蔣宗發(fā)， 毛強碩， 杜　峰， 張　立

(1. 中國市政工程西北設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州　730000；2． 中建南方投資有限公司， 廣東 深圳　518000)

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深圳地鐵9號線深化設計中BIM的應用及效果探討

蔣宗發(fā)1， 毛強碩2， 杜峰1， 張立1

(1. 中國市政工程西北設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州730000；2． 中建南方投資有限公司， 廣東 深圳518000)

摘要：以深圳地鐵9號線為例，從組織開展深化設計工作并利用BIM技術對站后工程常規(guī)機電、系統機電各個專業(yè)設計施工過程中遇到的接口協調及碰撞等問題進行模擬分析。主要得到以下經驗總結： 1)管理中規(guī)范深化設計的工作流程，保證了深化設計BIM工作的順利開展； 2)技術上利用BIM技術精細化管理各個專業(yè)，減少管線安裝的碰撞及對結構的損害； 3)接口協調方面，利用BIM技術有序地安排各個專業(yè)施工，能保證設計與施工的同步以及各專業(yè)之間的統一協調性。

關鍵詞：地鐵工程； 建筑信息模型(BIM)； 深化設計； 接口協調； 管理機制

0引言

隨著我國社會的快速發(fā)展，城市化進程的推進，城市地上空間已難以滿足城市的發(fā)展需求[1]，正在加速城市地下空間的開發(fā)利用。地鐵工程作為交通建設中的重點，其優(yōu)勢在于能充分利用地下空間。目前在國內一二線城市，如北京、廣州、上海、深圳等地區(qū)掀起了興建地鐵的高潮。地鐵工程的特點在于工程本身位于地下且空間狹小，地鐵的安裝工程是要在這狹小的空間內將各類管線、設備進行布局。管線及設備在設計及施工安裝過程中極易發(fā)生沖突碰撞，如何充分有效利用地下空間成為最重要的探索方向。利用BIM技術對地下安裝工程進行模擬成為探索的重要途徑，對各類管線設備進行提前預知安裝空間情況，能避免安裝過程當中的管線碰撞。

在利用BIM技術進行探索研究方面： 于金勇等[2]研究了上海軌道交通11號線石龍路站在安裝過程中解決的管線碰撞、設備房優(yōu)化等問題，并從設備安裝到運營維護各個階段中得出BIM技術的應用價值點。

張建平等[3]根據我國施工管理特點和實際需求,提出了工程施工BIM應用的技術架構、系統流程和應對措施,并將BIM與4D技術相結合,自主研發(fā)建筑施工BIM建模系統和基于BIM的4D施工項目管理系列軟件,從而形成一套工程施工BIM應用整體實施方案并成功應用于國家體育場等十幾個大型工程項目,驗證了其可行性和適用性,充分體現了BIM技術在工程施工中的應用價值和廣闊前景。

李勇[4]為實現BIM技術預測功能,采用可靠性理論、概率方法理論,考慮施工過程及進度影響因素的不確定性,分析了目標進度和預測進度的復雜關系,建立了施工進度隨機預測模型。

近幾年來，隨著地鐵在全國各大城市興建,BIM的應用得到了迅速的提升。在上海市建筑施工行業(yè)協會發(fā)布的《2014年度施工企業(yè)BIM技術應用現狀發(fā)展報告》中提到目前國內各大建筑工程企業(yè)應用BIM技術及人才儲備狀況。深圳地區(qū)發(fā)布了《深圳市建筑工務署B(yǎng)IM 實施管理標準》，該標準通過分析目前我國基本應用情況及國家發(fā)展信息技術的需求，對于目前建設工程項目BIM技術的應用進行了統一的規(guī)范要求，為達到BIM技術應用信息的平臺資源共享及BIM技術信息化基礎的建設打下基礎，并從中發(fā)掘出更多的應用價值點。

目前在建設工程施工項目中將BIM技術應用于管理相對較少，側重運用于大型建設工程項目的三維建模即施工模擬及安裝工程管線碰撞檢查[5-6]。而大型項目BIM模型量大，需要嚴格有效的管理方法才能確保BIM模型滿足多專業(yè)、多人員有條不紊地協同工作[7]。本文以深圳地鐵9號線為例，利用BIM技術通過建立深化設計組織管理體系，對全線18個車站及車輛段停車場的站后安裝工程進行深化設計，統一對常規(guī)機電、系統機電各個專業(yè)設計施工過程中遇到的接口協調及碰撞等問題進行模擬分析，提出相關可行性意見及方案，為實現設計、施工一體化提供技術平臺。

1工程概況

深圳地鐵9號線(見圖1)西起南山區(qū)紅樹灣站，東至羅湖區(qū)文錦站，經過南山區(qū)、福田區(qū)、羅湖區(qū)。線路全長約為25.38 km，共設22座車站，全部為地下車站和線路。本項目機電安裝工程涵蓋軌道工程、常規(guī)機電、裝飾裝修、通信系統、信號系統、供電系統、綜合監(jiān)控系統、安防及門禁系統等多個專業(yè)。

