出現(xiàn)了施工面移交滯后工期被壓縮的情況。如果等到土建移交場地后才開始施工，很可能無法在既定節(jié)點(diǎn)前完成施工任務(wù)。因此，機(jī)電安裝工程的管線施工采用了預(yù)制化加工的方法，有效縮短了施工工期。預(yù)制化加工是指將機(jī)電的部分管線在現(xiàn)場不具備安裝條件時在場外設(shè)置加工廠預(yù)先進(jìn)行加工，等到現(xiàn)場具備安裝條件后立即運(yùn)轉(zhuǎn)材料至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。預(yù)制化加工的主要應(yīng)用范圍在通風(fēng)空調(diào)的風(fēng)管安裝、環(huán)控機(jī)房的水系統(tǒng)管道安裝以及消防泵房的消防水管安裝。

預(yù)制加工實(shí)施過程中，技術(shù)人員先到施工現(xiàn)場復(fù)核土建結(jié)構(gòu)，將模型與實(shí)際土建結(jié)構(gòu)調(diào)整一致后，再二次深化模型。BIM 技術(shù)人員將風(fēng)管、水管進(jìn)行分段編號，并在模型中反映出來。確定相關(guān)管線的長度、尺寸以及連接方式，將參數(shù)提交至加工廠進(jìn)行加工。加工廠預(yù)制加工完成后，等到施工現(xiàn)場具備安裝條件，再將該區(qū)域的預(yù)加工好管線運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝。安裝方式和安裝位置根據(jù)加工之前BIM 深化過后的圖紙確定。

圖10 風(fēng)管分段

5 BIM 技術(shù)實(shí)施過程中重難點(diǎn)分析

BIM 技術(shù)對于地鐵機(jī)電安裝工程雖然有著積極的幫助，但要想把BIM 技術(shù)更加有效應(yīng)用到現(xiàn)場施工中，還存在一些難點(diǎn)需要克服，具體情況如下：

5.1 建模的準(zhǔn)確性

要想實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)對于地鐵機(jī)電安裝工程現(xiàn)場施工具備指導(dǎo)性，工程模型的準(zhǔn)確性是前提條件。因此，在機(jī)電施工前對土建模型進(jìn)行復(fù)核、調(diào)整，使模型與現(xiàn)場實(shí)際保持一致才能有效實(shí)施BIM 技術(shù)。同時，機(jī)電模型自身的模型尺寸也需要保證尺寸準(zhǔn)確，例如水系統(tǒng)閥門的長度、閥體寬度、風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管軟接的長度、風(fēng)管彎頭的曲率和形狀。一系列的細(xì)節(jié)處理都可能影響到整個系統(tǒng)的排布[2]。

5.2 深化調(diào)整的可行性

在BIM 建模后，為實(shí)現(xiàn)管線深化調(diào)整的可行性，BIM 工程師要根據(jù)各專業(yè)的功能需求、規(guī)范要求以及管線排布的原則重新布局管線，這就需要BIM 工程師掌握各專業(yè)的技能知識以及熟悉規(guī)范要求。

5.3 施工的精準(zhǔn)度

各類管線按照BIM 模型的排布，如同一輛輛各行其道的汽車，各個車輛按自己的路線有序行駛，便可以使整個系統(tǒng)相安無事。如果某個車輛誤入其他車道，勢必會導(dǎo)致“堵車”。因此，保證施工的精確度，使管線完全按照排布好的路徑進(jìn)行安裝才能使BIM 技術(shù)的應(yīng)用得到有效實(shí)施。

6 結(jié)語

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，機(jī)電安裝工程作為地鐵建設(shè)的核心工程，也會向著更高的施工水平、更高的施工效率、更高的施工工藝發(fā)展，機(jī)電安裝工程中BIM 技術(shù)應(yīng)用也必將成為地鐵建設(shè)發(fā)展的重點(diǎn)。