CN103093061B - 一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电设备安装技术领域，公开了一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，所述方法通过利用三维BIM软件建立与完工后工程一致的各不同专业虚拟BIM模型，输出到三维碰撞软件建立合并后的三维碰撞模型进行碰撞分析，处理优化碰撞节点，然后通过3D-MAX软件对合并分析处理后没有碰撞节点问题的三维碰撞模型进行装饰材质贴图和动画漫游，从而实现对地铁机电工程综合管线的碰撞优化。本发明利用BIM技术解决了机电安装过程中各类综合管线碰撞导致无法施工的问题，通过优化设计，能够对机电管线设备等进行合理规划和利用，减少了施工浪费，缩短了施工工期，极大的提高了现场的工作效率，并减少了业主的初投资。

Description

一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法

技术领域

本发明属于机电设备安装技术领域，具体涉及一种基于BIM的专业间碰撞优化方法，特别涉及一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法。

背景技术

地铁工程是公共建筑领域比较复杂的工程，而机电安装工程是地铁中最复杂的一步。地铁机电安装工程中不仅包括一般民用建筑中的通风空调、消防、建筑电气，而且要涵盖铁路系统中通信、信号、综合监控、安全门、自动控制、FAS、BAS、气体灭火、电扶梯等各类专业系统。一个地铁站有十几个专业系统，上百种仪器设备，这些设备绝大部分都要隐藏到地铁顶棚以上1-1.5米的空间里。地铁整个安装系统的复杂程度可想而知。凡是经历过地铁安装施工的工程师都很清楚，地铁中最经常碰到的问题就是管线的碰撞问题。而且越是管线碰撞的地方，空间越是狭小，要想解决管线碰撞只能更改路径，这样势必造成返工现象，这样不仅造成了成本的增加，也会造成了进度的滞后，有时候会影响系统功能的质量。

传统的地铁中综合管线施工是不同的单位或专业各自为战，只要按着图纸做好自己专业的管线就行，与其它专业只有在碰撞后才更行解决。地铁车站机电安装项目涉及风、水、电、通信、信号、FAS、BAS、气体灭火等十几个专业，管线布置的特点是空间小、规格不一、布置密集，需在有限的时间内和空间内集中安装而相互干扰，协调工作量大，常规的安装方法是各专业的管线支架各自独立安装，这样便存在如下的缺陷：

1、施工图纸本身比较粗糙、相关专业管线上考虑不全，先天上就有非常多的碰撞;2、不同专业会有不同的设计院或者是同一设计院不同专业的设计人员沟通不畅，加之设计水平不一，也会造成图纸上的先天不足;3、施工过程中先安装的管线空间充裕，选择余地大，后安装的较被动，经常出现后装管线碰撞乃至无法安装的情况，会因频繁“返工”造成较大的经济损失；同时返工造成大量的人、财、物的浪费，有的还会影响工期;4、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；对施工进度有较大影响;5、安装完成后的外观效果不理想，各自为战，方向不能很好的统一，间距不能保持很好的协调性，特别在无吊顶车站中对排管布线的美观要求很难达到；6、各种管线的支吊架经常是最早定货，到了现场确不合适，造成材料浪费，工程成本增加；7、运营维护过程中管线、设备资料查找困难，检修难度大，运营公司管理改造困难重重。

美国行业研究院公布：工程建设行业的浪费率高达57%，而其中因图纸错误导致的设计变更或返工引起的进度延误和成本增加也是司空见惯。

2010年《中国商业地产BIM应用研究报告》通过调查问卷发现，77%的企业遭遇因图纸不清或混乱而造成项目的投资损失，其中有10%的企业认为该损失可达项目建造投资的10%以上，43%的施工企业遭遇过招标图纸中存在重大错误，改正成本超过100万元。

