BIM技术在机电安装过程中的应用研究.docx

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BIM技术在机电安装过程中的应用研究

BIM技术在地铁机电安装中的应用技术研究

总报告

1.项目概况

1.1.项目概况

上海轨道交通11号线北段（二期）工程起点为江苏路站（不含），连接上海市轨道交通11号线北段（一期）工程，终点为罗山路站，线路长度约20.88km。

全线设上海交通大学站、徐家汇站、上海体育馆站、龙华站、云锦路站、石龙路站、济阳路站、三林站、东明路站、浦三路站、严御路站、御桥站、罗山路站共13座车站，其中地下站12座，高架站1座。

设川杨河停车场一处。

华山路中间风井、江边中间风井、济三中间风井等三座中间风井以及御罗区间变电所。

我项目部承建的上海轨道交通11号线北段二期工程东明路站、浦三路站风、水、电施工项目，合同造价：

4758.3377万元。

浦三路站位于御桥路下，横跨浦三路，车站为地下二层侧式，共设有4个出入口。

车站总净长308.4m，标准段净宽25.2m。

站厅层公共区面积2390m2,站台层公共区面积1410m2。

1.2.轨道交通车站机电安装主要施工内容

本工程包括车站通风空调、给排水及消防、动力照明及区间动力照明系统。

（1）通风空调系统：

1、车站区间隧道活塞/机械通风兼排烟系统；2、车站轨行区排热通风兼排烟系统；3、车站公共区通风空调兼排烟系统；4、车站设备管理房间通风空调兼排烟系统；5、车站空调冷源及冷冻水系统。

（2）给排水及消防系统：

由车站和区间两部分组成。

地下车站：

1、生产、生活给水系统；2、消防给水系统；3、自动喷水灭火系统；4、高压细水雾系统；5、排水系统；

地下区间：

由消火栓给水和区间及旁通道废水排水系统组成，包括消火栓给水系统；区间及旁通道废水排水系统。

（3）动力照明及区间动力照明系统：

动力照明系统采用TN-S系统。

车站及相邻区间动力、照明电源由本车站35/0.4KV降压变电所（或UPS、EPS）供电。

动力照明系统负责提供车站各系统专业负荷电源：

其中包括通风空调、给排水、通信、信号、电梯、自动售检票、FAS、BAS、气体灭火、屏蔽门、负离子空气净化系统、高压细水雾等专业和车站及区间动力、照明、泵房、风井等配电及控制。

浦三路地铁站风水电模型

浦三路地铁站结构模型

浦三路站BIMCT切片效果

浦三路站台层虚拟BIM模型

浦三路站厅层虚拟BIM模型

2.课题研究现状

2.1.BIM应用现状及发展趋势

2.1.1.国内外BIM整体应用现状

在一些发达国家，由于对BIM技术的研究和开发起步很早，应用开展也早，己走在我国的前面，并验证了BIM技术的应用潜力。

美国在BIM领域的研究与实践起步较早，发展到今天，美国大多建筑项目都己应用BIM，有种类繁多的BIM应用，如空间验证、设备管理等等。

并且在政府的引导推动下，形成了各种BIM协会，BIM标准。

日本、新加坡还有我国香港地区的BIM发展态势和应用的水平都很不错，但和美国BIM的应用层次还有一定的差距。

BIM技术在国外的应用特征归纳为如下几点。

一是由于BIM技术己经成为设计和施工企业承接项目的必要能力，BIM技术己受到广泛重视，大企业一般均己具备了应用BIM技术的能力；同时，BIM技术的专业咨询公司己经出现，并且十分活跃，为中小企业应用BIM技术提供了有力的支持。

二是，在BIM技术应用过程中，不仅直接将BIM技术应用了建筑工程的局部环节中，例如，设计单位进行各种分析和模拟，而且形成了新的工作模式，例如实施IPD（IntegratedProjectDelivery，集成项目交付）模式，即业主、设计、总包、分包等参与方在设计阶段就参与到项目中，通过应用BIM技术进行虚拟建造，共同对设计进行改进，并共同分享收益或风险，而且对此在行业中己经建立了标准的合同条款。

2013年McGraw-Hill发布的SmartMarket报告——“TheBusinessValueofBIMinNorthAmerica:

