基于BIM技術(shù)的超高層建筑機電深化設(shè)計與施工

孫亮

摘 ?要：為了提高建筑機電深化設(shè)計以及施工管理效果，可以采用BIM技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上開展機電深化設(shè)計與各方面協(xié)調(diào)管理工作。為此，該文以某機電工程為研究案例，在正式施工前建立較為完善的BIM模型，基于二維進行斷面綜合管線排布，再進行三維碰撞檢測等措施，有效地解決管線碰撞以及樓層凈高控制問題等，同時，利用BIM技術(shù)的可視化特點，對大型設(shè)備吊運過程進行模擬分析，糾正并解決高層設(shè)備吊裝問題，較大程度地緩解了施工過程中的協(xié)調(diào)管理工作，保證項目質(zhì)量和進度。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);機電深化設(shè)計;施工管理;超高層建筑工程

中圖分類號：TU974 ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著BIM技術(shù)在超高層建筑工程中的廣泛應(yīng)用，機電深化設(shè)計以及施工管理水平都有所提升?；诖?，該文結(jié)合某超高層建筑機電工程，具體就項目情況、BIM協(xié)同平臺及其機電深化BIM設(shè)計流程展開，重點探討管線綜合排布、多專業(yè)間協(xié)調(diào)、BIM輔助多專業(yè)出圖等機電深化設(shè)計措施，總結(jié)該工程施工管理協(xié)調(diào)方法，做好技術(shù)交底、工序協(xié)調(diào)、超高層設(shè)備垂直運輸、一次墻套管預埋、二次墻留洞和現(xiàn)場驗收等工作。

1 工程概況

1.1 項目簡介

星港國際中心項目位于上海，建筑物為超高層建筑，占地約4.5萬m2，總建筑物面積達到45萬m2左右，建筑物分為地上與地下兩部分，地下總面積約為19萬m2，局部最深處達到30 m以上。該項目主要由2幢辦公樓及裙房商業(yè)中心。其中雙塔辦公樓為50層，高度為263 m，而商業(yè)中心層為4層，地下共兩層，建筑面積13萬m2。

該項目建設(shè)中，機電深化設(shè)計與施工管理為項目重點，采用BIM技術(shù)進行管線優(yōu)化設(shè)計及其協(xié)調(diào)管理，最終取得較好的項目效果。

1.2 BIM協(xié)同平臺

星港國際中心項目建設(shè)過程中，為了加強管理，便于溝通協(xié)調(diào)，構(gòu)建該BIM協(xié)同平臺，其主要包含硬件與軟件2個部分。

1.2.1 總承包單位以及設(shè)施配置

由總包單位組建機電BIM工作室，BIM團隊由建設(shè)方、監(jiān)理、顧問、施工單位組成。項目總包單位進行統(tǒng)籌，機電、土建、消防和弱電等分包緊密配合，實行日常運轉(zhuǎn)。各專業(yè)分包各派技術(shù)人員組成專業(yè)深化團隊，由總工領(lǐng)頭，根據(jù)項目進度的需求安排BIM人員。此外，消防單位以及弱電單位也是其中的重要組成部分，承擔著重要的職責。針對消防單位而言，主要根據(jù)裝修要求及機電深化圖紙進行深化設(shè)計以及各類子系統(tǒng)的安裝。針對弱電單位而言，弱電設(shè)計是其中的重點，該工程中弱電問題主要體現(xiàn)在以下4點。1）因為地上地下分為2個施工許可證，弱電系統(tǒng)分為2次招標兩次出圖。2）該項目分為4個監(jiān)控中心，監(jiān)控中心之間的通信線纜多，關(guān)系復雜。3）招標圖非專業(yè)弱電單位設(shè)計，弱電分包需要根據(jù)中標情況做較大幅度調(diào)整。4）安防深化圖紙須技防專家評審后確定。

1.2.2 軟件配置

設(shè)立中心服務(wù)器，連接到各機電專業(yè)分包的電腦，各分包均可訪問中心服務(wù)器文件，在管理員允許的基礎(chǔ)上進行服務(wù)器文件的刪除、修改。對于圖紙更新部分，則會保留前版，增加新版。通過BIM軟件，統(tǒng)一進行機電專業(yè)的建模，各專業(yè)在中心模型的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)格式的交換，實現(xiàn)與中心模型同步[1]。在協(xié)同平臺上，統(tǒng)一BIM制圖模板，規(guī)范制圖標準、下發(fā)作業(yè)指導書，標準化指導機電深化設(shè)計工作。BIM協(xié)同平臺具有統(tǒng)一性及整體性，大大縮短了各專業(yè)模型協(xié)調(diào)時間，便于提高工作效率。

