陈轶伦 黄璞 杨骥
摘要：研究BIM技术在轨道交通机电工程施工管理中的应用方法和效果，从而提高工程施工质量和效率。通过对案例项目进行实际应用，结合文献综述，总结了BIM技术在施工管理环节的应用和优化方式，以完善全过程协同管理，初步降低施工风险和成本、提高效益等方面的作用。
关键词：轨道交通；
机电安装；
BIM技术；
施工管理
中图分类号：U231.3文献标志码：A
0引言
随着我国城市建设的快速发展，轨道交通作为一种快速、高效、安全的交通方式，已成为解决城市交通拥堵的有效途径。然而，轨道交通工程涉及市民切身利益，因此其施工管理要求更高。在轨道交通建设过程中，车站作为轨道交通的重要节点工程部位，其结构设计复杂，多项功能需求分区和结构构造物交错，为现场机电管线的安装和施工现场统筹管理带来了很大难度。现场管理中存在的问题包括交错施工、信息化程度低、协同管理差、进度管理难度高以及质量和安全管理难度大等。传统的管理方式已较难以满足城市轨道交通机电施工管理的需要。
BIM技术的引入为解决这一问题提供了崭新的管理思路和技术支持，有效地推动了城市轨道交通建设项目的智能化建设和数字化管理，也为施工和后期运维提供了更加高效、精准和全面的保障。
1工程項目概况
本文以成都市轨道交通某号线停车场项目开展研究。该项目包括盖下运用库、盖下降压变电所、运转综合楼、综合办公楼、食堂公寓、轨道交通派出所等多个子项目。结构总长约1 100 m，宽度206 m，新建建筑面积约为16.5万m2（图1）。总施工用时2年9个月。
本项目为EPC总承包项目，工期紧、施工难度大。为保障后期施工顺利进行，前期的设计审查显得尤为重要。
在本项目施工过程中，降压变电所的电缆夹层结构净高仅有2 400 mm，机电安装区域较为紧凑，管综优化需要最大程度保障行人空间与检修空间要求。设备区生活给水、消防、消防水幕三大泵房及配套关键设备房需要在安装前全部进行优化设计；
综合办公楼内吊顶高度考虑吊顶龙骨及支吊架厚度，实际梁下安装空间仅剩400 mm，后期安装空间紧张；
盖下运用库区风管主管与喷淋主管走向碰撞，且涉及接触网安全范围400 mm的要求，安装施工空间狭小；
盖下运转楼存在电气、暖通、给排水专业多，系统大部分为通长铺设，部分走向冲突（图2）。
该EPC项目参建方多、信息量大、管理模式有待更新。场地内多个区域同步施工，机电施工工期紧。如何在较短工期内完成机电设备安装、调试、试运行和交付，对项目管理方来说将是巨大的挑战。
2BIM模型建立
2.1软件选择与工作流程建立
BIM软件在选择时要综合工程的具体需求和特点，以及软件的功能、易用性及工作流效率等多方面因素。本项目选择了应用较为广泛的Revit进行BIM建模。该软件不仅具有强大的建模能力，同时其本身具有完善的数据管理和共享功能，可对项目中各专业的数据进行收集、整合，并对部分数据进行基础分析处理。
在该项目BIM准备阶段，项目部根据现场实际情况、前期设计资料整理，确定了项目BIM建模标准、构件命名规则、文件协同规定和数据交换规则等。
在实际建模阶段，根据工程进度计划，按照设计文件、施工深化需求进行建模，并将对应的施工技术参数录入进模型构件中。为方便后期深化应用，本项目模型建模精度达LOD200-300，局部细节部位达到LOD400。在工作中需在实际施工进度前完成BIM模型更新，并根据实际需求根据管线综合实际排布、设备定位安装、支吊架布置等设计文件不断优化完善BIM模型（图3、图4）。
2.2多专业协同设计和碰撞检查
传统二维图纸会审依靠各专业人员对图纸的熟悉程度和专业工程师的现场经验，其协同的效率和准确性较差。BIM技术具有集成性和整体性优势。将其应用到轨道交通机电工程中，可以实现机电、土建、给排水、暖通等专业设计人员以及业主的多个单位同时参与，共同完成BIM模型的搭建和深化设计。协同设计中BIM的参与大大改善了原有不同专业二维设计中存在的内容不全、设计冲突、不规范等问题，利用可视化直观操作，大大提高各专业合模的准确性和工作效率。同时施工方可以提前介入深化设计阶段、业主方全流程跟踪，各方配合效率相比传统方式更高［2］。
