BIM 技术在管线装配式施工中的应用研究

毛林章 刘 洋 杨慧玲 陈 亮

（重庆机电控股集团机电工程技术有限公司，重庆 400000）

1 工程概况

重庆轨道交通六号线支线二期工程坐落于重庆市两江新区，该线全长14.022km，设有王家庄站（已建）、清溪河站、刘家院子站、思源站、复兴站、红岩坪站、沙河坝站等7 座车站，其中地下站5 座，高架站2 座，换乘站2 座，其中王家庄站与10 号线和14 号线换乘，复兴站与16 号线换乘。随着二期的开通，6 号线总长将达到89km，成为全国最长的地铁线路，直接拉近北碚区与市中心的时空距离，极大方便沿途市民的工作与生活出行，为重庆市发展增添新动力。该线既有线环网光、电缆敷设有108 条公里，此外，还包含各类管线设备安装。

2 项目需求分析

本工程为线性工程，长达14 公里，各作业点相对分散，不利于项目的整体把控，利用BIM技术的信息化集成化[1]，可以有效的将各个作业工程进行有效整合[2]，方便于对工程的管控。其次，由于工程处于市区，作业条件受限，有限的施工空间，复杂的交叉作业，利用传统现场作业方式效率较低，而利用BIM 数据化特点[3]，进行构件设计预制，能够有效提升施工效率。

3 BIM 技术在项目中的应用

BIM技术在项目中应用可分为三个部分，分别为设计准备阶段、预制加工阶段、现场施工阶段。项目首先根据设计图纸进行设计模型的创建[4]，在设计阶段模型的基础上进行施工深化转化为符合施工现场安装要求的施工阶段模型，然后通过对施工阶段模型的拆分、调整、编码生成满足装配式施工精度要求的预制加工模型，再对预制加工模型的工作成果进行输出生成符合厂家生产要求及现场安装要求的装配图纸、下料单等成果文件（如图1 所示）。

图1 应用流程图

3.1 设计准备阶段

设计准备阶段分为准备阶段和设计阶段，准备阶段主要的工作是相关预制构件的建模工作和预制构件模型库的管理工作。预制构件建模前应先组织有关厂家进行产品交底并提供相应的产品规格书及图纸资料作为建模依据，对通用性产品如管道阀门、管件等还应提供相应的产品实物进行复测并封样保存，以保证预制构件的精度。预制构件模型库的管理工作可分入库确认、构件分类、构件更新和构件清理。

设计阶段阶段是依据设计图纸进行三维建模生成设计模型，设计模型应与设计图纸保持一致。各专业系统模型应包含设计图纸所体现的所有信息，风系统模型应能区分各系统如大系统- 送风、小系统1- 排风等，系统类型应按图纸的系统名称进行命名[5]，风管的尺寸、材质、风阀的设置应与图纸保持一致；水系统模型的管段和尺寸设置应与图纸保持一致，系统类型应按图纸的系统名称进行命名，管道的尺寸、管件的类型、阀门的设置应与图纸保持一致（如图2 所示）；电系统模型的桥架应能区分不同系统，桥架的类型名称与管件（配件）的族名称应包含如“强电”等字段，桥架的尺寸、材质、配件应与图纸保持一致（如图3 所示）。

图2 管段和尺寸设置

图3 桥架类型名称及配件名称

3.2 预制加工阶段

预制加工阶段包括预制前复核与加工阶段。预制前复核是在设计模型的基础上进行施工深化如管线综合优化设计、支吊架深化设计、预留孔洞深化设计及土建结构现场复测等，以保证加工数据的可实施性。

3.2.1 土建结构现场复测

土建结构现场复测应在设计模型完成后施工模型深化前开展，避免建模所依据图纸与现场实施的存在偏差而导致管线碰撞等问题。土建结构现场复测可分为人工复核和三维扫描复核。复核依据以土建模型的建模图纸为参照，复核重点为结构梁、板下净高、梁下净高、走廊宽度、结构预留孔洞及管线复杂区域等。三维扫描技术可根据现场扫描情况生成点云模型，通过点云模型与Revit 模型进行对比分析检查两者之间的偏差。

3.2.2 管线综合优化设计

构建碰撞检测技术，通过对管线综合运用现状的分析，可以发现管线排布的不合理位置，为管线的合理设计提供调整依据[2]。对全专业管线进行统一排布，避免不同专业之间管线布置不合理及碰撞现象。

3.2.3 支吊架深化设计

通过支吊架深化设计将现场管线有序的布置在各支吊架上，以确定每根管线的平面位置及安装标高。现场安装人工根据支吊架的深化图纸把对应的管线放在相应的支吊架上，从而保证施工模型与现场管线安装的一致性。

3.2.4 预留孔洞深化设计

通过二次结构预留孔洞深化，明确管线穿墙处的平面位置及安装标高（如图4 所示）。现场安装人工根据预留孔洞的深化图纸把管线安装到相应的孔洞中，从而保证施工模型与现场管线安装的一致性。

图4 现场孔洞预留实体

加工阶段在经过复核的基础上通过预制构件的替换、管段的拆分、调整及编码将施工模型深化为预制加工模型，加工模型阶段的关键工作是管段连接件的设置及调整管段与管件、阀门的位置关系，从而最大程度的减少非标准管段的数量（如图5、6 所示）。

图5 风管管段的装配图

图6 风管管段及管件的下料单

在进行加工时，首先需要对接生产厂家收集相关预制段的生产数据如标准节长度、最短节长度、最长节长度、连接形式等。对接完成之后，将模型中非预制构件模型替换为预制构件模型库中的构件。设置预制分段连接件，调整管段的位置关系以减少非标准节。再对预制管段及管件进行编码，编码可根据现场实际情况而定，一般由区域代码、系统代码、顺序号等组成。最后按照约定的样式导出下料单及装配图纸，完成内部审批手续提交厂家进行相应生产。

3.3 现场施工阶段

预制构件安装前通过执行技术交底制度，明确装配图及预制构件上各标识编码的含义，区分标准段与非标段的安装位置。每组预制管段的起点安装位置及标高应在作业现场进行标识。管线安装过程中还应对管线的安装偏差情况进行动态控制，施工过程中通过图纸、全景照片、全景视频、三维模型等方式复核管线的安装情况。此外还可以探索三维扫描技术、机器人全站仪、MR 混合现实技术对安装过程进行动态复核。（图7、8）

图7 技术交底

图8 管线安装模型

4 结论

通过BIM技术对重庆轨道交通六号线支线二期机电管线工程进行优化，能够有效的避免机电管线施工中的装配误差。利用BIM技术可视化的特点对结构尺寸和预制构件尺寸进行复测，可将预制构件的几何尺寸误差及土建结构的施工误差值控制20mm 内；利用BIM技术数据化参数化的特点，对预制管段的可调节段进行参数修正，可以控制100mm 范围内水平或垂直段的累计装配差误。此外，利用BIM将工程数据与预制生产相结合，能够大幅提高工程的预制率，其中风管的综合预制率可达到96.5%；综合支吊架的综合预制率可达到100%；水管、桥架在相关机房中综合预制率可达到90%。利用BIM技术对机电管线工程进行指导，能够提升工程质量、缩短施工周期、改善作业条件及环境、减少事故隐患、降低材料损耗。