BIM技術在機電安裝工程深化設計的應用

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摘要：本文以上海軌道交通項目為例，詳細分析了bim+三維激光掃描技術、BIM精細化全專業建模的管理技術在項目中的創新應用和施工效果。該技術可保證項目的統一性與整體性，提高效率，節約成本，一次成優。

關鍵詞：BIM技術；軌道交通；機電安裝；三維激光掃描；深化設計；精細化建模

近年來，隨著城市軌道交通基礎項目的加快建設，在滿足人們出行基本條件下，對地下空間利用率及整體觀感上提出了新要求。上海一批新建軌交項目采用工業裸頂風的裝飾風格，這也對機電管線安裝施工質量和施工管理技術提出了更高的要求。因此，本文在傳統施工方法的基礎上引入BIM+技術，確保地鐵站內裸頂效果下機電安裝工程順利實施。

1項目概況

上海軌道交通地鐵項目—撫順路站位于上海市楊浦區江浦路與中山北二路交叉口，為地下三層島式車站，設有2個出入口、1個消防出入口及2組風亭。車站主體為三柱兩跨結構形式，總建筑面積11,475m2，主體凈尺寸長160m，標準段凈寬22m。其重難點分析有以下幾點：（1）建設單位主張工業裸裝，無吊頂，全站內采用裝配式綜合支架，力求達到“安裝工程裝飾化”。（2）工期緊，專業施工單位眾多，存在繁多交叉作業，需對弱電、通信、信號、供配電等系統進行總承包協調管理。（3）地鐵站內建筑布局緊湊，結構空間低，設備系統管線多，公區狹窄，材料運輸路線不暢，物料堆放空間有限。

2三維激光掃描技術在軌道交通機電工程中的應用

2.1技術比對與分析

進入施工現場先對結構主體進行復核。施工準備階段將傳統人工測量與三維激光掃描技術進行對比（見表1）。相較于傳統二維平面圖紙的抽象表示，三維激光掃描可以直觀反映出被測物體的真實面目，將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字模型，其采集結果能被多種軟件讀取，使實物數字化成為了可能[1]。

2.2三維激光掃描技術的應用

三維激光掃描技術又稱為實景復制技術，是利用激光測距原理輔以高清同軸相機，通過高速激光掃描目標物體，大面積且高分辨率地記錄被測物體表面反射點的高精度三維坐標數據（精度可達毫米級）以及大量空間點位信息（反射率、色彩和紋理等信息）形成物體真實三維點云數據，是快速實現物體三維重現的一種全新的技術手段，也是測繪領域繼GPS技術之后的又一次技術革命。它的出現推動了空間數據的采集方式向實時、高精度、數字化和智能化的方向發展。三維激光掃描技術的工作流程見圖1。2.2.1消防泵房內BIM+三維激光掃描技術的應用因消防泵房結構移交時間滯后，為確保消防驗收節點、順利通車，機房內的安裝設計工作需前置，決定采用預制加工裝配式施工技術，摒棄以前粗放式施工，減少現場安裝時間。最終本項目選擇采用FARO三維激光掃描系統，在施工前期對結構進行信息采集。（1）現場勘查規劃路徑。對現場環境進行勘察分析，了解現場是否有遮擋物，減少掃描時產生的非必要數據。（2）設置參照點。粘貼標靶記號，現場布設標靶紙，便于后期點云數據拼接時作為參照點。（3）儀器架設并設置。將儀器設立在大空間遮擋物少采集環境好的平坦平面。（4）點云數據采集、處理及生成。測量完成后將多站點現場掃描數據，導入點云處理的軟件FAROScene中依次進行點云去噪、點云拼接、點云修剪等數據處理工作，合成掃描整體的點云模型[3]。與傳統測量相比較精準度提高了50倍，且僅花費0.5天時間。（5）模型整合。深化后添加支吊架的機電模型、土建模型、結構模型，將模型整合在一起。（6）點云模型與BIM模型比對。將處理過的點云模型鏈接入Revit軟件中，生成的表面三維數據即可配合BIM設計模型進行比對，查找分析出BIM設計模型與現場實際是否存在偏差。（7）截面數據對比結果。在模型中進行剖切，通過截面圖直觀看出實際結構與模型結構的偏差，根據實際結構的高低起伏對機電方案進行調整，用真實數據進行預制加工設計，提高施工精度，確保一次成優。2.2.2站內長通道區域BIM+三維激光掃描技術的應用在地下負一層的站廳層，有著長約200m的長通道區域，走廊首尾之間結構存在較大偏差，現場施工必將造成困擾，決定采用以三維激光掃描生成的結構模型替換傳統Revit結構模型的方案，來保證支吊架定位準確、立桿長度下料精準，保圖3Revit設計模型與點云模型融合剖面圖圖2Revit設計模型與點云模型融合軸測圖證機電管線一次施工成優（見圖2）。為FARO設備采集生成的點云模型與Revit設計模型嵌套合并一起后，輸出長通道區域成果。經過融合后模型截面圖（見圖3）比對后，分析每一副綜合支吊架與實際結構面的距離，重新調整立桿長度，做到數字化精準建造，提高了一次安裝合格率。

