論3d技術(shù)在機(jī)電管線綜合布置中的應(yīng)用

劉 偉

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 南昌項(xiàng)目建設(shè)指揮部，江西 南昌 330096）

論3d技術(shù)在機(jī)電管線綜合布置中的應(yīng)用

劉 偉

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 南昌項(xiàng)目建設(shè)指揮部，江西 南昌 330096）

闡述了機(jī)電管線工程行業(yè)現(xiàn)狀及3d技術(shù)管線布置特點(diǎn)，對(duì)3d技術(shù)在機(jī)電管線綜合布置中的具體實(shí)施應(yīng)用及可取得的實(shí)施效果進(jìn)行了綜合論述，為實(shí)現(xiàn)機(jī)電管線安裝工程項(xiàng)目高效率及高質(zhì)量的項(xiàng)目管理及增加工程項(xiàng)目的綜合經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益提供技術(shù)理論上的支持，并起到一定的指導(dǎo)作用。

3d技術(shù)；機(jī)電；管線；綜合布置；應(yīng)用

1 引言

3d技術(shù)是當(dāng)今國際各行業(yè)的發(fā)展趨勢，近幾年來，在我們國內(nèi)工程行業(yè)也開始推廣及應(yīng)用3d技術(shù)［1］，也就是BIM，即（BUILDING INFORMATION MODELING）建筑信息模型技術(shù)。而管線綜合布置技術(shù)也是其主要功能之一。3d技術(shù)手段（BIM）主要是通過數(shù)字信息仿真模擬工程項(xiàng)目所具有的真實(shí)信息（如:三維幾何形狀信息等），集成工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)單位、施工單位、建設(shè)單位、最終業(yè)主等等提供模擬和分析功能，控制各專業(yè)的施工工序，減少返工，以達(dá)到控制整個(gè)工程的施工質(zhì)量及成［2-3］。

2 機(jī)電管線工程行業(yè)現(xiàn)狀

隨著我國國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,人們對(duì)建筑的智能化、舒適性、安全性和節(jié)能等等提出了更高的要求，使得建筑配套系統(tǒng)越來越多，強(qiáng)電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等等。也使得管線類型變?cè)絹碓綇?fù)雜，隨之而來機(jī)電管線安裝空間則變得越來越緊張。按國際慣例大型機(jī)電項(xiàng)目一般都會(huì)由機(jī)電項(xiàng)目總承包商全部承包施工，并由其對(duì)所有的機(jī)電安裝圖紙進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)以達(dá)到現(xiàn)場施工深度。而我們國內(nèi)大部分的機(jī)電管線安裝工程，從設(shè)計(jì)到施工，各個(gè)專業(yè)之間基本都是各自為政，對(duì)這些復(fù)雜管網(wǎng)布線安裝的管理水平及技術(shù)水平還比較落后，在實(shí)際施工中常常出現(xiàn)返工、要求設(shè)計(jì)進(jìn)行管網(wǎng)線路變更等［4-5］。造成這些問題的原因主要分成三類：

（1）設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)專業(yè)間缺少溝通或溝通不到位；

（2）施工單位在施工階段的二次優(yōu)化設(shè)計(jì)能力不足；

（3）施工單位未完全按照設(shè)計(jì)圖管網(wǎng)布線進(jìn)行施工。

為了達(dá)到合理布置管線的目的，一般傳統(tǒng)做法是使用二維制圖軟件(如CAD)來繪制管線綜合布置施工圖紙，對(duì)因管線重疊等原因?qū)е卤磉_(dá)不清晰的部位再補(bǔ)充豎向節(jié)點(diǎn)剖面圖。但這種傳統(tǒng)的管線布置圖因各種外部原因,很容易導(dǎo)致遺漏或出錯(cuò),效率低下, 在先天上有著局限性，不能完全保證其管線布局的合理性。目前有條件的機(jī)電管線安裝項(xiàng)目大都采用3d技術(shù)手段（BIM技術(shù)），來大幅度提高管線綜合的效率。3d技術(shù)可以直觀的發(fā)現(xiàn)管線綜合中的問題，特別是在施工中各專業(yè)之間設(shè)備管線的位置的沖突和標(biāo)高的重疊等等。根據(jù)3d技術(shù)軟件中碰撞檢測的結(jié)果，結(jié)合原來的設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)格和走向，對(duì)施工圖紙及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，二次深化，從而減少了施工中不必要的返工，提高了機(jī)電安裝的一次成功率，從而達(dá)到工程對(duì)標(biāo)高及施工質(zhì)量的高要求。

