地铁站综合管线BIM模型优化研究

王成君， 尹紫红， 高 雪， 赵丰年

(1. 中铁十二局集团电气化工程有限公司成都地铁5号线一、二期机电安装及装饰工程2标段, 天津 300308; 2. 西南交通大学, 四川成都 610031)

地铁站综合管线BIM模型优化研究

王成君1， 尹紫红2， 高 雪2， 赵丰年2

(1. 中铁十二局集团电气化工程有限公司成都地铁5号线一、二期机电安装及装饰工程2标段, 天津 300308; 2. 西南交通大学, 四川成都 610031)

文章依托成都地铁5号线机电安装工程的建设，基于BIM技术，建立机电安装工程综合管线Revit三维模型，并将模型导入Naviswork碰撞检查软件中，优化综合管线的布设方案。在综合管线最终优化方案的基础上，研发创新性综合管线分段整体吊装技术。研究结果如下：BIM技术建立的可视化机电安装工程综合管线模型，有效地克服了传统的二维图纸交底施工的信息交流障碍，为解决机电安装工程各专业间协调布置的问题提供了技术基础；根据综合管线排布原则，通过Naviswork对机电模型进行碰撞检查、优化设计，确定了综合管线的排布方案，为综合管线分段整体吊装提供数据支撑。

地铁站； 综合管线； 分段整体吊装技术； BIM技术

随着城市化进程的不断加快，轨道交通建设事业也迅猛发展。科技的发展使地铁建设不断进步，地铁车站机电设备系统也日趋完善，机电安装工程综合管线的种类和数量也越来越多[1]。其包含了各种各样的专业系统，各专业的协调和施工过程变得非常繁琐。

BIM技术的发展和成熟，一方面，有效地解决了地铁机电安装工程中建筑结构、管道、暖通以及电气管线等各个专业设计之间的协调问题。同时为各个专业提供互相协调的数据，保证分工明确，提高施工效率，防止出现专业间交叉错乱的现象[2]。另一方面，地铁站设备区、走廊等区域施工空间狭小，BIM为综合管线的精细化设计和安装奠定了技术基础，能够有效地解决综合管线施工和安装空间的冲突。通过BIM技术对机电安装模型进行碰撞检查、优化设计，确定了综合管线的布设方案，为综合支吊架分段吊装提供技术支撑。

本文针对复杂的地铁车站机电安装工程综合管线问题，选取成都地铁5号线杜家碾车站作为研究对象，通过机电综合管线模型的建立和碰撞检查，优化综合管线设计，进而为支吊架设计提供数据资料[3]。

1 综合管线模型

结合地铁站建设项目BIM实施规划要求，根据设计、施工阶段的需要，编制BIM实施方案和执行计划。实施方案和执行计划是保证BIM应用有效落实的手段，保证施工阶段建筑结构、综合管线等模型的建立[4]。其中机电安装工程综合管线建模步骤[5]：

(1)项目建设前期及准备阶段：分类整理各个专业图纸资料，确定模型建立LOD深度，查阅相关规范图集资料。

(2)梳理建模流程、标高和轴网的绘制以及各个专业项目样板文件制作。

(3)风系统的创建：风系统CAD图纸的导入及设置、详图索引的创建及调整、标准风管边长规格的创建、风管系统的创建、风管管件的导入及管道系统配置、风管的绘制、机械设备的添加、风道末端的添加与连接、冷热负荷计算。

(4)水系统的创建：管道系统的创建、设置并使用管道类型、给排水装置与阀门的添加、坡度管道的绘制、管道显示方式的控制。

(5)电系统的创建：绘制电缆桥架、电气设备的放置、电路的创建。

2 综合管线优化设计

2.1 综合管线排布原则

机电安装工程综合管线包括给排水、强电、弱电、暖通等专业，涉及专业数量多，且各个专业系统复杂。为了充分发挥各个专业的系统功能，一定要协同布置各个专业，其基本的排布原则如下[6]：

