第3篇 BIM技术在建筑设备施工与调试中的具体应用

第15章 BIM技术在某地铁线路设备施工中的应用案例分析

本章以某地铁类建筑设备施工的实际工程为例，结合BIM技术，对大型公共基础设施的建筑设备安装进行具体的介绍。地铁类车站的建筑设备施工，承包商多，工期紧，施工条件复杂，场地狭窄，各专业齐全，最能体现BIM在施工中的作用，也最能体现建筑设备安装施工的技术特点和工艺要求。

15.1 案例背景和工程概况

15.1.1 案例背景

××市轨道交通七号线一期工程，起自火车南站，至终点大学城南站，在该站与四号线十字换乘。线路全长约18.60km，均为地下线路，共设9座车站，其中换乘站为4座，平均站间距约为2.19km，最大站间距约为3.78km，最小站间距约为1.12km。列车采用六节B型车编组。

在车站机电设备安装承包商施工期间，将有以下其他承包商进入该车站和区间工作：土建承包商、供电系统承包商、弱电系统安装承包商、轨道系统承包商、自动扶梯承包商、无机房电梯承包商、楼梯升降机承包商、公共区装修承包商、出入口雨篷包商、屏蔽门承包商、绝缘层承包商。

建筑设备安装各系统概况

（1）低压配电与照明系统概况

1）低压配电与照明系统工程范围：动力及照明设备及其配电管线的安装、调试。

2）低压配电与照明系统工程概况。低压配电与照明系统按负荷划分及供电技术要求如下：

①一级负荷：集中不间断电源（UPS）系统、通信系统、民用通信系统、信号系统、乘客信息显示系统（PIDS）、防灾报警系统、综合监控系统、机电设备监控系统、屏蔽门、自动售检票系统、应急照明、公共区照明、灾害时需正常运行的自动扶梯、自动灭火器、消防泵、废水泵、雨水泵、防火卷帘、组合空调器、事故风机及其阀门等。

供电技术要求：从变电所的两段母线上分别引出两路互为备用的独立电源，末段切换，以保障供电的可靠性。应急及疏散照明另增设蓄电池装置作为备用电源，容量应满足90min的供电要求。

②二级负荷：出入口集水泵、污水泵、灾害时需停止运行的自动扶梯、液压电梯、设备区和管理区照明、非事故风机及风阀、设备用房的通风空调等。

供电技术要求：从一、二级负荷母线馈出单回路电源至设备。

③三级负荷：公共区及管理用房空调系统（冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机）、广告照明、电开水器、保洁电源、商铺用电等。

供电技术要求：从一、二级负荷母线馈出单回路电源至设备，当一、二级负荷母线的两段母线中的一段供电发生故障时，负荷予以切除。

（2）给排水及消防系统概况

1）给排水及消防系统工程范围：各站及相应半个区间范围内给水系统（不含车站市政永久给水接驳）、排水系统（不含车站及区间市政永久排水接驳）、水消防系统、手提灭火器等的所有安装、调试。

2）给排水及消防系统工程概况：系统以城市自来水为给水水源，在车站两端接驳市政永久给水系统的水表井内分别设置生产、生活给水用表及消防给水用表，其中生活、生产给水系统从引入管上接出DN50～DN100给水管后在车站呈枝状布置；水消防系统则从车站两端引入管上各接出一根DN150给水管后在站厅、站台层连通，使车站消防水管形成环状供水管网；在站台层两端各引两条消防水管进入隧道与相邻车站的水管相连，并在进入区间的消防管道前并联安装电动及手动阀门；在消防水管上按要求设置室内消火栓箱（其中，区间只设消火栓头）。

（3）通风空调系统概况

1）通风空调系统工程范围：各站通风空调系统设备和管线的安装、调试。车站通风空调系统由隧道通风系统（包括区间隧道和车站隧道）、车站公共区通风空调和防排烟系统（简称车站大系统）、车站管理及设备用房通风空调系统（含备用空调系统）和防排烟系统（简称车站小系统）、空调水系统组成。