随着BIM技术的不断深入应用，发现使用BIM技术可以消除40%的预算外变更，通过及早发现和解决冲突可降低10%合同价格，而消除变更与返工的主要手段是基于BIM技术的碰撞检查。BIM系统即建筑信息模型（Building Information Modeling）中文意为建筑信息模型，是一种数字信息集成与应用的方法，源于20世纪80年代，可应用于建筑的设计、建造、管理等诸方面。这些建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以这个数字信息模型作为各个建筑项目的基础，去进行各个相关工作。建筑工程与之相关的工作都可以从这个建筑信息模型中拿出各自需要的信息，即可指导相应工作又能将相应工作的信息反馈到模型中。建筑信息模型不是简单的将数字信息进行集成，它还是一种数字信息的应用，并可以用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。

BIM由于其可视化、协调性、模拟性、优化性及可出图性的优越特点在国外得到了大量应用，目前很多国家已经有了比较成熟的BIM标准或制度。BIM技术主要通过多款三维设计平台来实现，在建筑领域主要应用于设计、施工以及维保和运营阶段，国外的相关应用软件已经比较成熟，已经成为设计和施工单位承接项目的能力体现。

近年在国内地铁建设领域，BIM技术以在设计领域应用居多，如北京地铁10号线二期石榴庄站设计、无锡地铁1号线霞路站设计、西安地铁控制运营中心设计等，均利用BIM技术将工程模型提前实体化，参数化，提前预知一些可能发生的问题，进行总体规划设计，效果良好。

BIM技术近来开始从设计走向施工，在机电安装领域主要应用于房建的暖通、给排水、电气、建筑智能化等专业的管线安装，如无锡市环境检测中心实验区机电安装项目、大庆青少年活动中心设备安装、北京京澳中心项目等。在地铁车站机电安装项目中，部分工程局开始采用BIM技术，一般只限于初步建模用以解决管线碰撞问题，而管线和支吊架的布置仍沿用传统的安装方式，上海地铁11号线综合管线的BIM技术的应用，为各单位提前解决各系统单位管线提供了非常好的平台。

目前BIM已被明确写入建筑业发展“十二五”规划，由于其突出的出图和可视化功能，可以发现地铁车站原设计的一些管线碰撞点，可以解决三维管线与装饰、结构之间的协调问题，能够利用车站的全生命周期的过程做更多的物业运营模拟和管理工作，在后续的地铁机电安装项目中，BIM技术的应用将会越来越得到广泛的应用。相应的科研成果必将给地铁车站机电安装乃至建筑业带来一次新的技术革命。

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、供电等十几个专业，管线布置的特点是空间小、规格不一、布置密集，需在有限的时间内和空间内集中安装而相互干扰，协调工作量大，常规的安装方法是各专业的管线支架各自独立安装，但在施工中易出现如下问题：

1、设计图纸的不足要求更完善的设计

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，相互之间的沟通不那么完善，造成各自为战，所以各专业之间的配合存在较多的漏洞，而且是平面图纸，造成各专业的管线图纸不能很好的反应实际状态，到空间环境中就会有碰撞。

2、施工要求图纸能真实反应实际

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。这就需要更先进的图纸来解决，BIM技术就能更好的解决。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，通过管线布置综合平衡技术二次深化设计，减少图纸出错风险，提高机电工程项目的精细化管理水平。

3、成品效果的要求

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。

4、运营维护的要求

在运营维护过程中，管线、设备资料查找困难，检修难度大，运营公司管理改造困难重重。

随着地铁建设里程的增加，这种状况已在地铁车站机电安装运营维护中日见显现，严重制约着运营维护中的工作效率，维护成本，同时大量繁乱的管线管理也是运营阶段维护工作的一大困扰。

随着BIM技术的引进，机电安装项目亦可将其从设计引入至施工阶段加以应用，通过对设计图纸的综合考虑，BIM技术根据施工过程中的物资采购合同，可以将相关信息纳入BIM三维图中，以便在运营维护中可以随时进行查询，方便了运营维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，旨在利用BIM技术解决现有地铁机电安装过程中各类综合管线交叉碰撞导致上述的施工返工，从而增加施工成本，导致施工效率低下等的问题。