圖1　深圳地鐵9號線工程線路示意圖

2BIM技術簡介

BIM即建筑信息模型[8](Building Information Modeling) 是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立。它具有可視化、協調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5個特點。利用三維建模技術，把整個工程的三維數字模型建造出來，制作出一個只存在于電腦里面的數字工程模型，然后通過向這個模型中添加工程的所有相關信息，形成一個工程信息數據庫。

利用BIM技術實現不同專業(yè)設計之間的信息共享，實現設計碰撞檢測、能耗分析、成本預測等[9]。用于施工及管理實現動態(tài)、集成和可視化的施工管理并實現建設項目施工階段工程進度、人力、材料、設備、成本和場地布置的動態(tài)集成管理及施工過程的可視化模擬[10-11]。BIM技術涵蓋的范圍見圖2。

3BIM應用管理機制的建立

深圳地鐵9號線工程深化設計工作，利用現有的資源及組織架構，對本次深化設計工作BIM建模流程規(guī)范化。深化設計工作流程見圖3。BIM建模工作流程見圖4。

圖2　BIM技術涵蓋的范圍

圖3　深化設計工作流程

圖4　BIM建模工作流程

在拿到設計院提供的送審版圖紙及設計資料后，深化設計人員應熟悉設計內容，領會設計意圖。組織設計單位進行設計交底，對圖紙表達不詳盡或者不明白的地方進行歸納整理，并及時向設計單位進行提交，經設計答疑確認后，進行下一步深化工作。通過各方面比選，本次深圳地鐵9號線采用Autodesk公司的Revit軟件進行建模[12]。

1)根據土建專業(yè)圖紙完成初步土建模型(見圖5)，之后根據土建施工完成后的結構實測數據對模型進行修正，為后續(xù)的機電模型搭建工作打下基礎。

2)機電建模工作根據各專業(yè)圖紙進行建模，在車站土建模型內完成各專業(yè)設備、材料、管道的整合，形成車站整合模型，并進行第1次管線碰撞分析，統計出“差、錯、漏、碰”等問題的錯誤清單，確認并提交圖紙會審會議討論優(yōu)化決策。將圖紙會審會議中決策的設計優(yōu)化修改反映在車站整合模型中，經第2次碰撞分析驗證無誤后，形成車站施工設計模型(見圖6)。

圖5　車站土建模型

圖6　車站機電整合模型

3)經過反復發(fā)現問題、解決問題的過程，圖紙中存在的問題均得到一一解決，經深化設計人員自校后完成最終模型并導出二維圖紙。完成的圖紙需經設計監(jiān)理、設計院審批確認后，設計院根據深化成果進行修改施工圖；若未通過設計監(jiān)理或設計院審批，則需按照相關意見繼續(xù)深化細化圖紙。

4)在得到設計院提供最終的施工圖后，各深化設計人員進行詳細閱圖，對作圖范圍、圖面表達、構件編號等進行統一的規(guī)定，然后開始工作圖的轉化設計，以BIM檢驗標準作為階段性成果的考核依據，確保深化設計成果文件的質量。

4BIM應用解決的問題

4.1碰撞問題

在將各個專業(yè)的模型疊加進行碰撞分析時候，會發(fā)現很多問題，主要分為以下2類： 第1類為風管、橋架、水管碰撞問題；第2類為管線與建筑結構碰撞問題。

1)在完成車站的整合模型，進行碰撞檢查時發(fā)現多處各專業(yè)管線之間的碰撞，舉例如圖7所示： 給水管與風管產生了碰撞，利用BIM技術建模完成發(fā)現這一碰撞問題，在安裝時將水管向上繞過風管進行安裝，避免了后期安裝的碰撞問題。圖8為調整后水管翻過風管安裝，避免了管線之間的碰撞，這樣避免后期施工時產生碰撞，提前解決了問題。

圖7　風管與水管的碰撞調整前

Fig. 7Collision of ventilation pipeline and water pipeline before adjustment

圖8　風管與水管的碰撞調整后

Fig. 8Collision of ventilation pipeline and water pipeline after adjustment

2)車站站廳層機電管線與裝飾裝修合模后(見圖9)存在碰撞點： 站廳層通道存在結構降板區(qū)，降板區(qū)域板底標高為3 900 mm，在此降板區(qū)下方有尺寸為3 000 mm×600 mm的風管通過，且此處裝飾裝修天花要求標高為3 800 mm，而機電管線綜合完成后支架底標高為3 060 mm，因此天花風管碰撞，達不到3 800 mm的裝修標高的要求。利用BIM技術發(fā)現了降板區(qū)對于管線及裝修天花標高的影響，并對其進行優(yōu)化設計，將此處的裝修天花取消，以滿足安裝要求。

圖9　車站站廳層碰撞檢查

4.2優(yōu)化預留洞口

在進行車站砌筑施工之前，首先根據施工圖上各專業(yè)管線位置，在圖10中通過利用BIM技術將風管、橋架、水管穿墻位置形象地顯示出來，對土建砌筑提出預留洞口的要求；同時將BIM模型用于土建砌筑施工交底，使得工人能直觀地了解應該預留的孔洞位置、尺寸，避免安裝工程施工對砌體的二次打鑿及砌筑工程的返工，保證了墻體的美觀。

