地铁风水电安装碰撞检测中BI M技术的应用研究

姚磊

（中铁十一局集团电务工程有限公司，武汉 430070）

1 工程概况

地铁项目建设内容覆盖轨道铺设、土建等项目。给排水系统、机电系统、照明系统的设备安装工程涉及的专业包括通信、照明、供电、给排水、安防、监控等。由于地铁项目中的工种多，风水电安装难度大，为协调好风水电安装中的各项作业，预防返工、窝工等风险问题，建设方将BIM技术应用在风水电安装项目中。通过Revit、Navisworks等软件的应用，施工人员可快速对风水电系统进行碰撞检测，及时发现设计方案、施工图纸中存在的问题，以此保障地铁项目中风水电安装的整体质量。

2 地铁风水电安装碰撞检测中BI M技术的应用优势

2.1 效益优势

地铁风水电安装项目中，BIM可以3D建筑模型为载体，帮助相关人员对地铁风水电安装项目进行科学、有效的管理。BIM作为可视化的建筑模型，可以在地铁项目安装通风系统、机电设备、给排水系统时，直观地呈现内部结构、设备布设情况；评估设计方案中是否存在冲突问题、内部空间设计是否合理等。

不仅如此，BIM技术可实现地铁项目风水电安装的施工模拟，用更立体的动态模型辅助风水电安装作业，指导一线施工人员规范地完成地铁风水电安装任务。通过BIM模型、可视化视频的应用，相关人员能够在地铁风水电安装过程中降低施工分析难度、减少错误操作，从而确保地铁子项目的施工质量。另外，对于成本投入较大的地铁项目，风水电安装等核心项目出现返工及设计问题均会造成不可预估的经济损失，BIM技术的应用可有效减少安装项目中的返工风险，提升安装效率，以此减少返工损失、降低项目的建设成本，保障建设方的根本效益[1]。

例如，某地铁工程项目，地下室负3层1-M（轴）、1-3（轴）相交区域——1#楼梯区域平面图与大样图纸存在差异。通过BIM技术进行碰撞检测后发现负1层轴线1-K（轴）、1-6（轴）相交区域的自来水泵房水箱进水管与负2层车道结构有冲突。碰撞检测后，设计人员将水箱位置移至左侧、水泵置于右侧，避免了施工阶段的设计变更。此外，该项目机电各专业之间进行管线碰撞检测后，发现管线重叠冲突严重，需要重新调整机电管线的布设方式。碰撞检测结果图可帮助机电安装人员预控管线碰撞，减少管线转弯数量、节省材料、降低成本，提高工程经济效益。该项目3层地下室碰撞点数共7 842个，按每个点数平均消耗150元计算，共计节约1 176 300元。同时为该地铁项目施工建设、后期维护带来很多潜在的经济效益。

2.2 碰撞检测优势

地铁风水电安装碰撞检测中，BIM技术的碰撞检测优势非常明显。具体表现在以下方面：（1）风水电安装施工初期，BIM技术可借助各类软件进行碰撞试验，检测出安装项目中的硬性碰撞，如风水电安装中的管线碰撞、桥架碰撞，可避免延误工期，有助于提升地铁风水电安装效率，使安装作业在计划工期内完工。（2）BIM技术可实时跟踪地铁风水电安装项目，关注电梯井、走廊等区域的碰撞问题，解决各类安装作业中的疑难问题。（3）地铁风水电安装中，BIM技术可在发现硬性碰撞的前提下，检测出安装过程中的软性碰撞，减少后期因碰撞问题造成的返工风险[2]。

3 地铁风水电安装碰撞检测中BI M技术的具体应用

3.1 应用流程

进行地铁风水电安装碰撞检测时，BIM技术可借助Nacisworks、Revit等软件建立3D碰撞检测模型。风水电安装施工中，相关人员可将机电系统、给排水系统、照明系统、通风系统的设计数据和设计图纸信息录入Revit软件，该软件可分别构建通风系统BIM模型、给排水系统BIM模型、照明系统BIM模型。完成各个模型的构建后，Revit可整合各个子模型的信息，建立地铁风水电系统BIM模型。之后，可使用Navisworks软件获取模型信息，自动化地对地铁风水电系统进行碰撞检测，分析碰撞冲突、仿真模拟风水电系统安装施工的全过程。

1）应用BIM技术对地铁风水电安装作业实施碰撞检测时，Revit、Navisworks等软件可根据模型自动完成碰撞检测任务。然后，技术人员可用Revit-mep软件分别输入风水电系统的风机信息、空调设备信息、管线支架信息等，仔细对比施工图，梳理系统安装结构，设置管线碰撞冲突时的容差值，以此保证碰撞检测分析的准确度。另外，BIM技术体系中，MANAGE软件可联合BIM碰撞检测模型模拟地铁风水电工程中保温层安装施工空间，并且检测风、电、水系统的整体结构之间的碰撞冲突，修正安装施工方案，核对碰撞点。

2）收集整理地铁风水电项目中的风机设备信息、管线设计信息后，建立BIM模型。在此过程中，相关人员可利用计算机软件、大数据技术综合分析风水电结构设计、管线设计、设备安装设计的合理性，导入BIM模型中风水电系统的信息。以使BIM模型精确地计算各专业系统安装过程中的实际容差率，从而为安装工程留有足够的操作空间，保障碰撞检测后修正方案的可行性。

