BIM技術在風管預制組合中的應用

田 華 劉 釗 田 浪

(中建五局工業(yè)設備安裝有限公司，湖南 410004)

BIM技術在風管預制組合中的應用

田 華 劉 釗 田 浪

(中建五局工業(yè)設備安裝有限公司，湖南 410004)

預制加工技術是機電安裝行業(yè)提倡的一種先進安裝模式，作為衡量一個機電施工企業(yè)先進程度的重要指標，逐漸受到各施工企業(yè)的青睞。采用BIM技術與風管預制加工生產(chǎn)線相結合的方式進行風管工程建設，提高了預制加工圖的精度和制作效率，加深了風管預制加工的工廠化程度，從而進一步提升了風管預制加工的安裝質量、縮短了工期、節(jié)約了成本，提高了施工企業(yè)的技術和管理水平，為預制加工技術的發(fā)展提供了一個全新的方向。

BIM;施工模型;預制加工圖;預制加工;組合安裝

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.06

引言

制造行業(yè)目前的生產(chǎn)效率極高，其關鍵原因之一是利用數(shù)字化數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)了制造方法的工廠化、自動化。同樣，BIM技術結合工廠化預制加工也能夠提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。通過BIM模型與數(shù)字化制造系統(tǒng)的結合，建筑行業(yè)也可以采用類似的方法來實現(xiàn)建筑施工流程的自動化。建筑中的許多構件可以進行工廠化預制加工，然后用于建筑施工現(xiàn)場，裝配到建筑中(例如門窗、風管、管道、橋架和電氣母線等構件)[1]。預制地點可設立在異地工廠或者施工現(xiàn)場周邊的特設加工區(qū)域。

我司在長沙梅溪湖國際文化中心項目中將BIM技術延伸應用到預制加工中，采用BIM技術與風管預制加工組合安裝相結合的方式進行工程建設，為預制加工的發(fā)展提供了一個新的方向。在提高預制加工精確度的同時，減少了現(xiàn)場加工工作量，為加快施工進度、提高施工的質量提供有力保證，為本項目的順利完工提供了有利的幫助。其總體流程為首先用BIM技術進行深化設計，其次用深化設計的成果施工模型制作出預制加工圖及清單，再次根據(jù)預制加工圖及清單進行預制加工，最后將預制件運到現(xiàn)場根據(jù)施工模型的定位進行組合安裝?，F(xiàn)以長沙梅溪湖藝術中心項目為例來介紹BIM技術在風管預制組合中的應用。

1 運用BIM技術進行深化設計

長沙梅溪湖國際文化藝術中心位于國家級長沙湘江新區(qū)，總投資28億元，總用地面積10萬m2，總建筑面積12萬m2，包括4.8萬m2的大劇院和4.5萬m2的藝術館兩大主體功能。大劇院由1 800座的主演出廳和500座的多功能小劇場組成； 藝術館由9個展廳組成，展廳面積達1萬m2，能承接世界一流的大型歌劇、舞劇、交響樂等高雅藝術表演，建成后將成為湖南省規(guī)模最大、功能最全、全國領先、國際一流的國際文化藝術中心。我司為此項目的機電總承包商。本工程體量大，工期緊張，圖紙存在較多問題，深化難度大； 專業(yè)系統(tǒng)多，專業(yè)交叉施工協(xié)調難度大； 建筑建構呈異形，機電管線分布密集，施工難度大； 工程為長沙市重點項目及爭創(chuàng)魯班獎項目，對施工質量要求高。為了解決上述難題，我司采用BIM技術來進行深化設計及施工管理，項目部在深化設計階段即對項目進行了全方位的建模，管線綜合深化設計以BIM技術為基礎，建模范圍覆蓋整個項目，這為新技術的應用提供了條件，并充分挖掘BIM技術的價值，將BIM技術拓展到工廠化預制中去，取得了較好的效果。

在制作風管構件預制加工圖之前，必須利用BIM技術對建筑、結構、電氣、暖通、給排水、消防、弱電等各專業(yè)的管線設備建模并進行管線綜合平衡深化設計，以發(fā)現(xiàn)“錯、漏、碰、缺”等設計問題及各專業(yè)碰撞的地方，及時進行協(xié)調，直到消除所有問題及碰撞為止。此步工作不能只停留在模型及圖紙層面上，一定要到施工現(xiàn)場進行比較核對并根據(jù)現(xiàn)場情況修正模型，空對空的圖紙層面的深化設計，不考慮現(xiàn)場實際偏差，工廠化預制很容易造成較大的材料浪費，此步工作是工廠化預制的關鍵所在。減少甚至杜絕返工是工廠化預制的前提和基礎，如果工廠化預制完成后，預制的半成品運送到了現(xiàn)場，才發(fā)現(xiàn)與實際情況不符，那工廠化預制就毫無意義可言。因此，要想將工廠化預制工作做好，前期管線綜合及現(xiàn)場核對工作非常重要[2]。