3 3d技術(shù)管線布置特點(diǎn)

3.1 可視化

在項(xiàng)目未施工前根據(jù)施工圖紙?jiān)谟?jì)算上進(jìn)行三維建模，建立的三維模型的立體實(shí)物圖形可視，即“所見即所得”。方便設(shè)計(jì)單位、施工單位、建設(shè)單位進(jìn)行更好的溝通、討論及決策。

圖1 3d技術(shù)可視性

3.2 協(xié)調(diào)性

因項(xiàng)目各專業(yè)信息會(huì)出現(xiàn)“不兼容”現(xiàn)象。如管線與結(jié)構(gòu)相沖突，管線與管線之間相沖突。使用3d技術(shù)軟件可以有效的進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，減少錯(cuò)誤管線變更及不合理管線變更。

3.3 模擬性

3d技術(shù)可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行三維畫面的模擬，可以對(duì)暖通系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等進(jìn)行模擬；同時(shí)可以在施工進(jìn)度時(shí)間上進(jìn)行模擬、也可以在造價(jià)上進(jìn)行模擬。

圖2 3d技術(shù)模擬性

3.4 可優(yōu)化性

3d技術(shù)軟件及其配套的各種優(yōu)化工具能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行可能的優(yōu)化處理。能利用3d模型提供的各種信息（如幾何、物理、規(guī)則、建筑物變化等等）進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)復(fù)雜程度高、類型繁多的管線進(jìn)行更好的二次優(yōu)化處理。

圖3 3d技術(shù)可優(yōu)化性

3.5 可出圖性

對(duì)原設(shè)計(jì)施工圖經(jīng)過碰撞檢查和設(shè)計(jì)修改后，可以出綜合設(shè)計(jì)施工圖，如綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖和建議改進(jìn)方案等更加實(shí)用的深化施工圖紙。

4 3d技術(shù)綜合管線的布置規(guī)則

各個(gè)不同的機(jī)電工程管線因自身系統(tǒng)原因都會(huì)有各自不同的工藝布置要求。在用3d技術(shù)進(jìn)行管線綜合布置時(shí),一般都是從工程管線專業(yè)系統(tǒng)上來進(jìn)行劃分并綜合整體統(tǒng)籌考慮的。機(jī)電工程管線按專業(yè)來系統(tǒng)來劃分，大體可以分為空調(diào)暖通專業(yè)（包括空調(diào)水系統(tǒng)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)）、消防專業(yè)（包括防排煙系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)）、強(qiáng)電專業(yè)（包括動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等）、弱電專業(yè)（包括電視話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻會(huì)議、安防監(jiān)控、智能門禁等）、給排水專業(yè)、部分工業(yè)項(xiàng)目還有特殊的氣體專業(yè)（如氮?dú)庀到y(tǒng)、壓縮空氣等等）。對(duì)這些機(jī)電工程管線進(jìn)行綜合布置時(shí)要做到安全、合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，在進(jìn)行多系統(tǒng)管線綜合布置統(tǒng)籌考慮時(shí)，基本應(yīng)遵循以下的布置規(guī)則。

（1）管線綜合布置中的成本規(guī)則。在機(jī)電管線綜合布置時(shí)不能圍繞一個(gè)專業(yè)系統(tǒng)考慮問題，要對(duì)所有專業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌系統(tǒng)化考慮。在這系統(tǒng)化考慮中最主要的參考因素還是成本因素。一般來說如工程項(xiàng)目無特殊要求，都應(yīng)從項(xiàng)目成本的角度來考慮各個(gè)專業(yè)管線的綜合布置。

（2）管線綜合布置中的空間規(guī)則。一般來說要對(duì)機(jī)電管線進(jìn)行最好的線路安排并歸納統(tǒng)一布置，以便最大限度減少管道所占建筑物的內(nèi)部空間，盡可能的提高天花的吊頂高度，同時(shí)還要保證一定的檢修空間。這階段還要考慮管線布置中平面空間和立面空間的平衡性，不能使管線過于集中或分散，從而產(chǎn)生空間浪費(fèi)。有些工藝管道還要考慮保證期管壁厚度及保溫層的厚度要求、管線之間間距要求等等。按常規(guī)的設(shè)計(jì)，會(huì)預(yù)留建筑物梁下700mm的空間來進(jìn)行各種管線安裝，在現(xiàn)場可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