圖10　砌筑預留孔洞

4.3可視化交底

在安裝工程施工前需要進行施工技術交底，目前技術交底基本上使用常規(guī)藍圖交底方法，由于圖紙變更、返工嚴重，審圖不清，損耗過大等原因導致交底不清楚。利用模型進行施工交底見圖11。在圖11中，現場技術人員利用BIM 技術模擬施工，對施工難點提前反映，就可以使施工組織的計劃更加形象精準，可以針對整個工程進行BIM 進度計劃，統籌安排，以保證工程進度如期合理完成。除此之外，利用現代移動電子設備將模型導入移動設備中(見圖12)，現場工程師直接根據模型用于指導工人的現場施工。

圖11　利用模型進行施工交底

4.4施工工序安排

利用BIM技術對工程進行分解，首先將結構及建筑模型完成作為基礎，機電各專業(yè)在此基礎上根據現有的施工圖進行建模，從中確定相關管線及主要大型設備位置。在此基礎上，再將各個細部關鍵部位添加進來，將空調風管、消防水管、給水管等添加到主體模型中，并得到優(yōu)化過的模型成果。根據得到的BIM模型，對施工過程當中占用安裝空間資源較大的設備及管線進行優(yōu)先安排施工，對于影響較小的可相對延后其施工。在得到成果后，管線的排布從上至下如圖13所示。

圖12　模型與現場完成對比

標高單位為m,管線尺寸標注為mm。

圖13管線綜合排布示意圖

Fig. 13Layout of pipelines

根據上述要求，優(yōu)化了相關的施工工序，管線按上述排布由上往下依次進行施工，這樣做到了協調各專業(yè)的交叉施工，避免了各專業(yè)交叉施工的影響，并有效地節(jié)約了支架的用材，保證了安裝工程的美觀。深圳地鐵9號線利用BIM技術進行深化設計共發(fā)現處理了管線碰撞問題600余處，接口協調問題50余項，并提出了相關管線設計優(yōu)化方案，避免了施工碰撞問題造成的返工和不必要的接口協調問題；同時可視化的模擬施工，對于施工方提升施工水平和經濟效益有著明顯的作用，更有利于今后工程的項目開展。

5結論與討論

深圳地鐵9號線站后工程通過利用BIM技術進行深化設計，從建立組織管理到應用到現場施工模擬，將BIM技術大規(guī)模應用于地鐵施工項目管理。在地鐵安裝工程中BIM 技術的使用得到了經濟效益，也增加了技術人員的知識水平，得到以下經驗總結。

1)管理中規(guī)范了深化設計的工作流程，保證了深化設計BIM工作的順利開展。本次深化設計建立了相關的組織機構，配置了專職人員，很好地保證了BIM深化設計的順利開展。

2)利用BIM技術精細化管理了各個專業(yè)，減少了管線安裝的碰撞及對結構的損害。根據BIM建模碰撞問題分析，解決了600多處碰撞問題，優(yōu)化了相關方案，避免了后期安裝工程管線碰撞問題對結構的損害。

3)接口協調方面，利用BIM技術有序地安排了各個專業(yè)施工，保證設計與施工的同步以及各專業(yè)之間的統一協調性。通過BIM技術模擬管線安裝實際情況，根據相關排布調整出圖及施工安排，實現了設計與施工的同步協調。

通過此次深圳地鐵9號線BIM技術的應用，希望利用BIM設計手段，在今后的設計施工過程中尋找和建立機電設備安裝的規(guī)律和標準，解決目前隨意打孔破壞結構的現象，使得工程使用壽命得以延長。

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Discussion on Application and Effect of Building Information Modeling (BIM) Technology in Design of Shenzhen Metro Line No. 9

JIANG Zongfa1, MAO Qiangshuo2, DU Feng1, ZHANG Li1

(1.CSCECAECOMConsultantsCo.,Ltd.,Lanzhou730000,Gansu,China; 2.ChinaConstructionSouthInvestmentCo.,Ltd.,Shenzhen518000,Guangdong,China)

Abstract:The interface coordination and construction collision during the design and construction of conventional mechatronics and system mechatronics of Shenzhen Metro Line No. 9 by using the building information modeling(BIM) technology are simulated and analyzed. The conclusions drawn are as follows: 1)The success of BIM application can be guaranteed by a standardized development design work procedure. 2)The collision of pipe lines can be reduced and the structure damage can be minimized by using BIM technology. 3) The synchronization between design and construction and the uniformity of every design profession can be achieved by using BIM technology.

Keywords:Metro; building information modeling(BIM); development design; interface coordination; management mechanism

中圖分類號：U 45

文獻標志碼：A

文章編號：1672-741X(2016)04-0433-06

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.04.010

第一作者簡介：蔣宗發(fā)(1989—)，男，廣西桂林人，2012年畢業(yè)于河海大學，環(huán)境工程專業(yè)，本科，助理工程師，主要從事地鐵施工項目管理工作。E-mail: 491740795@qq.com。

收稿日期：2015-09-20; 修回日期: 2016-01-20