基于BIM技术的地铁机电工程数字化建造方法研究

李瑞华

摘要：在简述地铁机电工程数字化建造现状的基础上，详细阐述了在建造地铁机电工程BIM数字化模型、生成地铁机电工程可视数字化建造中心等方面的地铁机电工程BIM数字化建造方法，选取某地铁机电工程开展了数字化建造准备、完成了机电工程三维数字化建造模型、进行了地铁机电工程数字化建造实例分析，经过数字化建造实例成本与预设成本对比，显示各类机电设备的数字化建造成本均低于预设成本，证明本文设计的基于BIM技术的地铁机电工程数字化建造方法效果良好，具有可靠性和应用价值。

关键词：地铁机电工程；BIM技术；数字化建造；方法研究

0   引言

在经济与交通并行发展时代，我国城市化建设速度越来越快，城市内部的交通压力越来越大，难以满足人们日常出行要求[1]。建设地铁可以降低城市交通压力，推动城市现代化发展。研究表明，在地铁施工过程中，受到较多复杂因素的影响[2]。地铁工程不仅需要大量的资金、人力和物力支持，还需要优化目前的施工建设管理模式[3]，以保证地铁工程质量。

地铁机电工程是地铁建设的重点与难点，其施工工艺比较复杂，需要根据地铁二维设计图进行综合建设[4]。但二维设计图的展示能力有限，容易造成异常事故。为了解决这些问题，需要对地铁机电工程施工进行有效的数字化建造。

1   地铁机电工程数字化建造现状

地铁机电工程数字化建造的难度较高，涉及的机电设备种类较多，包括通风空调设备、照明设备、检票设备、供配电设备等[5]。不同地铁机电设备工程的难度不同，施工的差异性较高。数字化技术可以创设有效、可视化的地铁机电工程数字化建造模型，通过观察该模型的施工状态，制定可靠的施工方案[6]。

我国的数字化技术起步比较晚，目前尚未形成完整的机电工程数字化建造格局，也缺乏相关的数字化建造技术。常规的地铁机电工程数字化建造技术主要使用三维动态平衡Rebro技术获取数字化建造参数，易受预留孔洞碰撞作用影响，导致数字化建造成本过高[7]，不符合目前的施工建造要求。为此，本文基于BIM技术，设计了一种全新的地铁机电工程数字化建造方法。

2   地铁机电工程BIM数字化建造设计

2.1   建造地铁机电工程BIM数字化模型

BIM（Building Information Modeling）即“建筑信息模型”，BIM技术是一种新型的工程项目进度整合技术，可以将不同的构件及材料信息进行有机整合。通过一体化设计可以降低地铁机电工程数字化建造成本，优化工程进度，提高数字化建造维度的丰富性和数字化建造效果。本文基于BIM技术构建了地铁机电工程数字化模型，根据数字化建造要求计算数字化动态建造指数[8]。如下（1）所示。

（1）

式（1）中：△P代表动态的数字化建造指数，P0代表数字化建造成本参量，A代表数字化建造调整权重，B1、B2…Bn代表可变数字化建造差值，F0代表数字化建造价格指数，F1、F2…Fn代表数字化间隔成本权重[9]，此时根据数字化建造指数的动态变化关系，可生成数字化建造目标函数L，其表达式如下：

（2）

式（2）中：L代表数字化建造目标函数，Li代表第i种数字化建造价格指数，L0代表基础建设对照价格。结合上述机电工程数字化动态建设指数，可以根据BIM技术生成数字化建造流程。地铁机电工程BIM数字化建造流程如图1所示。

由图1可知，根据该流程可以有效进行数字化信息传递与处理，生成三维可视化机电工程BIM数字化模型。三维可视化机电工程BIM数字化模型如图2所示。由图2可知，使用上述BIM数字化模型可以有效进行成本分析，从而设计符合建造要求的数字化建造方案。

