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城市轨道交通车站设备安装工程研究

2020-09-08 08:46 来源:安装工程论文 人参与在线咨询

摘要]城市轨道交通车站设备涉及的系统专业非常多,是实现城市轨道交通车站设计功能和满足运营服务需要的基础。车站设备安装工程因专业性强,交叉施工及工序衔接多,绝对工期较短等特点,在工程实施中存在施工组织管理难度大,实体工程与工程计量同步性差,工程量计算效率低、准确度低,管线综合布置难度大等问题。BIM技术具有可视化、参数化、集成化、过程化等技术特性,在城市轨道交通车站设备安装工程中应用BIM技术,可以在工程量计算、管道综合(碰撞检测)、施工组织管理等方面带来有效的帮助,值得推广应用。

关键词]城市轨道交通;设备;安装工程;建筑信息模型

1城市轨道交通车站设备安装工程

1.1城市轨道交通车站设备专业概述

城市轨道交通车站设备是实现城市轨道交通车站设计功能和满足运营服务需要的基础,涉及专业非常多,有供电、通信、信号、综合监控、自动售检票、站台门、电扶梯、动力照明、通风空调、给排水及消防等系统。每个系统又包含多个子系统,如供电系统包含变电所、电力监控、牵引电网、动力照明、杂散电流、综合接地等子系统;通信系统包含传输、有线电话、无线通信、闭路电视监控、广播、时钟、电源及接地防雷、公用通信、公安通信等子系统;综合监控系统包含火灾自动报警、环境与设备监控、门禁、安防、电气火灾监控等子系统。任何一个子系统的功能出现问题,都将直接影响到城市轨道交通车站的运营服务质量。因此,城市轨道交通车站设备工程的规划、设计、招标、采购、安装、调试、验收、运维等全过程管理就显得尤为重要,特别是安装阶段的质量控制是整个设备功能实现的关键环节。

1.2城市轨道交通车站设备安装工程的特点

城市轨道交通车站设备安装工程具有各系统专业性强,交叉施工和工序衔接多,绝对工期较短等特点。如前文所述,城市轨道交通车站设备不但涉及到的系统非常多,各系统的专业性也特别强。因此,各系统的工程实施往往由多个不同专业厂家或施工队伍的技术人员各自完成,增加了现场作业面的协调管理难度。另外,专业间的交叉施工和工序衔接也特别多,如环境与设备监控系统模块箱的外部线缆敷设工序就需要等到电动风阀控制箱等被监控设备安装到位后才能完成。最后,在整个城市轨道交通工程建设期中,受前期征地拆迁、土建工程占用时间较多等影响,留给车站设备安装工程的绝对工期往往比较紧张,经常性的抢工作业成为车站设备安装工程的常态。

2BIM技术概述与主要技术特点

2.1BIM技术概述

美国国家建筑科学研究院在2007年发布的《NationalBuildingInformationModelingStandard》(国家建筑信息模型标准NBIMS)中对BIM的含义做了阐述:(1)BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;(2)BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;(3)在设施的不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。按照美国国家建筑科学研究院对BIM含义的阐述,BIM技术包含了三层含义,第一层是作为建筑信息模型化的BIM,即指将建筑对象数字化表示为建筑数字模型,这是较狭义的定义,描述建筑的结构化数据集,聚焦在完成的建筑模型;第二层是指作为协同过程的BIM,聚焦在活动和建立建筑模型的过程,包括建模技术及流程;第三层是作为设施全寿命周期管理工具的BIM,聚焦在系统,是较广的定义,强调促进工作与沟通的业务框架。我国住建部和质检总局在2016年联合发布了BIM的中国国标GB/T51212—2016《建筑工程信息模型应用统一标准》在2018年1月1日开始实施。在GB/T51212—2016《建筑工程信息模型应用统一标准》的术语定义2.0.1中,将建筑信息模型BIM(BuildingInformationModel)定义为全寿命期工程项目或其组成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享数字化表达。可见,我国国标对BIM的定义与美国国标对BIM定义的第三层即广义定义基本一致,都是强调BIM的工程项目全寿命期管理运用。