1.3 機電深化BIM設(shè)計流程

在該超高層建筑機電深化設(shè)計過程中，采用了BIM技術(shù)深化設(shè)計方法，深化BIM設(shè)計流程。具體BIM技術(shù)深化設(shè)計流程如下：成立深化設(shè)計小組——明確設(shè)計思路——設(shè)計參數(shù)的收集——提出深化設(shè)計大綱——確定設(shè)計配合流程，制定出圖計劃——繪制各專業(yè)深化設(shè)計圖紙——BIM繪制過程中發(fā)現(xiàn)CAD深化不足之處進行標高以及走向修正——對綜合管線CAD圖修改——BIM繪制——結(jié)束。該流程包含專業(yè)模型建設(shè)到綜合協(xié)調(diào)的過程。通過明確該設(shè)計流程，使得該項目各專業(yè)深化設(shè)計人員可以按照流程進行整體布局，利用各專業(yè)模型進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，進而加強機電深化設(shè)計以及協(xié)調(diào)管理。

2 BIM技術(shù)助推機電深化設(shè)計

2.1 管線綜合排布

在該項目建設(shè)過程中，BIM團隊已經(jīng)建立完善的LOD300模型，并開展管線綜合排布工作。

首先，先利用二維技術(shù)進行斷面綜合管線排布，再采用三維碰撞檢測辦法，避免機電管線和各專業(yè)管線發(fā)生碰撞[2]。

其次，一次墻套管預埋、二次墻和鋼結(jié)構(gòu)留洞。主要結(jié)合機電專業(yè)圖紙加以深化設(shè)計，在梳理干線基礎(chǔ)上調(diào)整BIM模型，利用該模型進行綜合留洞圖紙的繪制，為相關(guān)專業(yè)施工和深化排產(chǎn)提供指導。

加強LOD400模型的建立，主要結(jié)合圖紙，進行各專業(yè)LOD400模型的繪制，同時進行數(shù)據(jù)上傳，方便BIM團隊進行該項目機電工程專業(yè)綜合模型的調(diào)整，進而滿足LOD400精度要求，具體如圖1所示。

繪制綜合圖紙以及各專業(yè)圖紙。針對審批通過的機電專業(yè)綜合圖紙進行施工圖紙的繪制，進而指導該項目現(xiàn)場施工的開展。在指導階段，依據(jù)BIM模型來指導施工，包含機電工程進度管理、質(zhì)量管理、工序管理、安全管理等方面的指導，進而實現(xiàn)施工全過程的指導。機電施工中，施工人員遵循先主管后分支管，管槽、設(shè)備、配線的施工原則，其中管線綜合布置時，按照先上層后下層的順序開展施工任務(wù);根據(jù)先大后小，先里后外，先干管后支管，先無壓，后有壓等工序進行管線安裝。綜合布線結(jié)束后，再利用移動iPad承載的BIM模型進行施工現(xiàn)場驗收，確?，F(xiàn)場管線布置與模型一致。

2.2 多專業(yè)間協(xié)調(diào)

該項目包含多個施工專業(yè)，為了解決各專業(yè)間的協(xié)調(diào)問題，利用BIM技術(shù)可視化的優(yōu)點，通過多專業(yè)的BIM綜合協(xié)調(diào)，提前解決各專業(yè)與機電之間的矛盾。以精裝修管理為例，設(shè)計師考慮到裝修美觀及視覺效果，但在設(shè)計時缺乏對于機電設(shè)備等位置的考量，難以掌握各類管線位置、布設(shè)情況等。因此，建立BIM模型，可以直觀地了解三維空間內(nèi)的機電情況，同時有利于雙方進行溝通與協(xié)調(diào)。

2.3 BIM輔助多專業(yè)出圖

該項目為超高層建筑，與傳統(tǒng)建筑相比，具有一定的復雜性，受基坑深度和建筑高度影響，結(jié)構(gòu)的梁，機電的管線、橋架尺寸都比較大。其次，該項目對于凈高要求高，地下設(shè)備層與地上標準層的凈高有著嚴格的要求，層高3.7 m和4.5 m，凈高2.2 m和3.2 m。。由此可見，項目機電設(shè)備以及各種管線等方面的布置難度較大。

為了解決這類問題，針對機電與弱電的圖紙進行建模分析，BIM輔助多專業(yè)出圖要點有4個。1）對于建筑結(jié)構(gòu)圖進行核對。2）剪力墻留洞檢測，檢查是否其低于標高要求。3）核對管線最低標高，并加強BIM模型的多次審核，如果發(fā)現(xiàn)問題，及時更改管線走向，調(diào)整安裝位置[3]。4）由于各專業(yè)交叉施工，管線重疊問題突出，項目人員將工序與施工區(qū)域、工種進行細化分工，同時各專業(yè)對于BIM模型加以拆分，制作各專業(yè)施工圖紙，避免耽誤工期。