2）通风空调系统工程概况

①隧道通风系统：根据区间隧道通风系统的设计要求设置区间隧道风机，当列车阻塞在区间隧道时，向阻塞区间提供一定的通风量，保证列车空调等设备正常工作；火灾工况下提供一定的新风量，诱导乘客疏散，排出烟气；根据车站隧道通风系统的设计要求，设置车站隧道排风机，及时将列车发热量排向外部。

②车站大系统：根据地铁运营环境要求，在车站站厅和站台公共区设置通风空调和防排烟系统，正常运行时为乘客提供过渡性舒适环境，事故状态时迅速组织排除烟气。该系统设置新风机、组合式空调器、回排风机、排烟风机。

③车站小系统：根据地铁设备管理用房的工艺要求和运营管理要求设置通风空调和防排烟系统，正常运行时为设备正常工作提供必需的运行环境和为运营管理人员提供舒适的工作环境，事故状态时迅速组织排除烟气。车站小系统设置新风机、风机盘管、柜式空调器、变制冷剂流量分体空调系统室内/外机、排风机及排烟风机。

④车站大、小系统及水系统：大、小系统的空调冷源来自各站的冷水机房，冷水机房设置水冷式冷水机组、冷却水泵、冷却塔、冷冻水一次泵、膨胀水箱等设备。

各车站及线路的车站环境与设备监控系统（BAS）概况、门禁系统概况、火灾自动报警系统概况、自动灭火系统概况等方面的介绍略。

15.1.2 工程范围

在本案例中，建筑设备施工的工程范围包括各地铁车站及相应区间的下列工作内容：

1）低压配电与照明系统的安装、调试。

2）给排水及消防系统的安装、调试。

3）通风空调系统的安装、调试。

4）火灾自动报警系统的安装、调试。

5）环境与设备监控系统的安装、调试。

6）门禁系统的安装、调试。

7）装修工程：含设备区的房屋建筑装修及管线孔洞防火防烟封堵、风亭±0.000以上的土建工程、公共区（含通道、出入口）及轨行区广告灯箱的安装、公共区及轨行区的喷黑等。

8）地面恢复及市政道路接驳施工。

9）自动灭火系统的安装与调试。

10）车站地盘及公共区装修协调管理。

15.1.3 工程的重点及难点

1.工程的重点

1）该工程系统施工的重点为交叉施工。地铁施工中常常出现多专业交叉作业，主要涉及通风空调专业与低压配电、楼宇自动化系统、火灾自动报警系统、给排水及消防、通信、信号、屏蔽门等专业的交叉施工作业。因此，需要以通风空调专业为主合理布置综合管线，其他专业配合。合理的综合管线布置图能有效地减少专业交叉打架和缩短工期及成本。

2）该工程工期安排的重点是关键设备房施工由于地铁工期是不可调的闭门工期，因此在施工中需要做好人、机、材料等的组织管理，以及技术管理、经济管理，做好工序的合理安排，制订关键工期不能实现时及时调整和组织有效抢工的措施，做好国家法定节假日、突发气象变化以及不可抗力的各种工期保障措施。

3）该工程轨行区施工的重点为轨行区低压配电及照明、隧道通风系统、给排水及消防的施工。轨行区施工主要包括低压配电及照明、隧道通风系统、给排水及消防等专业。区间内其他施工系统（如牵引供电系统、通信系统、信号系统、接触网系统、轨道系统等）很多，交叉施工多，有工程车通行，施工时间受到严格限制，而且隧道狭长，作业空间小，不能搭设固定临时设施。施工用的临时移动设施（如自制运输车、扶梯、临时配电箱、放线架等）的放置位置受行车安全限制，施工用材料、工机具每天必须及时收回。