本发明是这样实现的，一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，包括以下步骤：

1）利用三维BIM软件建立与完工后实际工程一致的土建与机电工程不同专业虚拟BIM模型；

2）利用三维碰撞软件合并所述不同专业虚拟BIM模型建立合并后三维碰撞模型，分层对所述合并后三维碰撞模型进行三维虚拟碰撞分析，输出地铁机电工程综合管线碰撞分析结果，并根据所述碰撞分析结果对碰撞节点问题进行处理，包括对所述不同专业虚拟BIM模型以及对应的设计图纸进行修改，多次重复本步骤，直至解决所述碰撞节点问题；

3）利用3D-MAX软件对合并分析后没有碰撞节点问题的三维碰撞模型进行装饰材质贴图和动画漫游。

所述步骤2）中，所述利用三维碰撞软件合并所述不同专业虚拟BIM模型建立合并后三维碰撞模型的步骤之前，还进一步包括以下步骤：

对所述不同专业虚拟BIM模型的墙、柱、梁、板及对应标高信息进行检查和核对，确保与完工后实际工程一致。

在所述步骤1）的步骤之前，还进一步包括以下步骤：

建立所述土建与机电工程不同专业二维CAD平面图；对所述土建与机电工程各个不同专业建立的二维CAD平面图的位置、尺寸、标注、图层信息进行采集，通过所述三维BIM软件对各个不同专业二维CAD平面图分专业对应建模，建立与所述实际工程完工后一致的不同专业虚拟BIM模型。

所述地铁机电工程综合管线碰撞分析结果包括输出碰撞节点、生成碰撞节点报告、输出碰撞节点三维截图以及碰撞节点的具体位置和修改建议信息。

所述三维虚拟碰撞分析包括所述土建与机电工程碰撞检查以及机电工程不同专业碰撞检查；其中，所述土建与机电工程碰撞检查为检查所述机电工程各个管线设备与土建结构部位的碰撞节点。

所述土建与机电工程不同专业包括建筑结构、暖通、消防、给排水以及电气桥架各专业。

所述三维BIM软件采用Revit系列RAC、RST、RME软件。

所述三维碰撞软件采用NavisWorks或者BIMworks三维碰撞软件。

本发明能够克服传统平面二维图纸非常容易错漏碰缺的缺点，解决了地铁等复杂机电安装工程管线交叉碰撞的技术问题；同时，BIM技术在地铁工程的机电安装项目上的应用，使部分技术工作更直观，更快、更省力、更精确，能够有效降低技术人员劳动强度；可以用最小的代价达到最完善的功能，能够做到避免返工，减少浪费，降低成本10%，节省工期8%。通过优化设计，能够对机电管线设备等进行合理规划和利用，减少了施工浪费，缩短了施工工期，极大的提高了现场的工作效率，并减少了业主的初投资，在满足系统使用功能的前提下，满足业主对各个区域标高的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的排风管与结构梁的碰撞示意图；

图3是本发明实施例提供的一具体实施例的碰撞示意图；

图4是本发明实施例提供的又一具体实施例的碰撞示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，该图示出了本发明实施例提供的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，为了便于说明，仅示出与本发明实施例有关的部分。

本发明所述的一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，包括以下步骤：

S101:利用三维BIM软件建立与完工后实际工程一致的土建与机电工程不同专业虚拟BIM模型；

本发明实施例中，所述三维BIM软件采用Revit系列RAC、RST、RME软件。

本发明实施例中，所述土建与机电工程不同专业包括建筑结构、暖通、消防、给排水以及电气桥架各专业。

S102:利用三维碰撞软件合并所述不同专业虚拟BIM模型建立合并后三维碰撞模型，分层对所述合并后三维碰撞模型进行三维虚拟碰撞分析，输出地铁机电工程综合管线碰撞分析结果，并根据所述碰撞分析结果对碰撞节点问题进行处理，包括对所述不同专业虚拟BIM模型以及对应的设计图纸进行修改，然后多次重复本步骤，直至解决所述碰撞节点问题；

