高層機(jī)電安裝工程BIM技術(shù)應(yīng)用研究

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摘要:借助BIM技術(shù)，企業(yè)能夠在工程施工前優(yōu)化圖紙，避免施工時(shí)管線碰撞等問題，還能對(duì)管道和支吊架預(yù)制加工，減少現(xiàn)場(chǎng)的有毒有害作業(yè)。施工中借助BIM現(xiàn)場(chǎng)可視化軟件幫助企業(yè)更好的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)安裝和項(xiàng)目管理。施工后，BIM建筑模型提供的詳盡信息幫助企業(yè)便于后期的運(yùn)維管理。

關(guān)鍵詞:BIM技術(shù)，機(jī)電工程，成本控制

引言

近年來，隨著BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，國內(nèi)許多重大項(xiàng)目，以及一些重要的地方項(xiàng)目如:南寧市荔園飯店、永利國際金融中心項(xiàng)目、杭州市丁橋醫(yī)院等都成功應(yīng)用BIM技術(shù)。業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為理想的BIM應(yīng)用流程是:1)設(shè)計(jì)方直接建立BIM建筑模型，隨后建立BIM結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)模型，再建立BIM機(jī)電模型。同時(shí)借助BIM的多專業(yè)協(xié)同和優(yōu)化設(shè)計(jì)把各專業(yè)模型整合到一起，直接輸出施工方所需的施工圖及資料;2)施工方利用BIM施工圖進(jìn)行施工，并根據(jù)工程實(shí)際對(duì)模型添加具體的設(shè)備，將模型進(jìn)一步細(xì)化;3)工程竣工驗(yàn)收后，將竣工模型和建筑實(shí)體交付業(yè)主，業(yè)主在使用過程中利用模型進(jìn)行維護(hù)管理。目前多家設(shè)計(jì)單位已經(jīng)開始嘗試土建部分直接從三維設(shè)計(jì)入手，但是在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)方直接進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的還很少［1］。原因是機(jī)電專業(yè)有自己的特點(diǎn):專業(yè)龐雜，給排水、消防、暖通、空調(diào)、電氣、安防、通信等專業(yè)集成度高，各專業(yè)相互影響，管線綜合的過程需多方協(xié)調(diào)，方案調(diào)整、變更頻繁。又受設(shè)計(jì)時(shí)間限制等因素，三維建模在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面還沒有開始大規(guī)模推廣。而在機(jī)電安裝領(lǐng)域，現(xiàn)階段BIM技術(shù)應(yīng)用最深入的是施工企業(yè)。接下來以工程實(shí)例介紹BIM技術(shù)在某高層機(jī)電安裝項(xiàng)目中的應(yīng)用過程。

1工程概況

廣州某酒店辦公樓，一類綜合公共建筑，由地下室、酒店和寫字樓組成，總建筑面積103242．73m2，其中地上建筑面積70238．87m2。主體地上29層，建筑主體高度119．9m，6層～33層為寫字樓，層高3．8m;地下為停車庫、設(shè)備類用房以及人防地下室，建筑面積33003．86m2(見圖1)。

2施工中的重難點(diǎn)分析

該項(xiàng)目施工難度大，主要難點(diǎn)如下:1)機(jī)電管路復(fù)雜，管線密度大;2)專業(yè)間的協(xié)調(diào)困難;3)業(yè)主要求樓層吊頂標(biāo)高為3．0m;4)機(jī)電施工空間狹小，施工組織要求高。

3BIM應(yīng)用過程的控制要點(diǎn)

3．1建模實(shí)施過程

在BIM建模之前，首先確定總體的實(shí)施思路:對(duì)圖紙里的管線標(biāo)高進(jìn)行梳理，列出存在的問題，形成問題清單;然后根據(jù)清單對(duì)圖紙的問題逐一核對(duì)、修改和調(diào)整完善。實(shí)施時(shí)每周組織設(shè)計(jì)例會(huì)，對(duì)總體管線施工順序提前預(yù)判，區(qū)分出建模的側(cè)重點(diǎn)，提出工作要求。模型建立過程和施工過程有點(diǎn)類似，也要先進(jìn)行主管道模型的建立，再進(jìn)行分支管道的建立，然后進(jìn)行立管井、管路構(gòu)件、設(shè)備添加等建模。這樣可以把主要精力放到管線綜合排布上。整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，BIM建模進(jìn)度隨著施工逐步推進(jìn)，采用做一層，落實(shí)一層的方式。建模時(shí)間充裕，模型調(diào)整過程中各方反復(fù)進(jìn)行溝通交流，完善后出施工圖，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工起到很好的指導(dǎo)作用。