2.工程的难点

交叉施工是地铁类建筑设备施工的特点和难点，需要极大的协调能力，相应地，施工时间和工期的保证也是此类工程的难点。这类安装工程，安装量大，专业齐全，交叉施工贯穿整个建设过程。

1）相关专业多，协调配合量大，交叉作业频率大。地铁类建筑设备安装，工程专业齐全，使用功能多，设备数量大，各类机房及功能竖井多，使交叉施工作业在建筑内处处存在，交叉配合管理的协调工作量大。

2）交叉作业的时间性要求精确。由于工程进度要求紧，专业多工种交叉作业，对各工种插入时间的准确要求高，因此要对工作在相应工作面上的时间有周密细致的安排，如果某一工种在工作面上插入早或迟，事必影响工期及质量。

3）交叉作业的工序安排要求周密。由于工程安装量大，专业全，使用功能多，各专业及其相互工序搭接要求安排周密，不能少一个工种的交叉作业，如果某专业或工种没有进行相应施工面的施工，待工作面其他工种施工完成后再进入施工，必将造成其他工种的拆改返工或影响其工期，也可能造成质量等问题的产生。

4）交叉作业的安全措施要求高。由于交叉作业会造成许多安全隐患，工程如此大的安装量，坠落物影响大且防护困难，高空作业、临边作业等不安全因素多，因此对交叉作业的安全措施提出了要求。

5）交叉作业的成品保护要求高。由于建筑安装设备较多，多工种交叉作业，工作面的协调方多，同一作业面多工种交叉作业，施工中相互影响成品、半成品的可能性大，因此要求成品保护的措施到位、周详。

15.2 施工计划与组织

15.2.1 施工计划的编制原则

施工计划以全面响应✕✕市轨道交通七号线一期“车站设备安装工程Ⅰ标段”工程招标文件的各项要求，遵循“精雕细琢、塑造时代精品”的质量方针。施工计划的编制原则是：精心组织、精心施工、持续改进、精益求精，不断提高工程质量和服务质量，以实现顾客满意的目标，使工程质量符合相关规范并全部达到设计的要求，且各分部工程均达到优良等级，获省、市级优质工程并争创鲁班奖。

15.2.2 施工准备及施工资源计划

1.施工准备

工程开工前，各系统各专业必须完成以下准备工作，经业主和监理批准后方可开工。

（1）技术资料及文件准备 各系统各专业已经准备齐全相应的技术资料及文件，如施工图样、业主及设计院提供的补充和修改文件、施工验收规范及标准、根据施工组织设计编制的实施性施工组织设计、安全技术交底资料、经业主及监理批准的开工报告等。

（2）人员准备 按实施性施工组织设计要求，及时调集项目管理人员、技术人员、施工人员进场。

（3）材料准备 根据施工进度的安排，各系统各专业所需要的部分或全部物资材料已采购并运输到现场，且通过业主及监理验收，均具备设备及材料出厂合格、材质证明书等。

（4）机具准备 各系统各专业已按施工进度配置齐相应专业所必需的施工机具。

（5）施工现场准备 施工现场已配置了足够能力的吊装设备（起重机、简易门式起重机），选择了合理的运输设备的预留通道，地下站厅、站台的各施工区域已布置了足够的照明、通风设施以及消防用具，预留的坑、孔处设置了临时安全防护栏，并设置了各种警示安全标志牌。

（6）临时设施准备 现场已合理地布置了临时生产设施、办公设施，具备了足够的生活生产用水及用电，具有合理的生产污水排放措施和专门的生产边角余料堆放点、垃圾存放点等，保证达到文明施工及环境卫生的要求。现场已安装了足够的、能与外界联系的座机及手提电话、传真、计算机等通信设施。

2.施工资源计划

（1）劳动力安排计划 为争取早日交付使用，该标段各站✕✕公司目标工期要求为397日历天，各站及区间施工平均需要机电安装和装修人数约123人，高峰期施工人数约170人，在单位工程交工后就只留配合营运的临管人员。其劳动力计划安排见表15-1。

