Trimble三維數(shù)字技術在消防工程中的應用

張艷敏，李躍明

(1．武漢職業(yè)技術學院建筑工程學院，湖北 武漢430074;2．天寶寰宇電子產品(上海)有限公司，上海200131)

一、引 言

消防工程是現(xiàn)代建筑不可缺少的重要組成部分，消防工程質量的好壞直接關系到建筑物的防災和抗災能力。消防工程按照消防工程技術規(guī)范和設計規(guī)范保質保量地安裝施工，是建筑工程順利通過總驗收并投入使用的前提條件。

消防改造工程施工過程中易出現(xiàn)很多問題，主要有:①與新建工程相比要在原有建筑結構中增設消防工程設施設備，但舊有建筑物施工年代久遠、竣工圖缺失使原有施工圖紙無法作為消防工程改造設計和施工依據(jù)，需要根據(jù)建筑現(xiàn)狀重新繪制施工圖;②消防安裝漏項、設備管件選型不符、水電風智能等各系統(tǒng)的碰撞，以及預留孔洞、預埋件與管道設備的設計尺寸不符等問題;③消防工程使用大量的管道、橋架等預制件，由于測量精度不夠，嚴重影響了設備和管道安裝工作的順利進行;④消防工程竣工交付使用后，物業(yè)公司要對管轄范圍內的消防系統(tǒng)定期進行聯(lián)動試驗和檢測，由于系統(tǒng)復雜、種類繁多，容易使維保和檢測出現(xiàn)漏檢項，埋下安全隱患。因此，將三維數(shù)字技術引入到消防改造工程中，快速重建三維可視模型，并借助三維可視模型快速繪制改造工程施工圖，通過其直觀可視化的三維信息模型，可使工作人員能直觀動態(tài)查找各系統(tǒng)構配件的空間關系、交叉點的處理細節(jié)、準確地確定問題出處，方便及時修改調整。

Trimble公司已建立了用于建筑工程全周期的基于三維數(shù)字技術的系列產品，如Trimble三維掃描儀、Trimble激光全站儀、Trimble BIM放樣機器人。Trimble Sketchup三維成圖軟件可將三維掃描獲取數(shù)據(jù)實時與二維、三維數(shù)據(jù)進行融合，構建出細節(jié)清晰的三維可視化圖像，且與多數(shù)據(jù)源信息數(shù)據(jù)有機融合，建立更完善的三維信息數(shù)據(jù)模型，用于建筑實景重建、建設施工測量、建筑施工放樣和建筑三維信息模型創(chuàng)建，在建筑行業(yè)廣泛使用。另外，Trimble Sketchup與各種行業(yè)主流的三維建模軟件如MagiCAD、Revit等兼容，大大拓寬了該軟件的應用領域。

二、三維數(shù)字技術在消防工程中應用的實例

下面以某消防改造工程為例，介紹三維數(shù)字技術在消防改造工程中的應用。該工程是12層的民用建筑，1998年竣工使用，建筑面積3200 m2，耐火等級為二級。因要將1～4層改建成大型購物中心，需要提高建筑物防火等級至一級，增設消防配套。增設的消防配套主要包括:火災自動報警系統(tǒng)、送風排煙系統(tǒng)、應急疏散系統(tǒng)、室內消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)。主要消防設備有:消防水箱、消防水池、消防水泵、消防給水管道、送風排煙管道、消防供電管線、消防自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、應急疏散系統(tǒng)管線，以及各類閥件、監(jiān)控模塊、控制模塊、布線橋架等涉及水、電、風、智能等多個系統(tǒng)。

1．獲取原有建筑物空間三維信息

將Trimble TX5三維掃描儀取出并安放在碳纖維腳架上(其過程類似把單反相機安裝在相機腳架上);開機后設置掃描參數(shù)，主要是設置分辨率，即一個房間需要測量多少個點，點越多得到的細節(jié)越多，本工程設置是1000萬個點;然后按一下掃描鍵，掃描即開始。大約2．5 min掃描完成，顯示了結果略圖，數(shù)據(jù)是類似于黑白照片的效果，非常便于辨認各個物體。