3．2管線綜合優(yōu)化

當(dāng)管道發(fā)生沖突時(shí)，按照規(guī)范的總原則合理避讓:“電讓水、水讓風(fēng)、小管徑讓大管徑、冷水管讓熱水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優(yōu)先”。此外，機(jī)電管線布置時(shí)應(yīng)先考慮管道線路的外形尺寸、設(shè)備形狀、保溫層厚度、支吊架尺寸大小及相鄰管線之間的間距等要求，將它們盡量布置在梁內(nèi)和管廊內(nèi)，以使管道整齊排布［2］。將模型導(dǎo)入Navisworks軟件中進(jìn)行碰撞檢測(cè)分析，并生成碰撞檢測(cè)報(bào)告。根據(jù)碰撞報(bào)告共發(fā)現(xiàn)碰撞處6413處，其中地下室三層的機(jī)電各專業(yè)管線碰撞共1198處，機(jī)電管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件碰撞共146處，針對(duì)報(bào)告所示部位進(jìn)行復(fù)查并進(jìn)行管線調(diào)整。首先，利用三維模型得到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的剖面圖，然后進(jìn)行管線垂直方向調(diào)整，垂直方向的位置一般相對(duì)規(guī)范;接著進(jìn)行水平方向上的排布，使各系統(tǒng)分布規(guī)則。水平排布時(shí)重點(diǎn)考慮主管道上分出支管的問題，比如通風(fēng)管道有沒有進(jìn)房間的左右分支。這里建議手動(dòng)建模形成效率更高。對(duì)于在施工階段未進(jìn)行設(shè)備招標(biāo)，無法確定具體的設(shè)備尺寸的情況，建議按同類型中較大的設(shè)備尺寸來考慮安裝空間并確定需要預(yù)留的孔洞。本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)進(jìn)行管綜優(yōu)化，地下室提前預(yù)留洞口249個(gè)，避免后期二次開洞;調(diào)整凈空不滿足要求處38處。常見碰撞舉例如圖3，圖4所示。

3．3支架定位

管線綜合后，需要確定支吊架的位置，要求保證管道橫平豎直及其功能性不受影響。對(duì)于管廊區(qū)域采用綜合支吊架，避免每個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立支架占用較多的空間，影響其他管道的安置和整個(gè)區(qū)域的凈高。支吊架的排布圖確定后，繪制吊架圖，此時(shí)要根據(jù)每個(gè)剖面繪制不同結(jié)構(gòu)的吊架。當(dāng)綜合支吊架模型全部建立完成后，需要把綜合支吊架放到機(jī)電系統(tǒng)綜合模型中進(jìn)行碰撞檢測(cè)，檢測(cè)的目的是檢查管道的間距是否合理，管道和吊桿之間是否產(chǎn)生了碰撞，確保所有綜合支吊架沒有安裝問題。

4BIM應(yīng)用效果情況

4．1優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，節(jié)省成本

該項(xiàng)目借助BIM技術(shù)有效解決因設(shè)計(jì)圖精細(xì)程度不足，出現(xiàn)的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，使得原來在施工過程中才會(huì)發(fā)現(xiàn)的問題在施工之前就能發(fā)現(xiàn)并調(diào)整方案解決。避免了正式施工后因設(shè)計(jì)沖突而造成的返工和材料浪費(fèi)等情況，本項(xiàng)目整改率降低了50%，節(jié)約施工成本10%左右，并能有力的保證工期。

