BIM技术在机电安装工程深化设计的应用

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摘要：本文以上海轨道交通项目为例，详细分析了bim+三维激光扫描技术、BIM精细化全专业建模的管理技术在项目中的创新应用和施工效果。该技术可保证项目的统一性与整体性，提高效率，节约成本，一次成优。

关键词：BIM技术；轨道交通；机电安装；三维激光扫描；深化设计；精细化建模

近年来，随着城市轨道交通基础项目的加快建设，在满足人们出行基本条件下，对地下空间利用率及整体观感上提出了新要求。上海一批新建轨交项目采用工业裸顶风的装饰风格，这也对机电管线安装施工质量和施工管理技术提出了更高的要求。因此，本文在传统施工方法的基础上引入BIM+技术，确保地铁站内裸顶效果下机电安装工程顺利实施。

1项目概况

上海轨道交通地铁项目—抚顺路站位于上海市杨浦区江浦路与中山北二路交叉口，为地下三层岛式车站，设有2个出入口、1个消防出入口及2组风亭。车站主体为三柱两跨结构形式，总建筑面积11,475m2，主体净尺寸长160m，标准段净宽22m。其重难点分析有以下几点：（1）建设单位主张工业裸装，无吊顶，全站内采用装配式综合支架，力求达到“安装工程装饰化”。（2）工期紧，专业施工单位众多，存在繁多交叉作业，需对弱电、通信、信号、供配电等系统进行总承包协调管理。（3）地铁站内建筑布局紧凑，结构空间低，设备系统管线多，公区狭窄，材料运输路线不畅，物料堆放空间有限。

2三维激光扫描技术在轨道交通机电工程中的应用

2.1技术比对与分析

进入施工现场先对结构主体进行复核。施工准备阶段将传统人工测量与三维激光扫描技术进行对比（见表1）。相较于传统二维平面图纸的抽象表示，三维激光扫描可以直观反映出被测物体的真实面目，将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字模型，其采集结果能被多种软件读取，使实物数字化成为了可能[1]。

2.2三维激光扫描技术的应用

三维激光扫描技术又称为实景复制技术，是利用激光测距原理辅以高清同轴相机，通过高速激光扫描目标物体，大面积且高分辨率地记录被测物体表面反射点的高精度三维坐标数据（精度可达毫米级）以及大量空间点位信息（反射率、色彩和纹理等信息）形成物体真实三维点云数据，是快速实现物体三维重现的一种全新的技术手段，也是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命。它的出现推动了空间数据的采集方式向实时、高精度、数字化和智能化的方向发展。三维激光扫描技术的工作流程见图1。2.2.1消防泵房内BIM+三维激光扫描技术的应用因消防泵房结构移交时间滞后，为确保消防验收节点、顺利通车，机房内的安装设计工作需前置，决定采用预制加工装配式施工技术，摒弃以前粗放式施工，减少现场安装时间。最终本项目选择采用FARO三维激光扫描系统，在施工前期对结构进行信息采集。（1）现场勘查规划路径。对现场环境进行勘察分析，了解现场是否有遮挡物，减少扫描时产生的非必要数据。（2）设置参照点。粘贴标靶记号，现场布设标靶纸，便于后期点云数据拼接时作为参照点。（3）仪器架设并设置。将仪器设立在大空间遮挡物少采集环境好的平坦平面。（4）点云数据采集、处理及生成。测量完成后将多站点现场扫描数据，导入点云处理的软件FAROScene中依次进行点云去噪、点云拼接、点云修剪等数据处理工作，合成扫描整体的点云模型[3]。与传统测量相比较精准度提高了50倍，且仅花费0.5天时间。（5）模型整合。深化后添加支吊架的机电模型、土建模型、结构模型，将模型整合在一起。（6）点云模型与BIM模型比对。将处理过的点云模型链接入Revit软件中，生成的表面三维数据即可配合BIM设计模型进行比对，查找分析出BIM设计模型与现场实际是否存在偏差。（7）截面数据对比结果。在模型中进行剖切，通过截面图直观看出实际结构与模型结构的偏差，根据实际结构的高低起伏对机电方案进行调整，用真实数据进行预制加工设计，提高施工精度，确保一次成优。2.2.2站内长通道区域BIM+三维激光扫描技术的应用在地下负一层的站厅层，有着长约200m的长通道区域，走廊首尾之间结构存在较大偏差，现场施工必将造成困扰，决定采用以三维激光扫描生成的结构模型替换传统Revit结构模型的方案，来保证支吊架定位准确、立杆长度下料精准，保图3Revit设计模型与点云模型融合剖面图图2Revit设计模型与点云模型融合轴测图证机电管线一次施工成优（见图2）。为FARO设备采集生成的点云模型与Revit设计模型嵌套合并一起后，输出长通道区域成果。经过融合后模型截面图（见图3）比对后，分析每一副综合支吊架与实际结构面的距离，重新调整立杆长度，做到数字化精准建造，提高了一次安装合格率。