2.2   生成地铁机电工程可视数字化建造中心

为了降低地铁机电工程数字化建造成本，提高数字化建造的可靠性，本文生成了地铁机电工程可视数字化建造中心，该数字化建造中心架构如图3所示。

由图3可知，上述数字化建造中心中包含精确的成本数据库，可以有效地记录各种各样机电设备的集成成本数据，统一进行管理访问。为了实现多功能模块实时交互，该数字化建造中心设置了结构模型，进行了二次建模。

在地铁机电工程BIM数字化建造过程中，需要预先提取建造信息，生成有效的建造管理体系，再通过力学荷载分析计算完成整体设计。上述信息需要实时传输到成本数据库进行统一存储。数字化建造信息模型需要统一执行数字化调配指令，获取材料定额，对地铁機电工程进行实时监控。

为了满足地铁机电工程数字化安装需要，本文设计的数字化建造方法利用BIM软件调整了数字化建造参数，进行了建造碰撞检查，实现了材料限额、竣工管理等综合控制，避免了施工项目产生经济纠纷的风险，大幅度降低了地铁机电工程的建设管理成本。

3   实例分析

3.1   工程概况

根据地铁机电工程数字化建造要求，本文选取X地铁机电工程进行了实例分析。X地铁机电工程属于东西骨干地下线，全长为38.56km，设置了若干车站及换乘站。该地铁机电工程车站中心的里程为K12+645.000，顶板覆土3.65m，属于地下双层地铁车站。

该地铁机电工程采用局部明挖法施工，标准段底板埋深为17.04m，盾构井段底板埋深为18.25m。X地铁机电工程属于同步施工工程，施工环境复杂，施工工期相对较短，施工完毕需进行施工验证，必须满足机电工程按期测试要求。

X地铁机电工程的材料运输量较大，机电工程建造难度较大，对配电柜、机组等质量要求较高且需进行多次搬运。根据该地铁机电工程的上述实际情况，需要对其施行数字化建造，为此专业人员进行了数字化建造分析。

3.2   数字化建造准备工作

该工程使用机电设备专用的Revit MEP软件进行LOD500即竣工阶段建模，对不同的机电设备进行分类，完成机电工程三维数字化建造模型。机电工程三维数字化建造模型如图4所示。

由图4可知，机电工程三维数字化建造模型合理性较高，符合实例分析细节要求。在数字化建模之前，需要对建筑图纸进行审查。因此利用Navisworks（三维模型审查软件）进行碰撞检查，保证建筑模型无软硬碰撞、间隙碰撞，以及重复项碰撞。

为了保证实例分析的准确性，还需根据二维图纸对三维管线的排布状况进行调整，利用BIM优化电、暖、风排布，在三维立体化环境下进行数字化连接，再导入到Autodesk Navisworks（查看浏览建模和数据的软件）中进行调整。待上述步骤完毕后，即可进行数字化建造及施工模拟，利用PM造价软件计算准确的数字化建造成本。

3.3   应用效果分析

根据工程概况，在完成了数字化建造准备工作后，进行地铁机电工程数字化建造实例分析。使用本文设计的基于BIM技术的地铁机电工程数字化建造方法，完成数字化建造过程，记录不同机电设备的数字化建造成本，并将其与预设成本进行对比。数字化建造实例成本与预设成本对比，如表1所示。

由表1可知，本文设计的基于BIM技术的地铁机电工程数字化建造方法，各类机电设备的数字化建造成本均低于预设成本，证明本文设计的基于BIM技术的地铁机电工程数字化建造方法的建造效果较好，具有可靠性，有一定的经济价值。

4   结束语

综上所述，在信息化技术发展背景下，我国各个领域正在进行数字化升级，各行各业的数字化技术应运而生。地铁是我国交通的重要组成部分，其机电设备结构复杂、施工难度较高、成本损耗很大，需要研究一种有效的地鐵机电工程数字化建造方法。本文设计的一种全新的、基于BIM技术的地铁机电工程数字化建造方法，经过实例分析，表明其数字化建造方法效果较好，成本较低，可靠性较强，具有应用价值，为地铁机电工程施工做出了一定贡献。

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