表15-1 劳动力计划安排

（续）

（2）进场计划 表15-2～表15-6列出了各种物料的进场计划。

表15-2 低压配电（含弱电）工程材料进场计划

表15-3 给排水工程材料进场计划

表15-4 消防工程材料进场计划

表15-5 通风空调工程材料进场计划

表15-6 建筑装修、地面恢复及市政道路接驳工程材料进场计划

（续）

15.3 BIM技术在工程中的控制与管理

15.3.1 BIM实现施工的过程管理

BIM使施工协调管理更为便捷。通过信息数据共享、四维施工模拟、施工远程监控，BIM在项目各参与者之间建立了信息交流平台。BIM可以使业主、设计院、顾问公司、施工总承包、专业分包、材料供应商等众多单位在同一个平台上实现数据共享，使沟通更为便捷、协作更为紧密、管理更为有效。

BIM给施工企业的发展带来的影响归纳起来主要有三点：一是提高施工单位在施工过程中对进度、安全、质量、成本的信息集成化管理水平；二是合理控制工程成本，提高施工效率，进行碰撞检查，减少返工；三是实现绿色环保施工的理念，精确计算，减少浪费，合理布局。

1.BIM实现施工安全管理

通过对施工现场建模，使施工单位提前了解清楚各施工洞口的存在位置，并提前做好安全规划防护，对有效预防安全事故的发生起到关键作用，如图15-1所示。

2.BIM实现施工质量管理

通过BIM模型的建立以及漫游视频的制作，以动画的形式进行施工前的交底工作，施工人员可更清楚、更详尽地了解施工部位的质量要点。下面以设备区走道空调水管安装为例（见图15-2～图15-4）来进行介绍。

图15-1 BIM对施工现场建模

3.BIM模型与施工进度计划整合

根据土建条件与该项目施工的组织设计、进度计划，模拟实际施工，确定最优最合理的施工方案，指导工程实体的流水实施。具体步骤为：

1）项目施工进度方案模拟与优化，根据初步设计图样，建立完整项目的结构、建筑、机电等模型。

2）向BIM建筑模型导入项目策划的施工横道图进行项目模拟建造。导出项目模拟建造的档案，用以到时检测和监测项目建造过程中计划进度与实际进度的对比。通过进度对比，工程师查找出导致施工进度延误的各种原因并修改问题，进行二次进度方案优化和调整并加以实施。

3）通过模拟达到项目监控效果。实际进度模型以天、周、月为周期，进行模拟进度的更新，达到项目施工进度模拟与实际施工进度基本同步的效果。

图15-2 综合支吊架安装过程中的控制

图15-3 管道安装工艺控制

4）通过查看施工模拟档案，后台掌握项目整体施工进程，并有利于监控项目主材进出与应用的状况。

5）把该项目进度计划文件与全站三维模型中各个系统的检验批、分项、分部工程及资源关联起来，以时间轴的推移，形成模拟施工的过程，如图15-5～图15-8所示。

6）在模拟建设制作过程中，将相应设备以正确的安装顺序进行关联，造成安装的时间差，继而实现施工工序模拟。

图15-4 管道保温质量瑕疵处理措施

图15-5 车控室安装模拟

图15-6 桥架、线槽安装模拟

图15-7 风管安装及风机安装模拟

图15-8 天圆地方安装及空调机组、灯具、气体喷头及感烟探测器等设备安装模拟

15.3.2 BIM建模结果的输出

根据各地铁车站场地分布情况、临时设备安置情况、设备材料和安全指示标志分布情况，可以输出各种图形、图片，并以此整理形成图集、安装施工模拟视频、车站环控机房整体施工模拟视频、站厅层漫游浏览视频，如图15-9～图15-16所示。