2.3实施效果

运用BIM+技术深化设计后，将安装完成后的管线净空高度提高了50cm；施工进度提前了15天；避免了返工与拆改，直接经济成本约50万元；开创了三维激光扫描+BIM模型的新应用；逆向翻模、正向设计一次施工成优。

3精细化建模在轨道交通机电工程中的应用

3.1BIM实施方案制定

组建协同管理队伍，参照国家、上海市BIM相关标准，制定项目BIM实施方案，统一建模细则，丰富精细化族库，规范操作流程，建立成果验收标准，明确分工职责，以协同建模的形式短时间内完成模型创建工作。以A平台软件应用为主使用AutoCAD、Revit、Lumion、Navisworks、建模大师等软件实现模型信息的无损传递。

3.2初步设计阶段

建立全专业模型，解决图纸的错、漏、碰、缺问题。初步方案完成后，利用三维模型可视化优势，组织建设、设计、监理、施工多方进行方案沟通，各抒己见，多种方案比对，从而直接推动设计变更。（1）管线碰撞方案对比管线碰撞方案对比见图4，发现大量管线需进出走道两侧的设备房间。优化前，风管与槽盒碰撞，槽盒与水管碰撞。优化后，风管居上，槽盒居中，水管居下。槽盒水平之间预留400mm的检修通道，便于施工和维护，整体采用装配式综合支架固定，整齐美观。优化前进风管尺寸2400mm×750mm，底部标高1500mm，风管高度过低，影响环控机房主通道上行人通行。优化后进风管由一分为二，底部标高提高500mm，通过可视化的方式，在满足功能的要求下，解决了通行高度问题。（2）优化方案对比调整组合式空调机组的进风口接管方式对比见图5，优化前进风管尺寸2400mm×750mm，底部标高1500mm，风管高度过低，影响环控机房主通道上行人通行。优化后进风管由一分为二，底部标高提高500mm，通过可视化的方式，在满足功能的要求下，解决了通行高度问题。

3.3深化设计阶段

定期参加由建设单位组织的BIM协调会，完善模型内细部处理，及时输出成果，包含：预留洞口图、各专业平面图、机房二次深化后的全套施工图、支架定位图及支架大样图以及模型成果上传至协同管理平台，便于后期他人查阅。与项目部配合完成施工前的图纸＋模型交底，图纸移交流程签字确认。

3.4项目施工阶段

针对建设单位申通地铁的高标准、高要求，BIM三维可视化虚拟建造为后期施工安装提供了技术支持和保障，BIM+智慧工地平台，工人可在IPAD端、手机端、电脑端查看最新发布的模型与BIM直接导出的图纸，给予项目技术、方案支撑，避免造成返工和材料浪费，对于施工质量管理起到了很大的作用。

4结语

借助BIM模型精细化手段，为本项目的施工落地提供了强有力的技术支撑，也为后续BIM创新研究奠定了基础。

参考文献：

[1]苏立勇，路清泉，张志伟，等.基于三维点云扫描验证地铁车站BIM模型的研究[J].工程技术研究，2020，5（17）：35-36，83.

作者：史莹莹 陈根雷 单位：中建八局装饰工程有限公司 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司