(1)管径小的管道让管径大的管道，工程数量少的管道让工程数量多的管道。

(2)有压力管道让无压力管，即压力管让重力自流管。

(3)容易施工的管线让不容易施工的管线，检修次数少的和方便的管线，让检修次数较多和不方便的管线。

(4)常温管道让低温管道和高温管道。

(5)根据以上原则，还需要结合现场实际施工空间、管道坡度等因素决定。

2.2 综合管线优化方式

机电安装工程综合管线深化设计非常复杂，传统的优化方式是在CAD二维图纸上不断修改方案，生成多版本的综合管线图纸。其存在的问题：图纸不断地更新和大面积修改，费时费力，造成了大量人力的浪费；各专业数据繁多，图纸管理混乱；传统的优化方式难免会出现错、漏、差、碰等问题，造成施工质量差，严重返工现象；施工阶段的下料计划与实际需求也存在相当大的偏差，导致成本难以控制[7]。

现阶段，根据图纸以及相关的BIM模型建立的标准，使用Revit建立综合管线BIM模型，可以对各项视觉参数指标进行分析。通过Naviswork软件对机电模型进行碰撞检查和优化设计，引入BIM技术的优化设计方式可以克服二维图纸优化方式的不足，缩短施工工期，避免返工，加强质量管理能力，提高项目施工综合管理能力[8]。

3 应用案例

3.1 工程概况

成都地铁5号线2标段杜家碾站位于敬成路与北星路交叉路口，呈南、东西布置，5号线和1号线北延线的换乘站。小里程端是九道堰站，大里程端是大丰站。杜家碾车站是成都地铁5号线的第7座车站，车站中心里程YDK7+740.468，为明挖地下2层岛式站台车站，车站全长250 m，标准段宽度20.6 m，有效站台长度186 m，岛式站台宽为11.5 m，轨面埋深14.7 m，车站覆土3 m。

车站主体建筑面积1 051 608 m2，地下1层为站厅层，其中公共区建筑面积为2 450 m2，大里程端设备管理用房面积859.2 m2，小里程端设备管理用房面积为285.4 m2。地下2层为站台层，其中公共区建筑面积为1 578 m2，大里程端设备管理用房面积613.2 m2，小里程端设备管理用房面积为1 378 m2。车站小里程端通风空调机房面积164 m2，大里程端通风空调机房331 m2。

3.2 综合管线优化设计过程

3.2.1 综合管线模型建立

成都地铁5号线杜家碾车站采取Revit软件分专业建模的方式，主要包括结构、暖通、给排水、电气四个专业。结构专业主要包括车站主体、A、B、C、D、E、F六个出入口及两组风亭的围护结构与主体结构，模型以车站主体进行整体建模(图1)，填充及样板墙分别建模(图2)，机电部分作为整体单独建模(图3、图4)，其中暖通部分主要分大系统、通风小系统两个系统，水系统分给排水及空调水系统两个系统建模。

图1 杜家碾车站主体模型

图2 杜家碾样板墙模型

图3 杜家碾站站厅层管综图

图4 杜家碾站站厅层机电原方案模型

3.2.2 优化设计一阶段

(1)施工图纸中风管管径尺寸设计功能系数取值明显偏大，部分风管管径过大。根据施工经验，需要进行风管管径优化，节约风管管材、配件等材料。如图5、图6所示，图纸设计中风管管径1250×800优化为1000×1000，风管管径1250×630优化为1000×800。

图5 未优化风管管径

图6 优化后风管管径

(2)施工图纸各个专业都是由不同专业的技术人员绘制，基本没有考虑到专业协同问题。如图7、图8所示，结合施工实际经验调整给水管道位置，优化到排水主管处，节约支吊架的使用数量。图纸中出现了较多管道支管需要单独架设综合支吊架的现象，优化设计过程中，结合施工实际经验调整支管位置，减少支吊架的使用数量。

