基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)備管線優(yōu)化

趙家敏

摘 要：現(xiàn)代建筑空間結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，功能要求不斷提升，但協(xié)調(diào)各設(shè)備管線與建筑結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，長期困擾著設(shè)計(jì)師。BIM技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展對解決建筑設(shè)備與結(jié)構(gòu)沖突和設(shè)備及各管線之間碰撞檢查提供一種最佳的方法與途徑；該技術(shù)還可在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工安裝和運(yùn)營等整個(gè)生命周期過程中發(fā)揮可視化模擬管理功能。同時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)可使建筑工程設(shè)備管線設(shè)計(jì)和施工協(xié)調(diào)變得高效，減少施工過程中因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成返工現(xiàn)象，達(dá)到縮短工期、節(jié)省開支和降低工程成本的目的。

關(guān)鍵詞：BIM 碰撞檢查 設(shè)備管線 優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0052-02

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）。BIM是在原有CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多維模型信息集成技術(shù)。通過應(yīng)用BIM模式創(chuàng)新，充分整合并利用建筑工程項(xiàng)目全生命周期所涉及到的信息，不僅能夠縮短建筑工程所需時(shí)間、節(jié)約資源成本，同時(shí)還可以幫助所有工程參與者提高決策效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)建筑信息模型與建筑工程施工管理行為完美組合。

1 BIM技術(shù)軟件與應(yīng)用價(jià)值

1.1 BIM技術(shù)軟件概述

BIM技術(shù)軟件涉及領(lǐng)域比較廣，包含建筑物從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營管理整個(gè)生命周期。BIM技術(shù)軟件不是一個(gè)簡單的獨(dú)立軟件，也不是一類相似軟件，而是由多個(gè)不同功能的系列軟件通過繪圖平臺(tái)（圖形引擎）軟件及接口轉(zhuǎn)化軟件組合而成；并且能完成每種功能的軟件也不是只有一個(gè)產(chǎn)品。BIM軟件技術(shù)所包含的軟件種類主要有BIM核心建模軟件、BIM方案設(shè)計(jì)軟件、和BIM接口的幾何造型軟件、可持續(xù)分析軟件、機(jī)電分析軟件、結(jié)構(gòu)分析軟件、可視化軟件、模型檢查軟件、深化設(shè)計(jì)軟件、模型綜合碰撞檢查軟件、造價(jià)管理軟件、運(yùn)營管理軟件、發(fā)布審核軟件等，每一種軟件包含有多個(gè)產(chǎn)品。

1.2 BIM技術(shù)軟件應(yīng)用價(jià)值

隨著我國經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，建筑業(yè)也進(jìn)入快速發(fā)展期，大規(guī)模城市化進(jìn)程為新建建筑帶來前所未有需求。在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)復(fù)雜性越來越大，而設(shè)計(jì)周期短、工期緊張的情況下，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方式面臨多重困難。而服務(wù)于建筑業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營維護(hù)等整個(gè)生命周期的BIM技術(shù)軟件可為項(xiàng)目各參與方提供交流順暢、協(xié)同工作的平臺(tái)。BIM技術(shù)對避免失誤、提高工程質(zhì)量、節(jié)約成本、縮短工期等已做出極大貢獻(xiàn)，其優(yōu)勢作用讓行業(yè)對其愈加重視。應(yīng)用BIM技術(shù)在各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行碰撞檢查，不但能徹底消除硬、軟碰撞，完善工程設(shè)計(jì)，進(jìn)而降低在施工階段可能存在的錯(cuò)誤損失和返工的問題，還能做到優(yōu)化空間效果。

在BIM技術(shù)的幫助下，我們可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段協(xié)同設(shè)計(jì)，施工階段建造全程一體化和運(yùn)營階段對建筑物智能化維護(hù)和設(shè)施管理，同時(shí)從根本上將業(yè)主、施工單位與運(yùn)營方之間的隔閡和界限打破，實(shí)現(xiàn)BIM在建造行業(yè)全生命周期的應(yīng)用價(jià)值。

2 BIM技術(shù)在建筑設(shè)備管線優(yōu)化應(yīng)用

建筑工程設(shè)備管線主要包括強(qiáng)電、弱電、消防噴淋、綜合布線、給水、中水、污廢水排放、燃?xì)夤?yīng)、通風(fēng)空調(diào)、防排煙和采暖供熱等，這些管線錯(cuò)綜復(fù)雜，各預(yù)制構(gòu)件搭接處鋼筋密集交錯(cuò)，如果在施工中發(fā)現(xiàn)各種管線、預(yù)制構(gòu)件搭接發(fā)生碰撞，將給施工現(xiàn)場的各種管線施工、預(yù)埋和現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件吊裝、制安帶來極大的困難。因此，在施工前，采用BIM技術(shù)對管道密集區(qū)域進(jìn)行綜合排布設(shè)計(jì)，虛擬各種施工條件下的管線布設(shè)、預(yù)制聯(lián)接件吊裝的模擬，提前發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場存在的碰撞和沖突，盡早發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的碰撞和沖突，有利于減少設(shè)計(jì)變更，提高施工現(xiàn)場的工作效率。