2．建立消防安裝工程三維信息模型

Trimble Sketchup三維成圖軟件借助Trimble TX5獲取的空間數(shù)據(jù)和建筑細部構造、設施設備信息，生成新三維模型。由于Trimble Sketchup與本次選用的在機電安裝行業(yè)廣泛使用的MagiCAD三維建模軟件具有很好的兼容性，可以快速構建起水、電、風、智能各專業(yè)的三維可視模型。通過項目管理、選項等對話框完成各系統(tǒng)構件的屬性設計，如管材材質、公稱尺寸、壁厚、安裝尺寸、水平垂直間距、設備規(guī)格、型號等。各專業(yè)三維可視圖層設計完成后將各圖層綜合，再進行性能分析、碰撞檢測、協(xié)同設計得到三維模型(如圖1所示)。根據(jù)綜合圖層，在相應的結構構件匯總預留孔洞并標注其尺寸屬性設計。最后根據(jù)工作需要生成各系統(tǒng)報告，用于材料算量。

圖1 碰撞檢測后各系統(tǒng)

3．消防安裝工程三維可視放樣

為了保證該消防安裝工程的放樣精度，選用Trimble BIM放樣全站儀機器人，配置Trimble Point Creator(TPC)、Trimble MEP designer軟件及Trimble Tablet BIM三維終端設備對消防系統(tǒng)中的設備和管線、穿板穿墻點、套管連接點、固定及安裝預埋件等關鍵安裝點進行放樣，如圖2所示。

圖2 Trimble BIM放樣機器人

放樣人員首先用Trimble Tablet平板電腦通過TPC軟件在BIM模型中進行二維和三維現(xiàn)場放樣點的創(chuàng)建，將所有的放樣點導入Trimble MEP designer軟件中，從BIM模型中獲取現(xiàn)場控制點坐標和結構點坐標分量作為放樣檢測和放樣結果的復核對比依據(jù)。使用Trimble BIM放樣機器人進行放樣，BIM放樣機器人通過發(fā)射紅外激光自動照準標出現(xiàn)實點位，實現(xiàn)“所見點即所得”，測量實際精度在3 mm以內。放樣結束后通過無線數(shù)據(jù)傳輸功能將外業(yè)測取的數(shù)據(jù)及時傳到內業(yè)工作室，實時更新所有施工圖。

與傳統(tǒng)方法相比，通過BIM放樣機器人，將放樣過程在仿真的三維可視環(huán)境下展示、實測實量，采集現(xiàn)場施工成果三維信息，通過設計數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的一系列簡單對比分析來檢查管線、設備的安裝施工質量，并及時檢查安裝工程放樣精度，構件組合拼裝更精準。BIM放樣機器人技術門檻比較低，操作簡單，手指點向哪里，每一個標準層都能實現(xiàn)超過300點的精確放樣，有效提高了工作效率。通過機器人輔助施工，既能夠確保管線和設備安裝的較高精度，也能夠實現(xiàn)對施工成果更加全面細致的驗收。

4．消防安裝工程安裝件三維預制

采用BIM放樣機器人與BIM技術相結合進行現(xiàn)場定位放樣，通過BIM放樣機器人自動放樣，利用機器人確定安裝位置，確保安裝成功率。通過精確的三維模型信息完成施工深化設計、結構復核，然后在電腦中預先制作出裝配圖紙，在工廠完成模型構件預制，運輸?shù)浆F(xiàn)場直接安裝，實現(xiàn)工廠與現(xiàn)場的無縫拼接，如圖3所示。有了機器人反饋的精確三維信息，運用BIM模型指導構件加工，尺寸非常精確，大大減少了現(xiàn)場人工作業(yè)所帶來的錯誤與不便。

圖3 預制件屬性設置

5．消防安裝工程的三維數(shù)字化運維平臺

利用施工過程中建立的BIM模型，把系統(tǒng)的性能參數(shù)、零部件更換維修時間周期等信息全部輸入BIM屬性庫，與智能樓宇管理系統(tǒng)相連接，從而形成基于BIM的運維管理平臺，未來將簡化后期消防系統(tǒng)的運維操作難度，更便捷地查找系統(tǒng)故障原因、鎖定零配件更換位置，并快速找到系統(tǒng)維修方案。BIM模型中包含的豐富數(shù)據(jù)信息將在后期的物業(yè)管理中發(fā)揮重要作用。

三、結束語

三維數(shù)字技術是實現(xiàn)項目全生命周期管理的優(yōu)秀平臺和手段，除了可實現(xiàn)建筑情境復現(xiàn)、常規(guī)的管線碰撞檢測、設備布置、管線復核、方案優(yōu)化等內容外，還可用于消防工程后期維保和檢測，打造一個建設全程的數(shù)字化、可視化、一體化的基于三維數(shù)字的信息管理平臺，保證消防工程安全有效、可持續(xù)地使用。