Multi-YearTrendAnalysisandUserRatings（2007–2012）”显示，北美地区的BIM采用从2007年的17%飙升到2012年的70%。

该报告显示，业主正成为采用BIM的主要推动力。

HOK公司CEO、buildingSMART国际协会主席PatrickMacLeamy预测：

“接下去的10年中，业主将越来越多的将采用BIM技术作为建筑项目开展的前提条件，将建筑业推向一个追求精确性、高质量和高效率的新纪元。

”

在中国，北京奥运会和上海世博会的个别项目的建设和管理运用了BIM技术。

2010年世博会之后，BIM理念正为工程建设行业所接受，转变观念，拥抱变革已逐渐成为共识。

2010与2011年，中国房地产业协会商业地产专业委员会、中国建筑业协会工程建设质量管理分会、中国建筑学会工程管理研究分会、中国土木工程学会计算机应用分会组织并发布了《中国商业地产BIM应用研究报告2010》和《中国工程建设BIM应用研究报告2011》。

虽然样本不多，一定程度上反映了BIM在我国工程建设行业的发展现状。

根据两届的报告，关于BIM的知晓程度从2010年的60%提升至2011年的87%。

2011年，共有39%的单位表示已经使用了BIM相关软件，而其中以设计单位居多。

前期主要是设计院、施工单位、咨询单位等对BIM进行一些尝试。

最近几年，业主对BIM的认知度也在不断提升，SOHO董事长潘石屹已将BIM作为SOHO未来三大核心竞争力之一；万达、龙湖等大型房产商也在积极探索应用BIM；上海中心、上海迪士尼等大型项目要求在全生命周期中使用BIM，BIM已经是企业参与项目的门槛；其他项目中也逐渐将BIM写入招标合同，或者将BIM作为技术标的重要亮点。

早在2010年，清华大学通过研究，参考NBIMS，结合调研提出了中国建筑信息模型标准框架（ChineseBuildingInformationModelingStandard，简称CBIMS），并且创造性地将该标准框架分为面向IT的技术标准与面向用户的实施标准。

2011年5月，住建部发布的《2011~2015建筑业信息化发展纲要》中，明确指出：

在施工阶段开展BIM技术的研究与应用，推进BIM技术从设计阶段向施工阶段的应用延伸，降低信息传递过程中的衰减；研究基于BIM技术的4D项目管理信息系统在大型复杂工程施工过程中的应用，实现对建筑工程有效的可视化管理等。

2012年1月，住建部“关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知”宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动，其中包含五项BIM相关标准：

《建筑工程信息模型应用统一标准》、《建筑工程信息模型存储标准》、《建筑工程设计信息模型交付标准》、《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》、《制造工业工程设计信息模型应用标准》。

其中，《建筑工程信息模型应用统一标准》的编制采取“千人千标准”的模式，邀请行业内相关软件厂商、设计院、施工单位、科研院所等近百家单位参与标准研究项目/课题/子课题的研究。

至此，工程建设行业的BIM热度日益高涨。

国内若干BIM应用案例

2.1.2.国内外轨道交通建设BIM应用现状

西方发达国家的城市地铁轻轨建设已渐入沉寂期，BIM的应用主要体现在改建、运营、维护方面。

例如，伦敦地铁斥资7亿英镑进行维多利亚站的升级改造工程中，运用BIM技术进行设计协同和施工管理，使业主、设计、施工、供应商四方可以高效协调工作，整个工程预计于2018年交付；将于2015年完工的加拿大多伦多Spadina地铁扩建工程中，参建各方基于BentleyProjectWise进行3D设计协同；洛杉矶Westside地铁延长线工程包括9英里地铁，新建7个地铁站，总投资51亿美元，工程采用DB交付模式，业主方将BIM应用条款纳入承包方合约，要求以BIM核心规划管理整个建造过程。