2.1 管線碰撞檢查優(yōu)化

碰撞檢查是指在電腦中提前預(yù)警工程項(xiàng)目中各不同專業(yè)（結(jié)構(gòu)、暖通、消防、給排水、電氣橋架等）在空間上的碰撞沖突。建筑工程管線種類多、各專業(yè)管線相互交叉，施工過程中很難完成緊密配合，相互協(xié)調(diào)。利用BIM軟件平臺(tái)的碰撞檢測功能，根據(jù)各專業(yè)管線發(fā)生沖突時(shí)，有壓管讓無壓管，小管線讓大管線，施工容易的避讓施工難度大的，再考慮管材厚度、管道坡度、最小間距以及安裝操作與檢修空間，最后結(jié)合實(shí)際綜合布置避讓原則，完成建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線圖紙之間的碰撞檢查，加快各專業(yè)人員對圖紙問題解決效率。

利用BIM軟件平臺(tái)碰撞檢測功能，預(yù)先發(fā)現(xiàn)圖紙管線碰撞沖突問題，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，進(jìn)行施工方案優(yōu)化等，減少由此產(chǎn)生的變更申請單，避免后期施工因圖紙問題帶來的停工以及返工，不僅提高施工質(zhì)量，確保施工工期，還節(jié)約大量的施工和管理成本，也為現(xiàn)場施工及總承包管理打好基礎(chǔ)，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。再結(jié)合BIM技術(shù)的可視化對施工管理人員及施工人員進(jìn)行施工過程與方法模擬現(xiàn)場三維交底，使現(xiàn)場施工不再僅僅依靠平面圖紙，提高認(rèn)知度，避免因理解不當(dāng)而造成的返工現(xiàn)象，加快施工速度，提高現(xiàn)場工作效率。

2.2 管材及附件管控優(yōu)化

（1）設(shè)計(jì)優(yōu)化。建筑工程設(shè)備管線利用BIM技術(shù)對各類管材及附件等的路徑與尺寸進(jìn)行優(yōu)化和管線綜合平衡設(shè)計(jì)，減少部分管線的長度和彎頭數(shù)量，找出最短路徑、最優(yōu)尺寸，做精確預(yù)留孔洞或管線預(yù)埋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因節(jié)省材料需用量而降低成本可達(dá)項(xiàng)目總造價(jià)的3%以上，有效降低材料成本，實(shí)現(xiàn)降本增效目的。以暖通風(fēng)管的鋼板制作與安裝為例，按常規(guī)的制作與安裝方法，損耗量多數(shù)都會(huì)超過定額所規(guī)定的11%，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，大大減少廢料，項(xiàng)目損耗率不足4%。同時(shí)，優(yōu)化施工工序與工藝，還可提高施工效率，減少返工。

（2）采購數(shù)量優(yōu)化。當(dāng)前，絕大多數(shù)施工項(xiàng)目管材及附件一般是根據(jù)投標(biāo)清單數(shù)量，再進(jìn)行簡單審核審批進(jìn)行采購，很難做到對施工用料的精確計(jì)算，經(jīng)常造成采購材料過剩，大量材料現(xiàn)場積壓、占用大量資金、工程成本上揚(yáng)，或者采購不足，等工待料，無法滿足預(yù)訂工期要求；甚至材料申報(bào)審核不嚴(yán)造成錯(cuò)誤采購，最后與業(yè)主扯皮，造成大量資金損失。而借助BIM模型審核，確保材料申報(bào)準(zhǔn)確，降低材料采購數(shù)量誤差。結(jié)合施工程序及形象工程進(jìn)度周密安排材料采購計(jì)劃，不僅能保證工期與施工的連續(xù)性，而且能用好用活流動(dòng)資金、降低庫存、減少材料二次搬運(yùn)。

（3）下料優(yōu)化。傳統(tǒng)管材下料按照二維平面圖核算，平面圖與實(shí)際安裝會(huì)有較大差別，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。下料偏大則會(huì)造成建設(shè)費(fèi)用和能源浪費(fèi)，下料偏小則會(huì)造成系統(tǒng)不能正常工作。運(yùn)用BIM技術(shù)后，在繪制好的設(shè)備管線模型中，讓BIM軟件自動(dòng)完成復(fù)雜的計(jì)算工作，從而為管材參數(shù)的尺寸和選型提供正確依據(jù)。項(xiàng)目核算員、材料員、施工員等管理人員按施工規(guī)范要求，結(jié)合BIM三維模型向施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，將BIM模型中用料意圖灌輸給班組，用BIM三維圖、CAD圖紙或者表格下料單等書面形式做好用料交底，防止班組“長料短用、整料零用”，做到物盡其用，減少浪費(fèi)及邊角料，把材料消耗降到最低限度。

（4）領(lǐng)料優(yōu)化。根據(jù)安裝工程管材及附件特點(diǎn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工圖及BIM設(shè)備管線模型，精確控制材料及使用數(shù)量，做到規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量、參數(shù)完全準(zhǔn)確。施工員根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度，方便的提取施工區(qū)段管材及附件用量，在下達(dá)施工任務(wù)書中，附上完成該項(xiàng)施工任務(wù)的限額領(lǐng)料單，作為材料員發(fā)料控制依據(jù)，實(shí)行對各班組限額發(fā)料，防止錯(cuò)發(fā)、多發(fā)、漏發(fā)等無計(jì)劃用料，從源頭上做到材料的“有的放矢”，減少施工班組對材料的浪費(fèi)。