（3）管線綜合布置中的避讓規(guī)則［6］。在各種工程管線排管時(shí)難免會(huì)因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)相互交叉的碰管問題，這時(shí)就應(yīng)考慮避讓因素。一般來說大體原則都是小直徑管道讓大直徑管道、壓力管道讓無壓管道、臨時(shí)性管線讓永久性管線、附屬配件少的管線讓附屬配件多的管線、造價(jià)成本低的管線讓造價(jià)成本高的管線。

5 3d綜合管線布置實(shí)施過程

（1）成立技術(shù)小組。為更好的推進(jìn)3d技術(shù)BIM的運(yùn)用，來完善、提高機(jī)電管線安裝深化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工質(zhì)量，必須成立專業(yè)技術(shù)小組，對(duì)人員進(jìn)行職能分配。一般來說應(yīng)配備有各系統(tǒng)專業(yè)綜合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的人員1-2名,有現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)的人員1-2名,精通3d建模工作的人員1-2名,同時(shí)各個(gè)成員之間能保證高效率的溝通及協(xié)作,具有團(tuán)隊(duì)精神，能熟練操作電腦，精通BIM軟件操作。

（2）軟件選擇。在BIM應(yīng)用軟件中，主要有Revit軟件、Bentley軟件，其中Revit軟件市場占有率較高，它的服務(wù)及功能相對(duì)較為完善，有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益，建議采用Revit軟件。

（3）設(shè)備的配置。因?yàn)?D技術(shù)BIM軟件對(duì)所使用的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備要求較高，所以應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的要求配置專用的電腦等設(shè)備。

（4）建立族庫。根據(jù)常用的設(shè)備材料，建立材料設(shè)備的三維族庫，并根據(jù)不同項(xiàng)目的需要以及不同的機(jī)電系統(tǒng)的要求，進(jìn)行不斷充實(shí)和完善族庫，為下一步建立項(xiàng)目3D模型做好準(zhǔn)備工作。

（5）結(jié)合工程現(xiàn)況及管線施工圖紙進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)和各系統(tǒng)管線建模工作。主要是運(yùn)用BIM軟件，根據(jù)二維的建筑結(jié)構(gòu)和機(jī)電施工圖紙，建立三維的建筑結(jié)構(gòu)和管線模型。這個(gè)階段要求技術(shù)小組成員能完整讀懂圖紙，并與相關(guān)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行有效的溝通，保證設(shè)計(jì)意圖的真正的實(shí)現(xiàn)，不出現(xiàn)錯(cuò)誤及遺漏。

（6）現(xiàn)場實(shí)際情況復(fù)測。此階段要組織相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)土建設(shè)計(jì)圖紙對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際復(fù)測，并根據(jù)復(fù)測的結(jié)果來修改項(xiàng)目建筑的3d模型。

（7）利用軟件進(jìn)行3d碰撞檢查。通過BIM軟件中的碰撞檢測功能進(jìn)行項(xiàng)目3d模型碰撞檢測，然后出具碰撞檢測報(bào)告［2］，最后根據(jù)報(bào)告逐一檢查及排除碰撞點(diǎn)位。此階段主要是為項(xiàng)目管線的綜合調(diào)整提供直觀及必要的數(shù)據(jù)支持，保證高效、完美的解決管線交叉打架問題。是非常關(guān)鍵的一個(gè)階段。

（8）指導(dǎo)現(xiàn)場施工和工廠化預(yù)制。根據(jù)調(diào)整后的3d管線模型，可以對(duì)對(duì)部分設(shè)備及管線材料的進(jìn)行工廠化預(yù)制，以便縮短工期，增加安裝工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。現(xiàn)場正式施工要求按調(diào)整后的3d管線模型進(jìn)行技術(shù)交底，安排各班組施工順序，保證施工技術(shù)方案落實(shí)到位。