进入21世纪，我国已成为世界上城市轨道交通发展最迅速的国家。

49条线路投入运营，96条线路正在建设中，未来全部规划线路超过300条，总里程超过10,000公里。

但BIM技术在国内城市轨道交通领域的应用尚处于起步阶段，在行业内依然没有进行大规模地应用，目前主要处于研究和开发阶段。

比较集中的应用是在设计阶段，应用专业以设备专业和精装修专业为主。

但是许多业主、设计及施工企业已经愈来愈重视，尤其在一些省会城市，如：

北京、上海、南京、无锡、宁波等城市的轨道交通工程中，业主在合同中已明确要求设计中标单位提供管线综合三维模型，用于指导设计及施工。

2.2.轨道交通建设BIM应用的意义与必要性

地铁车站机电安装工程与其他公用建筑安装工程有很大的区别，具有如下安装特点：

2.2.1.设计图纸先天不足，各专业存在管线碰撞

目前的施工图纸均为CAD图，且不同的专业由不同的人员设计，甚至是不同的专业由不同的设计院进行设计，相互之间的沟通不彻底，在进行管线综合时审查不够细致，造成各专业之间的管线线路存在较多的漏洞，加之是平面图纸，无法合理反应实际状态，容易在空间环境中造成管线碰撞。

2.2.2.地铁空间狭小，安装操作空间受限

地铁车站机电安装项目涉及通风、给排水、消防、动力及照明、通信、信号、供电、FAS\BAS、自动售检票、气体灭火等十几个专业，各专业存在管线规格不一、走向不规律，施工作业交叉等弊病，要想在有限的空间内将各专业管线安装排布合理有序、整齐划一，存在难度。

通风系统的风管安装完毕后，后续专业如电气、给排水、通信系统专业的管线支吊架的安装失去了操作空间，造成了谁先施工谁得力的现象，后期协调工作困难。

2.2.3.设备用房管线密集，空间管线排布存在困难

在各类地铁设备用房内，例如消防泵房、冷冻机房，房间面积小，管线多，图纸设计往往都是初步设计只有粗略的平面图，空间排布都要施工单位根据房间空间结构自行深化设计管线走向，容易造成管线拥挤、杂乱、交叉，外观不美观也不便于运营维修。

2.2.4.资料信息量大，运营查询不便

地铁机电安装工程涉及到的设备、材料种类繁多、复杂，在地铁交付使用后，运营单位对各类管线设备的维护过程中，存在基础资料查找困难，调用时间长等问题，严重制约了运营维护中的工作效率，以及维护成本。

2.2.5.运行维护标准高，成本巨大

建筑生命周期可达百年，运维总成本十分高昂，据称运维成本是建造阶段成本的10倍。

仅利用好竣工BIM模型的数据库，即可大幅提升运维效率，降低物业运维成本。

随着基于BIM的运维平台和应用的成熟，这方面的价值潜力更是巨大。

3.主要研究内容及关键技术

3.1.BIM技术在地铁车站机电安装中的碰撞和支吊架技术研究

3.1.1.管线综合碰撞技术

浦三路地铁项目管线错综复杂，在管线安装前，我们利用Revit系列软件，根据浦三路站各专业图纸，分别建成了三维建筑、结构、机电模型，并配套使用NavisworksManage软件将模型无缝隙整合，利用数据信息处理工具对全站的数字模型进行碰撞分析，共检测出碰撞点102处。

为了顺利将BIM技术的碰撞检测研究成果应用指导现场施工，我们对研究人员进行了系统的培训，并到施工现场进行实地考察核对，对技术、质量、安全人员进行可视化技术交底，针对复杂节点、重要设备进行了全尺寸三维虚拟展示。

通过BIM碰撞检测技术提前预警管线碰撞问题，最终现场规避碰撞问题76处，占总数的75%，上报设计单位解决的26处，占总数的25%。

有效避免了工程返工现象，降低成本8%，节省工期近一个月。

3.1.2.支吊架优化设计技术

根据设计图纸，工程师在软件中预设支吊架产品类型与安装要求，可以一键完成支吊架的建模，对支吊架的优化排布提前进行可视化虚拟施工，对耗材自动分析统计，精确管控材料使用量，节省工程费用。

BIM模型中支吊架与管线之间存在联动关系，可以根据后期设计图纸的变更，在第一时间完成管线调整布置，避免施工过程中的错漏缺失现象。

3.2.BIM技术在地铁车站机电安装中的数据信息共享技术研究

3.2.1.建立工程基础数据模型

根据设计院图纸，利用国内外主流的BIM建模软件REVIT系列，建立起的构件级的BIM模型，植入尺寸，规格，以及各个设备的厂家信息，挂接设备合格证书电子扫描件等信息，综合形成本工程的基础数据库。