4．2輔助施工管理

將BIM模型文件轉(zhuǎn)化為符合VRP格式的文件后導(dǎo)入VRP中，連接上虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡等VR設(shè)施后可進(jìn)行BIM+VR體驗(yàn)。這樣可以對(duì)施工方案進(jìn)行建模模擬讓工人直觀感受工藝上的要求，改變傳統(tǒng)的交底模式。另外，借助BIM360現(xiàn)場(chǎng)可視化軟件可以在移動(dòng)端進(jìn)行工程管理。它能夠讓項(xiàng)目成員在任何地方、任何時(shí)間點(diǎn)通過移動(dòng)端了解工程情況，并能夠?qū)こ坦芫€以及管件、附件進(jìn)行修改調(diào)整(見圖5)，而這些改動(dòng)的信息都可以在移動(dòng)端被其他的項(xiàng)目參與方查看到［3，4］。這樣可以輔助指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員更精確的施工。而現(xiàn)場(chǎng)管理人員運(yùn)用BIM360，可快速找到所處位置，并對(duì)該處管線、預(yù)留洞口等進(jìn)行實(shí)地檢驗(yàn)。

4．3管道和支吊架等設(shè)備預(yù)制加工

BIM建模出圖后，利用Magi-CAD軟件導(dǎo)出IFC格式的數(shù)據(jù)文件。企業(yè)拿到數(shù)據(jù)文件后，導(dǎo)出帶有管道長(zhǎng)度的管道編號(hào)表和支吊架材料統(tǒng)計(jì)表進(jìn)行預(yù)制加工。該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，技術(shù)人員首先按圖紙進(jìn)行支吊架安裝，基本上是完成支吊架安裝后，管道材料才進(jìn)場(chǎng)。所以施工現(xiàn)場(chǎng)一直保持的比較干凈整潔。在機(jī)電安裝工程中對(duì)管道施工采用預(yù)制加工模式，可以減少約60%的現(xiàn)場(chǎng)操作工作量，減少90%的危險(xiǎn)作業(yè)點(diǎn)，有效節(jié)省6%的人工成本［1］。

4．4造價(jià)控制管理

bim工程量清單與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用量通常差距不大，考慮一定的損耗量后，施工方以此為依據(jù)進(jìn)行物料管理。但是BIM提取的工程量與預(yù)算量有一定的差距，因?yàn)閮烧叩慕y(tǒng)計(jì)規(guī)則不同。有研究表明隨著機(jī)電管道直徑增加，BIM模式下統(tǒng)計(jì)出的工程量與CAD模式下得出的工程量之間差異率在不斷增大以至于不能忽略［5］。但可以將BIM工程量與預(yù)算量比較，得到工程量對(duì)比數(shù)據(jù)，為成本控制提供依據(jù)，提高企業(yè)預(yù)算能力。

4．5便于后期運(yùn)維的管理

利用BIM技術(shù)對(duì)所建立模型的構(gòu)件進(jìn)行信息補(bǔ)充后，運(yùn)維時(shí)只需要一個(gè)BIM模型就能清楚的了解所需運(yùn)維的構(gòu)件所有信息。而再給設(shè)備植入匹配信息的二維碼后，通過一個(gè)二維碼和一個(gè)云端信息平臺(tái)，能夠進(jìn)行設(shè)備巡檢、故障申報(bào)、檢驗(yàn)信息、故障維修安排、設(shè)備信息、云端報(bào)告、人員聯(lián)系、實(shí)景定位等。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的信息共享運(yùn)維，達(dá)到對(duì)設(shè)備信息的可視化查詢、管理、定位和監(jiān)控。

5展望

通過BIM技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的建筑安裝作業(yè)是未來的趨勢(shì)。使得建筑設(shè)備生命周期中的所有事件及它們的順序，皆可以在有限的空間里事先模擬彩排及事后回顧。有了BIM，我們有了好的產(chǎn)品資訊管理，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目能夠有效的維護(hù)和運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。詳盡可靠的施工圖是保證一次安裝施工到位的前提。

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［5］張鵬，楊智璇，劉丹鳳，等．BIM機(jī)電算量與現(xiàn)行計(jì)價(jià)制度約束［J］．工程管理學(xué)報(bào)，2017，31(1):23-28．

作者：陳雪宇 黃曉家 司建偉 張文麗 蘇超穎 單位：福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院