（9）可以繪制竣工圖紙。根據(jù)最終的管線施工現(xiàn)場，局部調(diào)整三維模型，完成竣工三維模型，最后根據(jù)此模型繪制工程竣工圖紙。

6 結(jié)語

在我們國內(nèi)機(jī)電管線安裝工程行業(yè)，運(yùn)用3d技術(shù)BIM軟件進(jìn)行管線綜合布置并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，比較著名的項(xiàng)目有北京奧運(yùn)村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)項(xiàng)目、上海中心大廈項(xiàng)目、上海金虹橋國際中心項(xiàng)目等等。北京奧運(yùn)村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)項(xiàng)目的3d技術(shù)BIM軟件應(yīng)用特點(diǎn)是提供了直觀、準(zhǔn)確、高效的空間規(guī)劃及數(shù)據(jù)信息；上海中心大廈項(xiàng)目總建筑面積57萬平方，總建筑高度達(dá)到632m，它的技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)就在其材料的垂直運(yùn)輸控制以及BIM軟件的信息共享。上海金虹橋國際中心項(xiàng)目總建筑面積26萬平方，為國內(nèi)高標(biāo)準(zhǔn)的城市商業(yè)綜合體，這個(gè)項(xiàng)目的3d技術(shù)BIM軟件應(yīng)用特色就是虛擬施工指導(dǎo)、施工時(shí)管線碰撞檢查及最后的成本控制。以上所述三個(gè)項(xiàng)目的機(jī)電工程管線綜合布置在運(yùn)用了3d技術(shù)BIM軟件進(jìn)行管理及綜合優(yōu)化后，都較好的實(shí)現(xiàn)機(jī)電工程管線布置的進(jìn)度、質(zhì)量、成本的三控制要求［7］，增加了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益并達(dá)到以下預(yù)期目標(biāo)：

（1）有效地提高機(jī)電工程中管線綜合管理的合格率；

（2）加大機(jī)電項(xiàng)目各個(gè)系統(tǒng)設(shè)施及管線材料的工廠化預(yù)制量；

（3）減少了施工現(xiàn)場的返工量，促進(jìn)機(jī)電設(shè)備安裝的綠色施工并推動(dòng)了建筑施工的節(jié)能；

（4）有效縮短了項(xiàng)目施工工期，更好的保障了整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃；

（5）在合理可行的范圍內(nèi)，最大限度的滿足各方相關(guān)單位的各項(xiàng)要求，并且可以直觀、高效、完美的解決施工現(xiàn)場安裝專業(yè)與土建專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、裝飾專業(yè)等不同專業(yè)之間的交叉協(xié)調(diào)問題。

［1］王少波. 淺析3D技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J]. 四川水利, 2014(2):64-67.

［2］劉婧, 鄭 威, 秦光. BIM技術(shù)在管線綜合排布中的應(yīng)用[J]. 建設(shè)監(jiān)理, 2015(3):22-24.

［3］陳辰, 李慶平. 基于BIM技術(shù)的三維管線綜合[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2012(3):87-90.

［4］盧光松. 機(jī)電管線綜合布置技術(shù)的應(yīng)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2014(12):59-60.

［5］何昌平. 深化設(shè)計(jì)中的管線綜合布置技術(shù)[J]. 中小企業(yè)管理與科技, 2014(4):123-124.

［6］劉鑫銘. 大型公共建筑機(jī)電安裝管線綜合布置應(yīng)用[J]. 長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào), 2013(12): 21-22.

［7］楊存成主編. 建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù):機(jī)電安裝工程技術(shù)應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京:中國城市出版社, 2012:2-5.

Application of 3D Technology in Mechanical and Electrical Line Layout

LIU Wei
（JCC Nanchang Project Construction Co., Ltd, Nanchang 330096, Jiangxi, China）

In this article, the electromechanical pipeline engineering industry status and 3D pipeline layout features are described, and the implementation and application of 3D technology in the electromechanical integrated pipeline layout and the implementation effect which can be achieved are synthetically expounded. In order to realize electromechanical pipeline installation project of high efficiency and high quality of project management and increase the project of comprehensive economic benefit and social benefit to provide theoretical and technical support and plays a guiding role.

3D technology; electromechanical; pipeline; comprehensive layout; application

TU85

B

1009-3842（2015）05-0068-04

2015-07-20

劉偉（1979-），男，江西南昌人，工程師，主要從事機(jī)電工程項(xiàng)目建設(shè)研究。E-mail: 30043536@qq.com