3）地铁风水电系统碰撞检测过程中，相关人员应在修正安装施工方案后，反复应用Nacisworks、Revit、MANAGE等软件重复进行碰撞检测，模型中的碰撞冲突点数量为零时，方可正式进入安装环节，同时严格根据碰撞检测后的修改数据重新构建BIM施工模型，优化风水电系统的安装方案。若地铁土建结构图与现场实际情况存在不符，且图纸已无法更改时，将BIM技术土建BIM模型导入Navis-works Manage软件中，设置碰撞检测边界条件实施碰撞检查，然后联合应用Revit模型，分析图纸与实际空间位置对比后的不合理之处，记录细部结构的冲突，并利用BIM软件精确查找冲突后，对照列出土建结构图纸上的错误，汇总具体的错误信息后，重新调整BIM模型中的设计参数，更改后重新进行碰撞检测。

3.2 具体应用

3.2.1 通风系统

地铁项目建设中，通风系统由排烟系统、通风空调组成，分别布设在地铁范围内的设备管理区域、公共区域中。安装通风系统时，易发生碰撞冲突的区域有地铁站厅、通风系统轴向管线。应用BIM技术对该区域进行碰撞检测后，相关人员可细化碰撞冲突位置，确定碰撞冲突的根源。比如，在上述地铁项目中，通风系统安装中利用BIM技术对站厅区域的通风系统实施碰撞试验后，发现主要是通风风管与站厅桥架造成的冲突。获取以上信息后，技术人员可根据碰撞检测结果调整站厅桥架结构，如降低其标高、调整位置，借此避免通风系统安装过程中的碰撞冲突，有效减少拆除风管而造成的返工成本[3]。

除此之外，安装地铁通风空调系统设备时，BIM技术同样可识别出消防管道、排风管道的冲突情况，并通过详细的碰撞检测报告为技术人员解决、规避该冲突提供参考信息。对此，技术人员可按照BIM软件中的碰撞检测数据确定碰撞冲突位置，针对性地调整消防管道设计、排风管道设计，使其在安装后无冲突问题。在此基础上，BIM技术在实际应用中可生成可视化的碰撞检测模型，快速检测出通风系统安装中排风管道、电缆桥架的冲突，同时直观地显示碰撞位置，将位置信息标注在施工图纸上，使安装人员、设计人员商定后推演更改后的设计方案，解决该项冲突。

3.2.2 照明系统

通常情况下，地铁项目中的照明系统是机电安装的关键内容，所以，BIM技术在地铁风水电安装碰撞检测中主要用于照明系统的碰撞检测。而根据以往地铁照明系统设计可知，为实现节能减排目标，照明系统多为动力照明的TNS系统，地铁车站周围的变电所、发电装置可直接为照明装置供应所需的电力资源。之后，照明系统可凭借车站供应的电流向其他系统输送电力资源。

针对照明系统安装中的碰撞检测，BIM技术可基于地铁项目供电系统的整体设计识别碰撞冲突；结合BIM模型中对照明系统碰撞问题的推演、识别可知，电缆线铺设、照明系统输电线路、电缆桥架之间会存在明显的碰撞冲突。利用BIM模型处理该类冲突时，技术人员可在输电线路架设在电缆线桥架之前，按照碰撞位置调整敷设线路，优化照明系统的安装设计。从而解决、规避该碰撞冲突，节约物料成本，提升照明系统的安装效率。

3.2.3 给排水系统

地铁项目中的给排水系统是维持地铁基础运营的重要结构，一般由消防用水系统、车站给排水系统组成。其中，给水系统主要承担地铁运营期间的生活用水、清洁用水、生产用水、消防用水等，水源为市政自来水，连接市政用水管道后可由冷却水泵为车站提供水资源。同时与地铁通风系统相连接，供应车站运营期间的空调制冷用水。

排水系统由污水排放装置、雨水采集装置、废水排放装置组成。安装给排水系统时，BIM技术同样是利用碰撞模型分析给排水管道、电缆桥架、地铁建筑结构，以及消防管、弱电桥架之间的碰撞冲突，发现碰撞冲突问题后，结合模型中的位置信息，针对性地处理碰撞冲突，减少因冲突问题对给排水管道敷设、设备安装等施工作业造成的不利影响，使给排水系统安装作业按时完工。

4 碰撞结果分析

基于BIM碰撞检测模型，地铁项目风水电安装中的碰撞冲突点较多。对于较为严重的碰撞冲突，还应上报设计单位再次优化风水电管线敷设线路，整改施工图纸、设计图纸。在此期间，BIM技术在地铁风水电安装碰撞检测应用时，往往可快速识别安装作业中的碰撞冲突点，并且在提供位置信息的基础上，利用3D立体模型协助设计人员、技术人员优化风水电安装中的线路设计，使其针对性地规避冲突。相关人员利用BIM碰撞检测模型，不仅可减少安装施工中的碰撞冲突，规避返工风险，还能依据BIM软件中的碰撞检测报告，灵活地调整地铁电缆桥架结构、选用不同规格的风管、排水管，可靠地调整照明系统的供电线路，确保地铁风水电安装整体质量，保障其基本效益。

5 结语

综上所述，为提升地铁风水电安装项目的整体建设水平，减少项目因碰撞问题造成的返工风险，相关人员可将BIM技术用于地铁风水电安装时期的碰撞检测中，以便及时发现机电安装、给排水系统、通风系统中的管线碰撞、专业碰撞问题，推进工程安装进度，确保地铁风水电系统安装质量。但是为突出BIM技术在碰撞检测中的根本优势，相关人员应分别根据地铁风水电安装内容，灵活地运用各类BIM软件，明确碰撞检测要点，有序地完成风水电安装任务。