運用BIM技術進行深化設計的流程如圖1所示。

圖1 深化設計流程圖

2 預制加工圖的制作

風管預制加工是指預先在建立風系統(tǒng)施工模型的時候就將施工所需的風管材質、壁厚、類型等一些參數(shù)輸入到模型當中，然后將模型根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調整，待模型調整到與現(xiàn)場一致的時候再進行附件定位、管道劃分、尺寸標注、管段編號，最后將風管材質、壁厚、法蘭類型、形狀和長度等信息匯總成一張完整的預制加工圖或CAM數(shù)據(jù)，將圖紙或CAM數(shù)據(jù)送到工廠里面進行風管的預制加工，等實際施工時將預制好的風管送到現(xiàn)場安裝。

CADEWA Real是專門為建筑機電設備專業(yè)開發(fā)的設計軟件及BIM軟件，在操控難易度、模型的詳細程度、專業(yè)化程度、二維出圖效果、與CAD的兼容性、材料統(tǒng)計清單、預制加工的支持、對計算機性能要求等方面都要優(yōu)于Revit。用CADEWA Real可進行水、暖、電和建筑結構等各專業(yè)的設計、建模及綜合，且綜合平衡好的模型可以自動進行管段分割、尺寸標注、管段編號最后導出預制加工圖及材料清單。

2.1 管段分割

使用一次性指定長度分割追蹤功能對每個系統(tǒng)風管進行管段自動分割定位。另外，指定長度分割的時候發(fā)生的零頭管道也可以調整更換。其操作流程如圖2。

圖2 管段分割

圖3 尺寸標注

2.2 尺寸標注

在各系統(tǒng)風管管段分割完成后對分割好的直管段及接頭的長度尺寸進行統(tǒng)一標注，且考慮了密封填料厚度的正確的管段制造。其操作流程如圖3。

2.3 管段編號

對分段及標注好的風管系統(tǒng)進行自動編號，同樣的部件可以編一個編號，也可以選擇同樣部件編不同編號。其操作流程如圖4。

2.4 制作預制加工清單及等離子鏈接文件

在對風管施工模型進行管段分割、尺寸標注、管段編號后就可以利用軟件自身的功能自動輸出功預制件、采購件清單和等離子鏈接文件。其操作流程如圖5。

(1)輸出預制件、采購件清單

軟件自動按各種設定對應輸出需預制加工的直管、彎管等加工清單和需另外購買成品的采購件清單。

預制件清單：直管清單、彎頭等異形管件清單、面積總計清單、法蘭·加固·導流片清單、支吊架清單等。

采購件清單：風閥清單、帆布清單、消音彎頭清單、消音器清單、鋁箔軟管清單、靜壓箱清單、鐵絲網(wǎng)清單、其他購入物品清單、輔材清單等。

圖4 管段編號

圖5 從施工模型導出預制加工清單和CAM數(shù)據(jù)

圖6 直管加工清單 圖7 異形管加工清單

(2)輸出等離子鏈接文件

軟件自動輸出直管、曲管部件等的等離子連接文件，將等離子鏈接文件輸入DUCTCAM進行等離子切割。

3 風管預制加工過程

風管預制加工清單和等離子鏈接文件制作完成后工廠就可以開始進行風管段的預制加工，風管的預制加工可以通過將CAM數(shù)據(jù)輸入風管自動生產(chǎn)線生成半成品管線，也可以通過將風管預制加工圖給工人手工生產(chǎn)，各項目可以根據(jù)自身條件選擇合適的加工方式。其加工流程圖如圖8。

圖8 風管預制加工流程圖

在長沙梅溪湖國際文化藝術中心項目上，我們采用的是風管自動生產(chǎn)線的方式進行風管的自動化加工，最大程度的提升自動化水平。風管的加工及制作分工應按流水作業(yè)法進行分工，即在加工場安排對風管加工技術精通的技術工人，專門從事風管的加工制作，施工員對加工人員進行制作交底，風管加工工人按要求制作風管并檢驗直到合格，并對已做好符合要求的風管進行標識、保存。