本发明实施例中，所述三维碰撞软件采用NavisWorks或者BIMworks三维碰撞软件。

本发明实施例中，所述地铁机电工程综合管线碰撞分析结果包括输出碰撞节点、生成碰撞节点报告、输出碰撞节点三维截图以及碰撞节点的具体位置和修改建议信息。

本发明实施例中，所述三维虚拟碰撞分析包括所述土建与机电工程碰撞检查以及机电工程不同专业碰撞检查；其中，所述土建与机电工程碰撞检查为检查所述机电工程各个管线设备与土建结构部位的碰撞节点。

下面，对所述分层对所述合并后三维碰撞模型进行三维虚拟碰撞分析的具体步骤详细说明如下：

1)分层对合并后的BIM模型进行碰撞检测分析, 包括前面所述的土建与机电工程碰撞检查以及机电工程各专业碰撞检查；其中，土建与机电工程碰撞检查为检查机电工程各个管线设备与土建结构部位的碰撞节点；参见图2所示，排风管7与结构梁8间存在着碰撞节点9，参见该图中圆圈所圈示部分。

2)输出机电工程综合管线碰撞分析结果，包括输出碰撞节点，生成碰撞节点报告、输出碰撞节点三维截图以及碰撞节点的具体位置和修改建议等信息；

3)汇总所有碰撞节点，根据设计图纸对碰撞节点进行核对和分析，判断碰撞节点问题，如果是设计图纸问题，则注明所属设计图纸编号，如果是不同专业虚拟BIM模型问题，则注明具体出错原因和调整意见；

4)根据碰撞节点报告对土建和机电工程各专业BIM模型及设计图纸进行修改，然后再次重复步骤S102所述方法对碰撞节点进行碰撞检测分析并处理，直至解决所有碰撞问题为止；

S103:利用3D-MAX软件对合并分析后没有碰撞节点问题的三维碰撞模型进行装饰材质贴图和动画漫游。

通过步骤S103，便于查看最终的效果，进行可视化校验并指导实际施工。

本发明实施例中，所述步骤S102中，所述利用三维碰撞软件合并所述不同专业虚拟BIM模型建立合并后三维碰撞模型的步骤之前，还包括以下步骤：

对步骤S101中建立的所述不同专业虚拟BIM模型的墙、柱、梁、板及对应标高信息进行检查和核对，确保与完工后实际工程一致。

通过本步骤，可以确保建立的不同专业虚拟BIM模型与完工后实际工程一致，为一下步骤的合并所述不同专业虚拟BIM模型并进行碰撞分析打下良好的基础。

本发明实施例中，在所述步骤S101的步骤之前，还可以进一步包括以下步骤：

建立所述土建与机电工程不同专业二维CAD平面图，对所述土建与机电工程各个不同专业建立的二维CAD平面图的位置、尺寸、标注、图层等信息进行采集，通过所述三维BIM软件对各个不同专业二维CAD平面图分专业对应建模，建立与所述实际工程完工后一致的不同专业虚拟BIM模型。

通过本方法步骤，从而可以实现利用建立的所述土建与机电工程不同专业二维CAD平面图，运用所述三维BIM软件对各个不同专业二维CAD平面图分专业对应建模，从而方便建立起与实际工程完工后一致的不同专业虚拟BIM模型。

下面，以两个碰撞节点为例进行说明本发明的技术方案及技术效果。

实施例1：消防管和排风管的碰撞;

参见图                                                ，通过BIM模型可以看出，消防管1和排风管2间产生了碰撞，圆圈所示位置3为消防管1和排风管2之间的碰撞节点，在平面图纸上记录下这个碰撞位置及解决方案，这样，只需要在消防水管遇到排风管前降低消防水管的标高就能避开冲突，在施工过程中就能避免。