在该轨道交通项目应用中，在BIM模型完成的基础上进行各专业合模，通过综合模型有效检查图纸的“错、漏、碰、缺”等问题，整理形成报告提交给设计院与业主。在BIM介入深化设计的过程中，通过 BIM平台对模型进行自动标注、检查，帮助设计人员快速发现工程中的设计错误和缺陷，并在设计阶段提出整改意见共形成4版报告、机电管线问题196处、建筑结构问题125处。通过协同深化设计均提前纠正、优化了以上问题，避免了现场返工（表1、图5、图6）。
2.3BIM虚拟样板间
通过BIM虚拟样板间的建设，可以更直观地展现出机电工程项目的各个部分，方便项目各方的交流和沟通。在实际的应用中， BIM样板间的应用主要体现在以下几个方面。
2.3.1机电深化，优化安装工艺
机电安装工程施工中会遇到诸多复杂的节点，如预留预埋、管线交叉、设备管道安装、预留孔洞等，这些问题都会对机电安装施工造成很大影响。为了满足轨道交通工程较高的机电安装质量要求，保证机电安装施工顺利进行，对于地下泵房、DCC控制室、控制机房、水幕泵房、消防泵房等部位均提高模型精细度开展深化设计，综合考虑管道间距、垂直管线布置原则、各系统功能需求、安装及后期运维等因素，对部分节点建模精度进行提升［3］。
2.3.2施工模拟，减少返工和浪费
通过针对主要设备机房、节点部位管道安装的BIM样板间建设，可以将这些节点的各个分项工程和专项工程在施工前模拟检查一遍。也可以将一些比较复杂、难度较大的机电设备安装过程模拟出来，确认工序流程和相关设备、材料进出场顺序，避免出现返工、浪费等问题，提高施工效率（图7）。
2.3.3利用动画、VR技术进行施工交底
VR技术是一种可以使人产生身临其境感觉的虚拟现实技术，可以将施工交底内容通过 VR技术来展现出来。这样不仅能够让各方人员对 BIM样板间有更直观深刻的印象（图8）。
3BIM工程量统计与造价初步分析
在BIM深化设计阶段针对机电工程进行三维可视化建模，利用 建模软件对机电工程模型进行工程量统计以及造价初步分析。项目造价人员根据施工工程量清单指导BIM建模人员进行建模，所有模型构件均包含清单必要信息。通过建模软件对模型进行局部、整体工程量统计，所勾选范围内所有构件、技术措施均按照相关编码信息自动归类统计，其生成的模型工程量清单从清单项名称、单位到数量均符合清单要求，可直接导出交由造价人员组价进行初步估算，为项目管理人员制定科学合理的成本计划提供数据支持。
同时模型工程量清单可以直观地反映出每个构件在不同施工阶段所需安装的数量，为材料管理提供数据依据。所有材料信息都可以在BIM模型中找到，方便施工单位进行材料的统计、管理以及库存管理。通过BIM模型可快速掌握项目进度、质量等数据，结合工程成本、材料需求，形成一套直观可视的综合数据展示，有利于项目管理人员进行科学合理安排（图9）。
4管理平台打造
4.1施工进度可视化
通过搭建BIM管理平台，通过模拟分析功能在BIM模型中根据实际施工的资源消耗，项目管理人員可以计算出在施工过程中每一阶段、每一道工序所需要的资源数量，并结合施工场地、施工时间和人力物力等方面的资源需求量，在计算机上构建出3D可视化的施工进度模型，最终通过现场数据收集实时更新施工进度（图10）。
对于复杂的大型市政、公路项目，采用BIM技术构建出完整的进度模型后可进行多专业、多工序的协同分析，使之成为一个系统化的项目管理集成体。利用模拟施工过程、进度控制和资源调配等内容，直观地反映出施工过程中各专业及工序间的相互关系，方便管理人员对工期进行科学合理预测，保证各工序的合理安排和协调。
4.2质量、安全巡检
管理平台依托BIM能够针对现场进行检查和管理。BIM平台提供了多种检查和管理功能，例如针对机电长线路或局部节点，可以分别采取通过固定路线巡检、重要节点巡查、随机抽查等方式指派人员进行检查。同时平台可以借助Web端、App端等多平台运行。例如巡检人员在检查中发现问题时，可以直接在手机管理平台App上对问题进行标记，并发送到对应人员手机上，让其进行现场处理并拍照反馈整改情况，形成闭环流程。