2.3實施效果

運用BIM+技術深化設計后，將安裝完成后的管線凈空高度提高了50cm；施工進度提前了15天；避免了返工與拆改，直接經濟成本約50萬元；開創了三維激光掃描+BIM模型的新應用；逆向翻模、正向設計一次施工成優。

3精細化建模在軌道交通機電工程中的應用

3.1BIM實施方案制定

組建協同管理隊伍，參照國家、上海市BIM相關標準，制定項目BIM實施方案，統一建模細則，豐富精細化族庫，規范操作流程，建立成果驗收標準，明確分工職責，以協同建模的形式短時間內完成模型創建工作。以A平臺軟件應用為主使用AutoCAD、Revit、Lumion、Navisworks、建模大師等軟件實現模型信息的無損傳遞。

3.2初步設計階段

建立全專業模型，解決圖紙的錯、漏、碰、缺問題。初步方案完成后，利用三維模型可視化優勢，組織建設、設計、監理、施工多方進行方案溝通，各抒己見，多種方案比對，從而直接推動設計變更。（1）管線碰撞方案對比管線碰撞方案對比見圖4，發現大量管線需進出走道兩側的設備房間。優化前，風管與槽盒碰撞，槽盒與水管碰撞。優化后，風管居上，槽盒居中，水管居下。槽盒水平之間預留400mm的檢修通道，便于施工和維護，整體采用裝配式綜合支架固定，整齊美觀。優化前進風管尺寸2400mm×750mm，底部標高1500mm，風管高度過低，影響環控機房主通道上行人通行。優化后進風管由一分為二，底部標高提高500mm，通過可視化的方式，在滿足功能的要求下，解決了通行高度問題。（2）優化方案對比調整組合式空調機組的進風口接管方式對比見圖5，優化前進風管尺寸2400mm×750mm，底部標高1500mm，風管高度過低，影響環控機房主通道上行人通行。優化后進風管由一分為二，底部標高提高500mm，通過可視化的方式，在滿足功能的要求下，解決了通行高度問題。

3.3深化設計階段

定期參加由建設單位組織的BIM協調會，完善模型內細部處理，及時輸出成果，包含：預留洞口圖、各專業平面圖、機房二次深化后的全套施工圖、支架定位圖及支架大樣圖以及模型成果上傳至協同管理平臺，便于后期他人查閱。與項目部配合完成施工前的圖紙＋模型交底，圖紙移交流程簽字確認。

3.4項目施工階段

針對建設單位申通地鐵的高標準、高要求，BIM三維可視化虛擬建造為后期施工安裝提供了技術支持和保障，BIM+智慧工地平臺，工人可在IPAD端、手機端、電腦端查看最新發布的模型與BIM直接導出的圖紙，給予項目技術、方案支撐，避免造成返工和材料浪費，對于施工質量管理起到了很大的作用。

4結語

借助BIM模型精細化手段，為本項目的施工落地提供了強有力的技術支撐，也為后續BIM創新研究奠定了基礎。

參考文獻：

[1]蘇立勇，路清泉，張志偉，等.基于三維點云掃描驗證地鐵車站BIM模型的研究[J].工程技術研究，2020，5（17）：35-36，83.

作者：史瑩瑩 陳根雷 單位：中建八局裝飾工程有限公司 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司