实施例2：排风管和电缆桥架的碰撞。

参见图4所示，从图4可以看出，和排风管4和电缆桥架5之间发生了碰撞，碰撞于图中圆圈所示位置6（碰撞节点）。通过施工经验，可以考虑把风管在此处的标高降低200mm就可以避免碰撞。并在平面施工图上记录此碰撞点位置，并通知风管加工班组，在风管加工时，蓝绿色交接处这个风管弯头的做适当调整，使风管标高满足并避免和桥架碰撞。这样我们就节约了返工可能造成的人工和物料的浪费。

通过BIM碰撞检测分析，优化了施工方案，减少了各专业之间的摩擦，避免了返工误工现象，减少了人力和物质的浪费，节省费用近30%左右，经济效益明显。

综上，本发明所述地铁机电工程综合管线碰撞优化方法能够克服传统平面二维图纸非常容易错漏碰缺的缺点，解决了地铁等复杂机电安装工程管线碰撞的技术问题；同时，BIM技术在地铁工程的机电安装项目上的应用，使部分技术工作更直观，更快、更省力、更精确，能够有效降低技术人员劳动强度；可以用最小的代价达到最完善的功能，能够做到避免返工，减少浪费，降低成本10%，节省工期8%。同时，通过优化设计，能够对机电管线设备等进行合理规划和利用，减少了施工浪费，缩短了施工工期，极大的提高了现场的工作效率，并减少了业主的初投资，在满足系统使用功能的前提下，满足业主对各个区域标高的要求。

本发明可广泛应用于复杂工程的管线综合碰撞检查，通过虚拟模型的建立，提前预知碰撞可能发生的位置。此外，建立的BIM模型还可以用于招投标、预决算、施工管理、后期的物业管理等全过程应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）建立土建与机电工程不同专业二维CAD平面图，对所述土建与机电工程各个不同专业建立的二维CAD平面图的位置、尺寸、标注、图层信息进行采集，通过三维BIM软件对各个不同专业二维CAD平面图分专业对应建模，建立与实际工程完工后一致的不同专业虚拟BIM模型；

2）对所述不同专业虚拟BIM模型的墙、柱、梁、板及对应标高信息进行检查和核对，确保与完工后实际工程一致；

3）利用三维碰撞软件合并所述不同专业虚拟BIM模型建立合并后三维碰撞模型，分层对所述合并后三维碰撞模型进行三维虚拟碰撞分析，输出地铁机电工程综合管线碰撞分析结果，并根据所述碰撞分析结果对碰撞节点问题进行处理，包括对所述不同专业虚拟BIM模型以及对应的设计图纸进行修改，多次重复本步骤，直至解决所述碰撞节点问题；

4）利用3D-MAX软件对合并分析后没有碰撞节点问题的三维碰撞模型进行装饰材质贴图和动画漫游。

2.根据权利要求1所述的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，其特征在于，所述地铁机电工程综合管线碰撞分析结果包括输出碰撞节点、生成碰撞节点报告、输出碰撞节点三维截图以及碰撞节点的具体位置和修改建议信息。

3.根据权利要求1所述的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，其特征在于，所述三维虚拟碰撞分析包括所述土建与机电工程碰撞检查以及机电工程不同专业碰撞检查；其中，所述土建与机电工程碰撞检查为检查所述机电工程各个管线设备与土建结构部位的碰撞节点。

4.根据权利要求1所述的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，其特征在于，所述土建与机电工程不同专业包括建筑结构、暖通、消防、给排水以及电气桥架各专业。

5.根据权利要求1所述的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，其特征在于，所述三维BIM软件采用Revit系列RAC、RST、RME软件。

6.根据权利要求1所述的地铁机电工程综合管线碰撞优化方法，其特征在于，所述三维碰撞软件采用NavisWorks或者BIMworks三维碰撞软件。