2.2BIM主要技术特点

在创新性技术发展中,通常会根据2个维度思考该技术运用对行业的影响,即技术运用对组织内工作的影响和对组织间工作的影响。传统的二维CAD技术对组织内工作影响度较高,但对组织间工作影响度较低,属于模块性创新。BIM技术则对组织内和组织间的工作影响度都较高,跨组织性、突破性的特点使其具有颠覆性创新的基本特征。BIM以参数化建模作为创新模型的主要技术,以联合数据库的分类模型作为模型系统的实现方法,以通用数据交换标准作为系统间信息交换的基础,其信息存储结构具有多元化特征。BIM中重要的不仅是可视化的3D模型,其中有序、可靠、及时的信息更具价值。信息的创建、共享、应用和管理是BIM发挥其功能和价值的基础。总结起来,BIM技术具有4个最典型特点。(1)可视化:采用智能化与数字化的方式来表示建筑构件。(2)参数化:通过参数信息来表达模型中各个构件的属性,并可基于参数对模型和构件进行数字化的分析工作。(3)集成化:模型中所有的信息可以达到一致关联。如果某一个信息改变,所有关联信息都将随之改变。(4)过程化:模型的数据库将作为建设过程中产品信息的唯一来源。BIM的根本价值点是能极大改进建筑业在过程、专业、组织等方面割裂的问题,通过提高各方面协同集成水平,从而提高建筑业的生产效率,为其他行业提供了很好的借鉴和经验。

3BIM技术在城市轨道交通车站设备安装工程中的应用

正是因为BIM技术具有可视化、参数化、集成化、过程化的典型特点,BIM技术目前在建筑业、工业等多个领域都有具体的技术应用场景。本文结合城市轨道交通车站设备安装工程的特点,重点介绍几种最适用于城市轨道交通车站设备安装工程的BIM技术应用场景。

3.1工程量计算

在城市轨道交通车站设备安装工程中广泛采用包括竣工图结算在内的据实结算方式,工程量就成了工程结算的重要依据,是影响整个工程造价和成本的重要因素。城市轨道交通车站设备涉及的专业多,各专业施工所用的设备、材料项目种类数量巨大,以重庆轨道交通环线的车站变电所系统这一个子系统为例,一个典型车站的牵引降压变电所工程需要计量的主要设备、材料种类可达117项,仅电力电缆的规格就有5种,控制电缆的规格有8种。如此多种类的计量项目和设备材料使用量就给工程量计算带来了两方面的影响,一是工程量计算的时效性,二是工程量计算的准确性。在整个城市轨道交通工程建设期中,受前期征地拆迁、土建工程用时较多等影响,车站设备安装工程的工期往往比较紧张,经常性的抢工作业成为车站设备安装工程的常态。另外,车站设备安装工程的管线敷设工程量巨大,且敷设路径和位置复杂,用传统的测量计量方式非常繁琐且容易出现错误。而BIM的数据库包含工程的各种信息,借助这些信息,计算机可以快速对各种设备数量进行统计分析,对于管线敷设,BIM技术利用其区别于传统CAD的三维模型,解决了传统CAD只能进行平面距离计算的问题,易于实现对上下多层路径和绕弯敷设等情况的管线工程量计算。

3.2管线综合(碰撞检测)