图15-9 地铁车站站厅及整体3D效果输出图

图15-10 某地铁车站A的3D输出图

图15-11 某地铁车站风管施工的3D输出图

图15-12 某地铁车站顶棚施工的3D输出图

图15-13 某地铁车站制冷机组施工的3D输出图

图15-14 某地铁车站冷水机房施工的3D输出图

图15-15 某地铁车站消防泵房施工的3D输出

图15-16 某地铁车站环控机房效果图

15.3.3 BIM技术在工程安全、质量、进度等方面的应用

BIM在施工阶段为施工企业的发展带来的影响包括：一是设计效果可视化；二是模型效果检验；三是通过模拟建造提高施工的监控质量；四是工程安全、质量、进度的有效管控；五是完善的BIM模型，指导工程验收和移交工作。在利用专业软件为工程建立了三维信息模型后，会得到项目建成后的效果作为虚拟的建筑，因此BIM展现了二维图样所不能给予的视觉效果和认知角度，同时它为有效控制施工安排，减少返工，控制成本，创造绿色环保以及低碳施工等方面提供了有力的支持。本节针对该工程项目，从安全、质量、进度、验交等方面详细介绍BIM技术的应用。图15-16所示为BIM技术用于案例工程与现场照片的对比。从图15-17可以看出，BIM技术模拟出来的施工效果与实际施工效果的相似程度非常高。

图15-17 BIM模型和现场照片的对比

接下来详细地介绍各个具体的应用。

1.安全控制的BIM应用：孔洞临边防护动态管理及安全隐患预警

孔洞在施工项目中有很大的安全隐患，需要管理者高度重视，而通过BIM技术，可以做到提前防范和安全预警。具体的实施方案如下：

1）机电施工单位接手车站主体及地面场地后，对所有建筑结构（含孔洞）进行确认和审查，并将最新的情况更新到建筑结构BIM模型里。

2）比对最新的建筑结构BIM模型，若有差异，则调整机电BIM模型。

3）根据最新的BIM模型（见图15-18），确认孔洞是否有遗漏，若有遗漏，则需要追加开洞。

图15-18 临边防护BIM模型

4）对所有孔洞进行临边防护，并将防护设备更新到BIM模型里，并提交给监理、业主等有关部门审查。业主单位可以直接在平台上了解情况。

5）将所有孔洞的安装计划合并成一个孔洞安全进度计划并和临边防护BIM模型关联（见图15-19），做到动态管理。

6）当按照计划需要对孔洞进行施工时，由安全人员去现场核实情况，维护现场安全，并保证BIM模型和现场的临边防护情况一致，如图15-20所示。

图15-19 临边防护模型的动态管理

7）安全员需要将每个孔洞的真实情况拍照，将每次巡视发现的问题都上传到BIM模型中，形成及时有效的安全管理。

8）每减少一个临边防护，模型里的安全隐患数量就相应地降低。各管理部门，特别是业主单位可以通过平台和模型及时了解这些安全措施的动态。

2.质量控制的BIM应用：利用二维码和BIM的结合来提高对设备材料的质量控制

图15-20 BIM模型的临边防护情况

1）机电施工单位在将二维图样转换成三维模型的同时，对每个需要进行编码的设备及材料进行编码。完成编码后，将编码下发至设备、材料供应商，设备、材料供应商在设备、材料出厂时制作并粘贴二维码。