该数据库形成了实际工程对应的数字模型DNA，管理过程中，可以针对本数据库进行施工的成本管控。

例如：

传统的材料计划，一般由预算员人工分析计算数据，数据在计算稿上，要花很长时间才能出来一些汇总数，数据粒度、数据及时性、短周期多维度方面都难以满足项目全过程精细化管理的需要。

本项目通过BIM技术，实现了分系统、分构件、分区域等多维度精确统计材料用量，大幅度减少了材料的浪费。

3.2.2.建立物业运维数据协同平台

在安装工程完工后，项目部运用虚拟现实技术，通过360度全景扫描方式获取现场真实信息，然后将设备信息挂接到全景照片的相应位置，集成所有扫描点为一个完整的信息系统，便于查询使用。

在平台资料的查询过程，我们可以进入任何指定部位的隐蔽工程完工验收场景，实景反映工程情况，方便物业管理和后续的施工改动。

实现高效的信息获取方式，满足地铁工程安全运营的更高要求。

本电子数据库最终形成各个工种及管理人员获取信息的统一协同平台，各参与方通过该平台读取相应信息，协同作业。

避免因为数据不一致导致的错误。

3.2.3.BIM模型云共享及查询应用

项目竣工后，我们利用BIM技术，为业主提供一套可以放到云端的虚拟工程模型，形成工程资料档案BIM云数据库。

根据相关权限，可以快速检索抢修所需资料信息，可以通过鼠标悬浮构件模型上方，即可快速检索构件名称、尺寸、材质、生产厂家、质量保证书、设计变更单、隐蔽验收照片等众多信息，还可以对寿命到期构件提前预警，巡航定位需维修更换的构件，大大提高了设备日常维保和突发事故抢修工作效率，明显降低运营维护成本。

这将在日后项目运营维护中发挥巨大价值。

4.主要研究方法

4.1.研究的技术路线及方法

本课题研究的技术路线如下：

技术路线流程图

4.2.主要研究方法

课题以边研究、边应用、边调整优化为主，过程中课题组先搜集BIM技术在地铁车站施工方面以及在相关机电安装项目中的应用情况加以对比分析，提出BIM技术解决方案的研究设想，编制主要项目的研究大纲。

提交审查后组织人员、材料及设备开展试验，结合初步成果编制项目实施方案并组织实施，过程中反馈各项参数及成果，及时调整BIM技术方案和流程，项目完成后组织研究小组人员总结成果，编制研究报告，最后经审查后结题。

5.研究成果及推广应用前景

5.1.研究成果

5.1.1管线综合碰撞成果

本项目各专业交叉安装，相互干扰严重，管线排布凌乱，协调难度大，工效低；先安装的管线在空间较为充裕，选择余地也较大，后安装管线的常常变得非常被动，经常出现不同专业的管线碰撞，甚至有的专业管线无法安装，会因频繁“返工”造成施工单位较大的经济损失。

通过BIM碰撞检测技术提前预警管线碰撞问题，在未施工前先利用BIM技术进行图纸“预装配”，通过典型的截面图及三维模拟，直观地把设计图纸问题暴露，并多次交底会各方确认，复核，最终现场规避碰撞问题70处，占总数的69%，上报设计单位解决的26处，占总数的25%。

有效避免了工程返工现象，降低成本20%，节省工期8%。

5.1.2.综合支吊架应用成果

根据设计图纸，工程师在软件中预设支吊架产品类型与安装要求，可以一键完成支吊架的建模，对支吊架的优化排布提前进行可视化虚拟施工，对耗材自动分析统计，精确管控材料使用量，节省工程费用。

在风管尺寸，高度进行变更时候，支吊架还可以自动随动调整，计算更新间距，便于施工计划的调整。

软件设置界面

支吊架批量布置

5.1.3.360度全景扫描复制成果

在安装工程完工后，项目部运用虚拟现实技术，通过360度全景扫描方式获取现场真实信息，然后将设备信息挂接到全景照片上，建立一套完整的，带设备属性信息的全景共享信息系统，便于运营人员进行查询使用。