2.3 人工與機(jī)械施工優(yōu)化

BIM技術(shù)可根據(jù)管線施工工序、進(jìn)度、成本、質(zhì)量以及人力、機(jī)械、材料等施工信息，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目施工階段工程進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本和場地布置動(dòng)態(tài)集成管理及施工過程可視化模擬。按照施工過程可視化模擬結(jié)果，對各管線之間的工程施工邏輯關(guān)系等進(jìn)行施工現(xiàn)場科學(xué)合理規(guī)劃，減少二次搬運(yùn)，杜絕現(xiàn)場返工，特別是室外管線施工反復(fù)開挖，室內(nèi)管線施工反復(fù)搭拆架子問題。

（1）借助BIM技術(shù)現(xiàn)場施工過程模擬結(jié)果，將管材及附件擺放至指定位置，避免材料堆場影響施工導(dǎo)致材料二次搬運(yùn)；其次運(yùn)用BIM準(zhǔn)確提取各區(qū)段管材及附件消耗量，施工人員根據(jù)此量將備用管材及附件搬運(yùn)至用料區(qū)段，避免多運(yùn)、漏運(yùn)、錯(cuò)運(yùn)，造成二次搬運(yùn)。據(jù)核算，大型超高層建筑，管材及附的垂直運(yùn)輸成本占到總?cè)斯こ杀镜?0%左右，現(xiàn)場材料二次搬運(yùn)成本占到材料運(yùn)輸成本的20%左右。

（2）運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合深化，首先由于它的可視化糾錯(cuò)能力直觀、真實(shí)，這使施工過程中可能發(fā)生的問題，提前到設(shè)計(jì)階段來處理，避免因各管材設(shè)備與土建結(jié)構(gòu)的交叉沖突而導(dǎo)致返工；其次是運(yùn)用BIM技術(shù)精確完成預(yù)留孔洞定位圖，避免因孔洞預(yù)留不準(zhǔn)而導(dǎo)致的二次開孔、返工問題；最后是運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行凈高復(fù)合，避免因管線標(biāo)高不符合吊頂標(biāo)高要求而導(dǎo)致各管線安裝返工。通過調(diào)整優(yōu)化出圖，科學(xué)安排施工順序，合理組織管線交叉施工，使各項(xiàng)工作有序展開，既保證工程進(jìn)度，又節(jié)省開支和降低工程成本。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)是信息化技術(shù)在建筑業(yè)的直接應(yīng)用，服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營維護(hù)等整個(gè)生命周期。BIM技術(shù)為項(xiàng)目各參與方提供交流、協(xié)同工作的平臺(tái)，為避免失誤、提高工程質(zhì)量、節(jié)約成本、縮短工期等做出極大貢獻(xiàn)，其巨大優(yōu)勢作用讓行業(yè)對其愈加重視。應(yīng)用BIM技術(shù)在設(shè)備管線的各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)之間進(jìn)行碰撞檢查，不但能徹底消除硬、軟碰撞，完善工程設(shè)計(jì)，進(jìn)而大大降低在施工階段因錯(cuò)誤造成的損失和返工問題，還可做到既優(yōu)化空間又便于使用和維修。譬如應(yīng)用BIM技術(shù)碰撞檢測和三維可視化模擬等功能對某建筑工程管道井中給排水水管、熱水管、燃?xì)夤芎惋L(fēng)管等設(shè)備管線進(jìn)行排布，各管線在豎井內(nèi)位置交叉，產(chǎn)生大量管路跨越搭接；通過調(diào)整各設(shè)備管線安裝位置，減少管路跨越搭接，優(yōu)化設(shè)備管線路徑，既節(jié)約材料，又使整體布局合理美觀，同時(shí)還可預(yù)留足夠的檢查維修空間。

BIM技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)普遍應(yīng)用，在我國還處于探索階段。隨著BIM在我國越來越多的工程項(xiàng)目中應(yīng)用，會(huì)有越來越多的業(yè)內(nèi)人士發(fā)現(xiàn)BIM的價(jià)值，從而不斷推廣BIM技術(shù)并從中受益，使建筑在全生命周期各階段都能做到可視化、參數(shù)化、智能化和最大效益化，讓BIM技術(shù)成為建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)力助推器。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪再軍，黃瑋征.BIM技術(shù)在建筑全壽命周期管理應(yīng)用的探討[J].綠色建筑，2012（4）.

[2] 柳絹花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2012.

[3] 王珺.BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[4] 耿躍云.申都大廈改建工程全生命周期BIM應(yīng)用[J].建筑技藝，2012（6）.

[5] 劉火生，張燕云，等.基于BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場的可視化應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2013（6）.

[6] 李昂，石振武.BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目中的應(yīng)用價(jià)值[J].經(jīng)濟(jì)師，2014（1）.