2）所有设备、材料供应商在供货的同时，需要提供一组二维码。二维码包含产品的所有信息。

3）由监理单位审核确认。所有设备的产品库与BIM模型相关联，产品的进出都通过扫描二维码控制，同时将使用情况同步到BIM模型中。

4）将各类设备的采购、使用等状态信息及时反映到BIM模型中，各个参建单位和业主单位可以随时查看这些信息。

3.进度控制的BIM应用：实际工程模型和计划模型的对比

进度管理是项目管理的一个重要环节。通过将进度管理可视化，将进度情况同时展示给所有的参建单位，从而协同解决影响进度的问题，达到提高进度管理质量的目的。

1）机电施工单位的BIM团队将机电设计图转化为BIM模型，并导入平台。

2）机电施工单位将机电安装进度计划导入平台，并关联BIM模型，形成一个计划的虚拟施工进度。

3）同时，对施工的工序可以进行模拟，如一段风管的安装（见图15-21～图15-25）就能说明问题。

图15-21 安装风管吊架

图15-22 安装风管

图15-23 安装风口喉管

图15-24 安装保温材料

4）监理单位通过扫描二维码，形成实际安装机电设备进度，并关联BIM模型，形成一个实际的施工进度模型。

5）在平台上，将计划的进度模型和实际的进度模型进行对比，并对按期完工和延期完工的各个工点进行标示。按期或者提前完工的，用绿色标示；延期的，用红色标示，并注明延期的原因。每天或每周更新一次数据，将项目的真实进度用可视化的方式表示出来。

图15-25 安装风口

6）将进度的BIM模型同时在施工单位、监理单位、业主方等各个参建单位的管理者的计算机上同步显示，并由施工单位对延期工作做出解释并给出解决方案，监理单位审核，形成全单位全过程的可视化进度管理。特别是业主单位的领导，在不到现场的前提下，就可以对项目的进度有清晰的认识。

4.验交控制的BIM应用：全过程文件数据输入到BIM模型

验收和移交一直是项目管理的难点。项目的长期建造过程会产生大量的数据和表单，而这些资料在验收和移交时都是重要的依据。通过BIM技术的数字化验交，可以大大减少验交时资料的缺失，提高数据的完整性。

1）机电施工单位审核图样，创建机电BIM模型，并将设计变更信息和书面确认文件的电子档输入BIM模型。

2）确认BIM模型，并将机电设备的各类信息输入到模型中。其中包括工点名称、设备编号、机组型号、生产商、生产日期、整机产地、安装位置、价格等，特别是品质信息（如油漆等级）和注意事项（如维保期限、加注机油）等。

3）监理单位对设备进行审核，并将审核意见的电子档输入BIM模型。

4）对实际测量后的BIM模型进行第二次碰撞检测，修改BIM模型，并由监理组织各专业设计单位对修正后的BIM模型进行书面确认，并将书面确认资料的扫描件由承包商输入到BIM模型中。

5）在施工安装阶段，监理组织承包商对安装完成的各专业设备和材料进行记录，承包商将相关资料和数据录入BIM模型中。资料和数据包括安装完成的时间、班组长的名字、安装过程中遗留的问题、安装完成后的自检记录扫描件、隐蔽验收记录扫描件、安装的相关记录等。

图15-26 手机BIM移交移动平台

6）在施工调试阶段，监理组织承包商对完成单机调试的各专业设备进行记录，承包商将相关数据录入BIM模型中。数据包括调试时间、调试的相关数据、调试人员名字、监理人员名字等。

7）将所有设备信息和施工信息录入到BIM模型中，将每一阶段更新的模型都及时上传到平台甚至手机上（见图15-26），使各个参建部门及业主单位能远程查看。

8）在竣工时，将录入了各类信息的BIM模型移交给运维单位，以保证信息传递的完整性和及时性。

总之，基于BIM的工程项目管理是一个发展趋势。随着全球化、知识化和信息化时代的来临，信息日益成为主导全球经济的基础。在现代信息技术的影响下，现代建设项目管理已经转变为对项目信息的管理。传统的信息沟通方式已远远不能满足现代大型工程项目建设的需要，实践中许多的索赔与争议事件归根结底都是由于信息错误传达或不完备造成的。近年来，作为建筑信息技术新的发展方向，BIM从一个理想概念成长为如今的应用工具，给整个建筑行业带来了多方面的机遇与挑战。

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