基于BIM的地铁车站冷水机房预制装配技术

基于BIM的地铁车站冷水机房预制装配技术

陈衡

北京城建设计发展集团股份有限公司    广东深圳  518000

摘要 针对地铁车站冷水机房安装空间受限和维护空间要求高的特点，以深圳地铁16号线龙城西站为例，结合BIM技术详细介绍冷水机房深化设计、模型拆分、编号及预制、装配等工艺流程，分析精细化设计、接口划分等预制装配要点，促进了机电安装工程的工业化和信息化发展，为类似项目的建设提供参考和借鉴。

关键词地铁车站; BIM技术; 模块化; 装配

0 引言

随着城市化发展的加快，交通拥堵问题成为当前我国各大城市发展的“瓶颈”，轨道交通以其大运量、零污染、低消耗等特点，为缓解交通拥堵造成的能源、时间等资源浪费发挥了巨大作用[1]。城市轨道交通进入了一个蓬勃发展的时期，也是地铁机电设备安装工程全面发展和创新应用的重要时期。

地铁车站冷水机房具有安装空间狭小、涉及专业多、设备及阀件密集等特点[2、3]。传统冷水系统（包括冷水机组、水泵、反冲洗过滤器、阀件、管路等）的焊接、安装都在施工现场完成，存在生产效率低、施工条件相对较差、质量及工期难以控制等问题[4]。随着BIM技术的日趋成熟，模块化预制装配技术在机电安装过程中发挥着巨大作用[5~6]。

本文以深圳市城市轨道交通16号线龙城西站为例，结合BIM技术研究冷水机房预制装配工艺流程和施工要点。

1 工程概况

龙城西站为深圳市城市轨道交通16号线的第三个车站，位于黄阁路与如意路交叉口，沿黄阁路呈南北向布置。为地下两层岛式车站，车站总长度258m，总建筑面积16530.62m2。车站冷负荷1152kW，采用水冷式冷水系统，冷却塔及膨胀水箱设置在冷水机房所在端车站风亭附近的地面上，冷水机房内放置冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、反冲洗过滤器各两台，并放置分集水器、阀件、管路等设备及管件，冷水机房面积约150m2。

2 冷式机房预制装配工艺流程

冷水机房预制装配分为设计、拆模、预制、装配等阶段，在设计阶段，借助BIM技术冷水机房内各专业设备及管线进行三维建模，并对模型进行整合，优化调整。在拆模阶段，结合冷水机房设备运输路径，对冷水机房BIM模型进行拆分，对构件进行编号，并生成模块详图。生产厂家结合模块详图进行生产，运输至施工现场后进行组装。冷水机房预制装配流程图如图2-1所示。

图2-1 冷水机房预制装配流程图

2.1 单专业BIM三维建模

冷水机房土建和设备方案稳定后，利用BIM三维设计软件（Revit、bently等[7]）对冷水机房范围的所有土建图元和设备图元进行三维建模。先由土建专业创建冷水机房建筑和结构模型，并将其开放至设备专业，风、水、电等设备专业根据土建模型提供的机房位置、尺寸、层高等参数结合本专业设计特点进行建模，机电专业冷水机房模型中包含设备、主要阀件、管路及管件等图元。

2.2 全专业模型优化整合

借助于BIM设计软件Revit中的协同设计平台（工作集）对三维冷水机房模型进行合模，结合设备尺寸和维护空间对冷水机房的设备布置进行优化，并根据电上、水下的管线布置原则，对构件之间的碰撞和构件与土建模型的碰撞进行调整，尽量减少管道翻弯，管道、弯头、三通、四通等连接件均采用标准件。根据阀件安装和维护空间对冷水机组、水泵等设备进、出口处的阀件进行优化，尽量减少管道长度，相同设备和阀件的相对位置保持一致。

图2-2 冷水机房三维模型

2.3 冷水系统模型拆分

借助于BIM设计软件（Revit）中的部件功能，结合冷水机房布局和运输通道尺寸对冷水机房的设备和阀件进行分组，将阀件密集位置的阀件和与其连接的管道制作成模型组，未安装阀门的管路结合运输通道尺寸进行拆分。冷水系统由机械设备、模型组和零散管路组成。

图2-3 冷水系统模型组示意图

2. 4冷水系统构件编号

利用参数化设计软件（Dynamo[8]）对冷水机房中的构件进行编号，首先，明确编号的起始位置，为避免编号重复，起始位置具有唯一性。其次，按照一定的形式对冷水机房的构件进行编号，主要设备及阀件等有独立编号的图元不再进行单独编号。对长管道需进行分段，以6m为分界点，若管道长度小于6m则按其实际长度，若管道长度大于6m，则将其按6m为标准长度进行分段，剩余不足6m的部分按实际长度为一段，对分成多段的管道采用在编号后附加编号的形式进行区分。此外，对于设备接口位置、水平管道与垂直管道的连接位置等管线方向转换位置预留一段长度可根据实际施工情况调整的管道用以消除安装误差。构件编号可通过Dynamo软件编程进行实现，对于同一编号原则的冷水机房，所编程序具有通用性，以便于重复对不同车站冷水系统进行编号。