3 BIM技術(shù)助推機電施工協(xié)調(diào)管理

3.1 施工技術(shù)交底

利用BIM三維設(shè)計手段進行工程可視化設(shè)計，使建筑設(shè)計圖較為直觀地呈現(xiàn)在項目人員面前，進而降低建筑設(shè)計的難度，同時還方便各方進行溝通交流，使得信息交互效率得以提升。在技術(shù)交底中，BIM也起到了輔助作用，通過BIM模型與工程實體情況進行對比，加強工人對項目的理解，有助于縮短工期[4]，加強施工進度方面的協(xié)調(diào)管理。

3.2 施工工序協(xié)調(diào)管理

由于施工工序不合理，很有可能造成管線拆改造費用的增加，甚至延誤工期。所以，該項目機電管理中，融入了BIM技術(shù)，基于BIM協(xié)調(diào)平臺基礎(chǔ)上，安排BIM工作人員針對各環(huán)節(jié)施工工序加以協(xié)調(diào)管理。主要建立BIM施工模型，在一些復雜或者管廊、管井等管線分層較多的部位進行BIM工序模擬，可以利用BIM模型實現(xiàn)節(jié)點拆分，方便引導施工人員進行嚴格施工，規(guī)范施工工序[5]。而后BIM工作人員再使用Navisworks軟件對設(shè)備安裝以及管線安裝工序進行4D模擬，并進行工序模擬視頻的制作，解決一些復雜部位交叉施工問題，促使機電施工各專業(yè)交叉作業(yè)效率有所提升，實現(xiàn)施工工序的協(xié)調(diào)管理。

3.3 超高層設(shè)備垂直運輸管理

超高層設(shè)備垂直運輸管理協(xié)調(diào)難度較大，這與3個因素有關(guān)。1）該項目專業(yè)多樓層高，單臺物件起吊耗時長，需要使用塔吊的專業(yè)多，運輸壓力大;而且一旦設(shè)備垂直運輸管理不到位，很有可能出現(xiàn)安全事故，供施工人員使用的垂直運輸梯如拆除過早，會影響工人功效，如拆除過晚，會影響土建、裝修的工期。2）該項目避難層及屋頂均有大型設(shè)備需吊裝，由垂直起吊轉(zhuǎn)為水平移動，存在較大風險。3）機電設(shè)備一般進場較晚，如果塔吊根據(jù)機電要求時間拆除，會影響擦窗機及屋頂停機坪工期。所以，該項目設(shè)備垂直運輸管理成為了難題。因此，參與超高層設(shè)備垂直運輸管理中，主要利用BIM技術(shù)模擬設(shè)備吊裝，進行可視化分析，各方經(jīng)過嚴格地審核論證后，分析出可能大型設(shè)備吊運過程中遇到的一些問題，再利用BIM模擬技術(shù)加以糾正，實現(xiàn)大型設(shè)備吊裝方案的優(yōu)化，從而加強超高層設(shè)備垂直運輸管理，管理過程更具有安全性、經(jīng)濟性。

3.4 一次墻套管直埋、二次墻留洞

在項目建設(shè)過程中，一次墻套管預埋、二次墻留洞為重要施工環(huán)節(jié)。具體在一次墻套管直埋過程中，主要采用BIM技術(shù)，精確定位結(jié)構(gòu)墻體上的機電管線位置，使得后續(xù)墻體澆筑施工得以順利開展，同時也盡量避免機電管線開洞破壞結(jié)構(gòu)。同樣在二次墻留洞前，根據(jù)BIM給出二次墻留洞圖，可減少后期墻面反復開洞修補次數(shù)，使得交叉工序也得到簡化，同時提高砌體及交叉施工部分質(zhì)量，呈現(xiàn)出良好的施工效果，真正加強施工管理。

4 結(jié)語

在該項目超高層建筑機電深化設(shè)計過程中，搭建完整的BIM協(xié)調(diào)管理平臺，針對項目進行深化設(shè)計，主要應(yīng)用二維進行斷面綜合管線排布，再完成三維碰撞檢測等綜合布線優(yōu)化設(shè)計措施，例如對管線安裝工序進行4D模擬，解決管線碰撞問題;同時，強化各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)管理，利用BIM技術(shù)的可視化特點，對精裝修工程進行協(xié)調(diào)，對大型設(shè)備吊運過程進行模擬分析，解決高層設(shè)備吊裝問題;BIM技術(shù)的應(yīng)用使得項目進度管理、質(zhì)量管理以及安全管理方面也都得到了良好的保障，實現(xiàn)項目綜合效益的提升。

參考文獻

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