4 風管組合安裝過程

在施工現(xiàn)場具備作業(yè)面后，由施工管理人員利用BIM技術向專門安裝風管的工人進行風管安裝可視化技術交底，同時將帶有管段編號的施工圖紙發(fā)放給作業(yè)工人，將制作完成帶有編號的風管預制段搬運至施工現(xiàn)場按編號逐一進行組合安裝。并以BIM模型和3D施工圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)二維圖紙指導現(xiàn)場施工，可以避免現(xiàn)場人員由于圖紙誤讀引起施工出錯。施工過程中，作業(yè)工人可以清晰地了解每個預制管段的安裝位置、標高狀況，從而進行精確定位安裝，非常好的控制了施工質量。安裝時可以將幾段相鄰編號的風管在地面拼裝成一個長段后用液壓升降平臺整體提升至相應的標高安裝固定，這樣可以極大地提高安裝效率。

風管組合安裝按圖11程序進行。

圖11 風管組合安裝流程圖

5 風管預制加工優(yōu)勢

通過基于BIM的數(shù)字化工廠預制加工，可以自動完成風管構件的預制，對工程質量安全及經(jīng)濟效益等幾方面有如下優(yōu)點：

(1)提升了工程質量

預制加工工廠因為采用流水化作業(yè)、標準化生產(chǎn)，構件的下料、加工、拼裝均在固定區(qū)域內進行，施工條件比現(xiàn)場好，不受環(huán)境和天氣的影響，方便質量的管控。同時又最大限度地采用機械，由機械加工代替人工作業(yè)，人為誤差大幅降低，加工產(chǎn)品規(guī)格統(tǒng)一、外形美觀，提高了產(chǎn)品質量，并減少對技術工人的依賴。

(2)縮短了施工工期

工廠化預制將部分施工任務搬離了施工現(xiàn)場，在現(xiàn)場機電工作面還沒有的時候預制即可提前開始。并且機器生產(chǎn)效率遠遠高于人工制作，傳統(tǒng)需要熟練工人加工一天的風管量在工廠僅需要不到一小時就可以完成，施工現(xiàn)場的工人只需要完成組合拼裝即可。對于工期緊、任務重的機電安裝工程，工期和人工投入都大幅降低。

(1)減少了安全事故

加工場地的轉移，施工現(xiàn)場只進行安裝，大幅度減少現(xiàn)場的動火、高空和交叉作業(yè)，從源頭降低安全事故的發(fā)生。

(2)節(jié)約了現(xiàn)場場地

工廠化預制將大部分施工任務搬離了施工現(xiàn)場或固定在施工現(xiàn)場的某個區(qū)域，現(xiàn)場無須設置大面積加工場地，可以減少加工場地對現(xiàn)場的占用。很多項目因場地狹小無法提供加工場地，要求承包方必須在場外工廠加工好后運到項目現(xiàn)場進行安裝，所以工廠化預制加工可以較好的解決這個要求中的技術質量難題。

(3)降低了材料損耗

首先，可大量減少風管鐵皮在施工現(xiàn)場的損耗，施工時各專業(yè)人員眾多，施工單位眾多，施工人員組成復雜，風管及鐵皮變形現(xiàn)象不時出現(xiàn)，而預制好的風管直接拉來現(xiàn)場進行安裝，相對來說材料經(jīng)過人為損壞就少得多。其次，在預制加工廠內，構件集中加工，自始至終由數(shù)字化設備負責下料，做到“量體裁衣”，避免了大材小用等鐵皮浪費現(xiàn)象，做到合理使用和管理材料，邊角余料損耗小，節(jié)約了材料，降低了成本。工廠化預制減少了很多無謂的材料損耗，尤其是在各施工單位交叉施工的高峰期。

[1]過俊. BIM在國內建筑全生命周期的典型應用[J]. 建筑技藝,2011(Z1).

[2]田華,易志忠. BIM技術在管道預制組合中的應用[J]. 綠色施工新技術與工程管理,2013.

Application of BIM Technology in the Air Duct Prefabrication Combined

Tian Hua, Liu Zhao, Tian Lang

(CCFEBIndustrialEquipmentInstallationCo.,Ltd.,Hunan410004,China)

Prefabrication technology is an advanced installation model which is advocated in mechanical-electrical industry.As an important measure of the mechanical-electrical construction enterprises′ advanced level，it becomes more and more popular in construction industry.Adopting the technology which combined BIM with production line of air duct prefabrication for air duct building project can improve the precision and production efficiency of prefabrication figure.It can also deepen the procession of air duct prefabrication.As a result of adopting this technology，we can further improve the installation quality of air duct prefabrication，shortenting work period and saving costs.This technology improves the management level of construction enterprise，and providing a new direction for the development of prefabrication.

BIM； Construction Model； Prefabrication Figure； Prefabrication； Combined Installation

田華(1982-)，男，工程師，中建五局工業(yè)設備安裝公司設計中心主任。長期從事BIM技術在工程施工中的應用研究。

TU17

A

1674-7461(2016)06-0035-06