图2-4 管道及模型组编号示意图

2. 5 冷水机房预制

利用BIM软件（Revit）中的创建视图功能，对部件创建俯视图、主视图、左视图等平面图，并对其进行详细标注，以便模块预制。

图2-5 管道及模型组详图（冷冻水系统主管4模块）

利用BIM软件中的明细表功能对冷水系统的模型组进行材料统计，包括图元名称、图元ID、尺寸、数量等信息，将其导出相应的文档（如excel）作为投产依据。将文档、模型组详图和BIM模型提交给相应的厂商，由管路及阀件预制厂商对其进行生产。由于地铁项目的特殊性，冷水机组、水泵、反冲洗过滤器、在线清洗装置等设备为甲方提供的设备，管路和阀件等为施工单位（乙方）提供的材料，为便于预制生产，将甲方提供的大型设备作为独立的模型组，与设备连接的阀件和管路为单独的模型组。为便于构件定位和装配，可由生产厂家将模型组的几何参数和信息参数制作成二维码，与编号一同印制在相应的构件上。

表2-1 模型组明细表

在Revit软件中，图元ID具有唯一性，可通过图元ID对构件进行精确查找或定位。

2. 6 构件运输和吊装

运输前结合运输路况、吊装孔尺寸和运输车尺寸对冷水机房的构件运输进行评估，在BIM三维模型中模拟冷水机房各构件的运输路径，结合设备安装位置和运输路径对冷水机房的构件进行吊运，先运输距离运输通道远的设备和模型组，后运输距运输路径近的构件。

2. 7 施工现场装配

引入时间的维度，利用施工进度模拟软件（Navisworks）对装配式冷水机房进行4D施工模拟。将三维Revit模型轻量化处理，导入Navisworks软件中，结合施工顺序和工期对冷水机房的装配过程进行模拟，用以指导现场施工。通过查看编号或扫描构件上的二维码选取相应位置的管道散件，对各设备之间、设备和模型组之间进行机械连接。装配完成后，根据相关规范要求对冷水系统进行试验，试验合格后的冷水机房即完成预制装配。

图2-6 冷水机房预制装配系统图

3 冷水机房预制装配要点分析

1）采用BIM技术精细化设计。在BIM模型中将冷水系统设备尺寸按实际设备尺寸布置，并完善传感器、设备基础、排水沟、固定支架等内容，借助BIM技术模拟实际机房布置情况。采用BIM技术整合冷水机房各专业模型，并结合其他专业模型优化冷水系统管线及设备布置，提高机房使用率，减少管路翻弯，减少系统输送阻力。

2）明确接口划分。常规地铁项目冷水机组、水泵、反冲洗过滤器、冷却塔等重要设备由甲方提供，管路及阀件等材料由施工单位提供，冷水机房预制装配方案可能由第三方单位深化完成，在预制装配过程中需明确各单位接口划分，并由设计单位做好方案把控，施工单位统筹协调设备吊运、设备安装、模块组装等内容。

3）效益分析。基于BIM技术的冷水机房预制装配方案能够优化管路及设备布置，减少机房占地面积10%-20%，提高施工效率，并且使冷水机房更加合理美观。工厂化预制减少了材料浪费和施工污染，避免了施工场地占用，符合绿色环保施工的要求。

4、结语

将BIM技术和工厂化制造相结合的预制装配式冷水机房应用在地铁项目中，在提高冷水机房标准化程度，减少机房占地面积，缩短施工工期的同时，提高了施工质量，能够有效改善传统现场安装和焊接存在的生产效率低、材料浪费、安装质量难以控制等问题，促进了机电安装工程的工业化和信息化发展。

参考文献

[1] 崔冬初, 乞胜倩. 城市轨道交通与城市空间发展的经验与启示[J]. 现代城市轨道交通, 2019, (01), 65-68.

[2] 周刚. BIM技术在地铁车站冷水机房管道预制施工中的应用研究[J]. 市政技术, 2017, 35(3): 122-125.

[3] 郑志明. 地铁车站冷冻机房设备及管线布置要点[J]. 安装, 2021, 346(3):37-39.

[4] 李远辉. 浅析地铁车站冷水机组及配管安装技术[J]. 安装, 2021, 353(9):31-33.

[5] 李兵锋. 浅析模块化集成冷水机房工厂化预制现场快速拼装技术[J]. 新技术推广与应用, 2018, 309(05):24-26.

[6] 吕又斌, 周前国, 王凯. BIM技术在地铁机电安装施工中的应用[J]. 山西建筑, 2020, 46(4):190-192.

[7] 李明贺. 基于BIM软件的选择与应用的研究[J]. 产业与科技论坛, 2020, 19(19):45-46.

[8] 韩继宗. 基于Dynamo的参数化设计研究[J]. 居业, 2019, (12):36-36+38.

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