图7 未优化管道

图8 优化后管道方案

3.2.3 优化设计二阶段

将Revit软件建立的成都地铁5号线杜家碾站厅层机电安装工程模型导入Naviswork软件中，使用Clash Detective板块对Revit建立的三维模型进行碰撞检查、优化设计[9]。针对不同的碰撞问题，比如管线与结构、各专业管线间的碰撞问题，需根据具体的施工情况采取不同的解决措施。

(1)土建结构和管道、空调水系统碰撞。杜家碾车站标高5.1 m，轴网号13-14轴线交A-D轴线区域，车站主体结构和消防管道、空调水系统冲突，详细情况见图9～图12。最终采取统一降低管道标高，解决了此碰撞问题。

图9 水管与结构碰撞

图10 结构剖面图局部

图11 站厅层给排水平面

图12 站厅层水系统平面图局部

(2)通风平面图、小系统通风平面图风口数量与管综图数量不一致。杜家碾车站标高5.1 m，轴网标号4-5交轴线B-D区域，施工图纸中通风平面图、小系统通风平面图纸中风口数量与管综图纸数量不一致[10]，详细情况见图13～图16。通过与设计单位沟通，确定以管综图为依据进行建模及施工。

图13 通风管道模型

图14 通风平面

图15 小系统通风平面

图16 管综平面

(3)经过多次碰撞检查和设计优化，不断循环此过程，确定了成都地铁5号线杜家碾车站站厅层机电安装工程综合管线模型(图17)。

图17 杜家碾站站厅层机电优化模型

4 结论

(1)对于机电安装工程而言，其涉及到给排水系统、中水系统、雨水系统、消防喷淋系统、暖通系统、以及强、弱电等诸多系统。基于BIM技术建立的Revit三维模型有效地克服了传统CAD二维图纸指导施工的弊端，有效地解决了多专业系统集成管理的问题。

(2)通过Naviswork软件对模型进行碰撞检查，根据综合管线排布原则，优化机电管线与车站主体建筑结构、各专业管线与管线间的碰撞问题，实现成都地铁5号线机电安装工程综合管线合理、科学的布设。得到了精确的综合管线排布方案，为综合支吊架分段吊装提供技术支撑和数据资料。

[1] 力辉,温江丰. 地铁车站出入口结构设计总结[J]. 建筑设计管理,2014,31(5):73-75.

[2] 高蓉. 中小城市道路地下综合管线的规划与建设[J]. 山西建筑,2015,41(28):22-23.

[3] 刘卡丁,张永成,陈丽娟. 基于BIM技术的地铁车站管线综合安装碰撞分析研究[J]. 土木工程与管理学报,2015,32(1):53-58.

[4] 王前进, 翟晓强, 王晓保, 等. 国内地铁车站空调系统研究进展[J]. 建筑科学,2012,28(8):97-103.

[5] 龚静瑄. 浅析城市地下管线的综合规划与管理[C]//中国城市规划学会.南京市政府转型与重构——2011中国城市规划年会论文集.南京:2011.

[6] 杨洋. 小区多管线优化布置及其三维可视化[D].合肥工业大学,2010.

[7] 马捷. 基于BIM的地铁综合管线设计优化方法研究[D].华南理工大学,2015.

[8] 王琦,梅棋,张世勇,等. 北京地铁10号线一期工程车站管线综合吊架设计与应用[J]. 铁道标准设计,2008(12):52-54.

[9] 高名砚,龙铠,郭笑冰. 设备综合管道支吊架设计与安装技术[J]. 建筑技术,2007(4):290-292.

[10] 雷建宇. 地铁车站机电安装综合管线的施工技术[J]. 设备管理与维修,2017(9):145-146.

[定稿日期]2017-10-25

王成君(1973～)，男，学士，高级工程师，从事地铁机电安装工程工作。

U231.3

A