5.1.4.可视化漫游模型

现在所有的地铁综合管线的施工全部依照CAD图纸进行安装，安装完成后的外观效果不理想，特别在无吊顶车站中对排管布线的美观要求很难达到；而BIM技术就能提前反应安装后的效果，为业主提供更好的产品。

5.1.5.运营维护的数据库和可视化管理系统

项目竣工后，我们利用BIM技术，为业主提供一套可以放到云端的虚拟工程模型，形成工程资料档案BIM云数据库，让业主在云端管理工程项目。

根据相关权限，可以快速检索抢修所需资料信息，可以通过鼠标悬浮构件模型上方，即可快速检索构件名称、尺寸、材质、生产厂家、质量保证书、设计变更单、隐蔽验收照片等众多信息，还可以对寿命到期构件提前预警，巡航定位需维修更换的构件，大大提高了设备日常维保和突发事故抢修工作效率，明显降低运营维护成本。

这将在日后项目运营维护中发挥巨大价值。

5.2.应用前景

在技术层面，随着云计算和移动互联网的逐步成熟，我们将看到更多BIM技术创新推动应用的趋势：

第一，以移动技术来获取数据。

随着互联网和移动智能终端的普及，人们现在可以在任何地点和任何时间来获取信息。

而在轨道设计施工领域，将会看到很多承包商，为自己的工作人员都配备这些移动设备，在工作现场就可以进行设计。

第二，云服务。

不管是能耗，还是结构分析，针对一些信息的处理和分析都需要利用云计算强大的计算能力。

甚至，我们渲染和分析过程可以达到实时的计算，帮助设计师尽快地在不同的设计和解决方案之间进行比较。

第三，数据的暴露。

现在可以把监控器和传感器放置在建筑物的任何一个地方，针对地铁内的温度、空气质量、湿度进行监测。

然后，再加上供热信息、通风信息、供水信息和其他的控制信息。

这些信息汇总之后，设计师就可以对建筑的现状有一个全面充分的了解。

第四，协作式项目交付。

BIM是一个工作流程，而且是基于改变建造方式的一种技术，而且改变了整个项目执行施工的方法，它是一种设计师、承包商和业主之间合作的过程，每个人都有自己非常有价值的观点和想法。

所以，如果能够通过分享BIM让这些人都参与其中，在这个项目的全生命周期都参与其中，那么，BIM将能够实现它最大的价值。

6.技术创新点

1、建立了一种应用于地铁车站机电安装的三维数字模型，该模型集成了机电设备的属性信息和安装过程中的施工信息、以及运营的物业管理信息。

查看该模型，即可简便高效地取得设备的多种综合信息，；

2、建立了一种地铁车站的运营维护辅助系统，该系统集成了车站机电方面多个专业的上述三维数字模型，并可进行远程管理。

该系统使维护智能化，降低人工检索成本，提高了效率；

3、将360度全景扫描技术应用于地铁车站的机电安装过程，形成了一种可供设备的施工和属性信息查询的全景影像资料。

应用该资料可使地铁车站的机电运营维护实现虚拟的可视化和参数化，使维护效果直观，效率提高。

4、将BIM技术应用于地铁车站风水电综合支吊架的辅助设计。

可以提高空间使用率，降低材料用量和成本。

7.鉴定资料组成

7.1.总报告《BIM技术在地铁机电安装中的应用技术研究》

7.2.分报告一:

《BIM技术在地铁车站机电安装中的碰撞和支吊架技术研究》

7.3.分报告二:

《BIM技术在地铁车站机电安装中的数据信息共享技术研究》

7.4.附件资料

7.4.1.科技查新报告

7.4.2.用户使用证明

7.4.3.经济效益证明

7.4.4.过程照片

8.参加技术研究主要人员

8.1.人员名单

高锦林、黄新、常虹、林敏、刘学明、李多贵、王飞飞、王阳、张鹏、张建、刘丁丁、杨林晓、胡杨

BIM技术在地铁机电安装中的

应用技术研究

总报告

中铁上海工程局第二工程有限公司

二〇一三年八月十五日