城市轨道交通车站的形式有地下车站、地面车站、高架车站,目前采用最多的是地下车站。地下车站的主要施工方法分别是明挖法、盖挖法和喷锚暗挖(矿山)法,不管何种土建施工方法,其施工所需工期和造价都和工程体量直接相关,所以车站的建筑面积和体量都是在满足功能需求的情况下尽量优化设计较小。这种情况下,可用于车站设备及其管线布置的空间也相对狭小。以重庆轨道交通环线为例,典型地下车站(非换乘站)的设备区走道宽度约1.8m,高度约6.1m。根据规范,线缆桥架至地面的高度不低于2.3m,因此走道顶部可用于管线敷设的截面积仅约6.84m2。在这个有限空间里面需要布置送风、排风、排烟等风管,消防水管,强电和弱电线槽及各专业支吊架,这些管道、线槽和支吊架的实际占用截面积共约4.7m2,占空间可用截面积的约68.7%,考虑到后期人员维护检修,空间已十分紧张,特别是在实际施工过程中,经常会出现不同专业间管线发生碰撞冲突的情况。鉴于上述问题,在工程实际中,无论是建设单位、设计单位还是施工单位,对机电管线综合的要求愈加强烈。利用BIM技术搭建包括建筑、结构、机电设备、装修等各个站后专业的BIM模型,设计人员能够从传统的CAD二维设计空间环境升级到三维设计空间环境,通过设计技术工具的优化,更有利于设计人员在设计阶段就尽量减少碰撞冲突;而施工技术人员则能够通过BIM技术在施工前的技术准备阶段提前进行碰撞检测的模拟,通过模拟得到的结果,提前介入并解决施工过程中可能遇到的碰撞冲突,避免在施工过程中发现问题而不得不进行工程变更和返工,避免了由于工程变更和返工造成的成本增长和工期延误。

3.3施工组织管理

施工组织是从运筹学和组织论的角度出发,是施工过程实行科学管理的重要手段,决定了施工过程中各阶段的工作内容,协调了施工过程中各施工单位、各施工工种、各项资源之间的相互关系。施工组织设计是工程技术、工程经济、工程项目管理在某一具体施工项目上的有机结合的产物,是用来指导施工项目全过程中各项活动的技术、经济和组织管理的综合性方案。工程中的参建方越多,涉及到的专业越多,需要交叉作业的工序越多,施工组织的难度越大。城市轨道交通车站设备安装工程具有参建方多、参与专业多、交叉作业多、工序多的特点。通过BIM对空间布置的分析,项目管理方能非常直观地了解整个作业面使用情况,并进行作业面细化分解,合理安排各个交叉施工专业的进出场时间点,既做到彼此互不干扰降低工效,又能最大限度利用作业面,从而优化作业面的利用率,提高施工效率,如在车站变电所内施工,当建筑结构完成,可同时开展房间墙体砌筑和房间内的设备基础槽钢埋置施工。通过BIM对物料进行跟踪,可结合当前施工进度判断所需物料品类和数量及目前可用的物料数量,提前对有缺口的物料进行补充安排,避免出现因物料供应不及时导致的窝工现象。

4结束语

在城市轨道交通车站设备安装工程中应用BIM技术,有助于改善因参与专业多,交叉施工和工序衔接多,绝对工期较短等特点导致的城市轨道交通车站设备安装工程施工组织管理难度大,实体工程与工程计量同步性差,工程量计算效率低、准确度低,管线综合布置难度大等问题。此外,还可以继续挖掘BIM技术在城市轨道交通车站设备安装工程中对场地分析、方案论证、性能化分析、施工进度模拟、数字化建造、竣工模型交付、维护计划、资产管理等场景的应用。当然,在城市轨道交通车站设备安装工程中推广应用BIM技术也会遇到一些问题,如部署使用BIM的软件费用较高,应用BIM技术必然需要配置具有BIM技术能力的专业人员,不同工程参与方使用不同BIM应用软件带来的一致性和协同性问题。虽然存在这些问题,但从国家层面的政策导向及BIM技术应用对城市轨道交通车站设备安装工程带来的实际效益来看,BIM技术的应用未来将更为广泛。

参考文献

[1]王广斌.以运营为导向的轨道交通BIM技术应用特点及方案研究[J].土木建筑工程信息技术,2019,11(3):11–15.

[2]张巍.基于BIM技术的合同管理研究[J].项目管理技术,2019,17(10):24–28.

作者:李宇 单位:重庆轨道交通有限公司

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