目前大部分市政、轨道交通、公路工程中信息化利用率低，发现问题到处理问题整体还依靠电话、聊天软件等，相关问题是否落实整改、整改效率效果等反馈往往不形象不及时。借助信息化管理平台让相关管理流程在线上形成闭环，也大大减少管理人员书面工作。这样不仅提高了施工人员的工作效率和质量水平，也使管理者及时了解施工质量、安全管理工作，有助于项目进行及时调整、监督和控制。
4.3设计资料与模型管理
在机电安装工程中，设计资料既是获取工程信息的基础也是施工的依据，所以作好相关管理工作非常重要。在施工阶段，由于涉及复杂的管线施工、机电设备安装等问题，必须要有完整的图纸和详细的说明书；
同时因为现场施工的问题会出现设计资料、参数不断进行调整变更的情况。在这种情况下BIM模型也必须紧跟设计变更及时作出调整。如何保证模型的准确性、正确性以及历史版本迭代记录就是BIM在项目管理的一个重要应用点。通过BIM平台将BIM模型导入到施工管理系统中，然后通过管理系统实现对各种构件、参数信息、模型历史版本及变更记录进行统一管理，保证机电安装过程中相关设备信息、工程信息的完整性和准确性。
5不足与未来展望
由于国内轨道交通机电工程施工管理系统还处于起步阶段，相关建模及应用的标准规范还在不断补充完善，在应用过程中难免会存在一些问题和不足。例如BIM技术应用过程中相关的配套软件本土化不足、施工单位缺乏完整的BIM应用管理流程体系、BIM综合性技术人才缺乏等问题，这些问题都是未来需要不断解决和改进的问题。
国内施工单位中熟练使用BIM技术的人才相对匮乏，管理欠缺。在精细化信息化管理流程中很多人对于BIM的功能了解不够透彻，还不能够最大限度发挥出BIM技术的实际效能。部分建模人员缺少现场施工经验，导致模型与现场实际可能出现脱节。后期应加强项目管理人员综合能力的培训，能够既懂BIM也懂现场管理。
一整套完整的BIM管理流程体系是BIM应用落地的根本保障，通过流程体系规范化各部门、各岗位人员BIM应用点及职责范围，实现BIM技术应用多面化、多维度、多阶段性特征，利用信息传输高效共享实现管理的利益最大化。其未来应用应向更为精细化的方向发展。
6结束语
我国城市轨道交通建设起步较晚，加上建设项目点多面广、涉及专业众多、施工组织复杂等原因，使得工程管理难度较大。其中机电工程作为轨道交通建设中非常重要的一环，由于设备种类繁多、施工现场条件复杂等原因，导致机电设备安装管理难度大。传统管理模式下，管理人员要从整体上把握项目全局，对每个环节进行管理协调。但由于机电工程施工过程复杂，容易造成信息沟通不畅和项目成本增加等问题［4］。本文针对城市轨道交通施工管理中BIM技术应用开展了一定研究，以成都轨道交通某号线为主要研究试点，在项目施工阶段应用效果明显。BIM技术使现场施工管理变得更加便捷与高效，实现了对项目进度、成本、质量等方面的有效控制与监督。然而，该项目开展的一些应用仅仅是BIM技术体系很小的一部分，BIM技术在轨道交通领域应用的潜力还很大。因此还需要更多项目的实践应用来完善和开发，才能获得更大的突破。
参考文献
［1］苏艺，汪国锋，赵雪峰. BIM技术在北京某地铁站建设中应用研究［C］//中国土木工程学会及其城市轨道交通技术工作委员会，中国工程院土木，水利与建筑工程学部.2013中国城市轨道交通关键技术论坛文集——高水平地建设城市轨道交通.中国科学技术出版社，2013：15-20.
［2］段军朝，贾锐奇.基于建筑信息模型技术的城市轨道交通站后工程设计优化应用研究［J］.城市轨道交通研究，2021，24（7）：204-207.
［3］刘占英，张振义，王辉，等.呼和浩特市轨道交通1、2号线一期工程BIM全生命期应用研究［J］.土木建筑工程信息技术，2020，12（3）：120-127.
［4］王晓刚，李天阳.红岛高铁站房BIM综合应用［J］.土木建筑工程信息技术，2018，10（4）：7-11.
［作者简介］陈轶伦（1991—），男，本科，工程师，研究方向为市政工程与BIM、信息化结合技术研究与应用。
［通信作者］黄璞（1991—），男，本科，工程师，研究方向为建筑信息化与智能建造、BIM+GIS技术应用。
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