高端公共建筑中機(jī)電安裝BIM 技術(shù)全過程研究與應(yīng)用

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（上海建工五建集團(tuán)有限公司，上海 200063）

1 引言

目前，機(jī)電安裝工程具有專業(yè)性強(qiáng)、涉及專業(yè)多樣、施工復(fù)雜等特點，促使機(jī)電安裝現(xiàn)場管理工作難度也不斷加大。如何在保證機(jī)電安裝的條件下，滿足凈標(biāo)高、使用功能、室內(nèi)空間舒適性等各方面的要求成為機(jī)電安裝管理的難題。隨著BIM 技術(shù)在國內(nèi)外開發(fā)、應(yīng)用的日漸成熟，BIM 技術(shù)已經(jīng)成為大型復(fù)雜工程常見的技術(shù)手段之一【1】，尤其是對復(fù)雜密集管線系統(tǒng)的計算優(yōu)化，可以在控制成本、加快工期及施工質(zhì)量等施工全過程多方面發(fā)揮積極作用【2】。

2 工程概況

西岸華鑫金融中心建設(shè)項目，位于上海濱江西岸地區(qū)，東至龍騰大道，西至云謠路，南至龍耀路，北至龍啟路。項目占地14 411.8m2，總建筑面積93 567.55m2，其中，地上建筑面積57 567.99m2，地下建筑面積35 999.56m2。主要建設(shè)內(nèi)容包括由7 個相互連接圍合而又相對獨立的7 個體量組成的商業(yè)辦公綜合體，設(shè)3 層地下室。

機(jī)電安裝工程包括：建筑給水排水、建筑電氣、通風(fēng)、電梯、智能建筑、空調(diào)工程、智能化工程、電梯安裝工程、泛光照明系統(tǒng)等工程。

3 機(jī)電BIM 技術(shù)施工創(chuàng)新研究

3.1 機(jī)電施工瓶頸分析

3.3.1 忽略小型管件排布，現(xiàn)場排布錯、雜、亂

隨著BIM 技術(shù)的發(fā)展，越來越多的項目運用BIM 技術(shù)對現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)施工，然而在傳統(tǒng)機(jī)電安裝過程中，只是對風(fēng)管、水管、橋架等大型管件進(jìn)行管線綜合，而忽略小型管件排布，現(xiàn)場排布錯、雜、亂，導(dǎo)致今后運營管理維修及二次施工難以進(jìn)行的問題。

3.1.2 平衡計算復(fù)雜煩瑣，設(shè)備選型不易驗證

在設(shè)計過程中，設(shè)計人員根據(jù)所設(shè)計的二維平面圖對風(fēng)管及空調(diào)水管進(jìn)行水利計算，選取合適的設(shè)備，然而在施工過程中，由于機(jī)電管線的錯綜復(fù)雜，二維圖紙呈現(xiàn)在三維立體空間中經(jīng)常出現(xiàn)各種碰撞，施工過程中無法完全依照二維圖紙進(jìn)行施工。因此在施工前，施工單位對二維圖紙進(jìn)行管線綜合，改變管線的標(biāo)高、走向、路徑等，這些改變使得在設(shè)計過程中的水利計算發(fā)生了偏差。在這個過程中遇到因深化設(shè)計導(dǎo)致設(shè)備選型過小或過大，致使施工人員必須根據(jù)綜合后的管線進(jìn)行水利計算復(fù)核，驗證已有設(shè)備選型。而在傳統(tǒng)施工中，施工人員還是通過手工計算驗證設(shè)備選型是否合理，既復(fù)雜煩瑣，又需消耗大量時間。

3.1.3 調(diào)試不精準(zhǔn)，空間舒適性差

空間舒適性與出風(fēng)口風(fēng)速有著緊密聯(lián)系，傳統(tǒng)施工中調(diào)試風(fēng)口測速仍然采用現(xiàn)場人員手持測速儀測速，并通過慢慢調(diào)節(jié)閥門開度，保證風(fēng)口出風(fēng)速度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，消耗人工與時間的同時無法確保風(fēng)速的準(zhǔn)確性。

3.2 研究實施路線

為了有效解決BIM 模型及機(jī)電設(shè)備管線安裝在工程現(xiàn)場的落地問題，針對機(jī)電設(shè)備管線安裝，提出基于可維修管線綜合深化設(shè)計、風(fēng)管選型及設(shè)備選型技術(shù)、分系統(tǒng)節(jié)點柔性拆分技術(shù)以及BIM 指導(dǎo)現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)等幾個內(nèi)容進(jìn)行研究，如圖1 所示。

圖1 研究實施路線

3.3 可維修管線綜合深化技術(shù)

本工程各專業(yè)和系統(tǒng)管線交錯排布，僅依靠設(shè)計單位提供的平面圖、系統(tǒng)圖紙和少量節(jié)點圖，經(jīng)常會出現(xiàn)專業(yè)間交叉打架、拆改現(xiàn)象，因此，機(jī)電管線綜合深化工作就非常必要。而可維修管線綜合深化技術(shù)，不僅可以通過綜合圖紙解決在保證功能的情況下機(jī)電各系統(tǒng)內(nèi)部管線標(biāo)高和位置問題；而且還滿足結(jié)構(gòu)及裝修的各個位置需要；最主要的是在排布管線的同時考慮今后運營管理維修及二次施工的問題。從而實現(xiàn)設(shè)計、施工及運維之間的協(xié)調(diào)，為各機(jī)電專業(yè)施工提供技術(shù)支持，為整體施工順利進(jìn)行創(chuàng)造條件。圖2 為可維修管線綜合深化三維模型。

圖2 可維修管線綜合深化三維模型

3.4 管線設(shè)備復(fù)核選型技術(shù)

3.4.1 管線復(fù)核選型

研究發(fā)現(xiàn)，在施工過程中各種管線錯綜復(fù)雜，傳統(tǒng)BIM 技術(shù)的應(yīng)用僅僅是針對二維圖紙的翻模與深化，遇到管線復(fù)雜情況往往是降低標(biāo)高要求，或調(diào)整管線走向，而本項目由于建筑層高較低，上述方案不符合本項目要求，針對這種情況，利用BIM 技術(shù)對管線的尺寸進(jìn)行重新復(fù)核校驗及選型，并通過BIM 技術(shù)驗證修改后的尺寸是否滿足設(shè)計要求。

3.4.2 設(shè)備復(fù)核選型

根據(jù)管線的復(fù)雜程度，進(jìn)一步將重點鎖定深化后的圖紙如何解決通過手工計算驗證設(shè)備選型是否合理的現(xiàn)狀，同時提高驗算效率與正確率。因此充分考慮各種方法，最終通過BIM 技術(shù)對設(shè)備選型進(jìn)行驗算。具體設(shè)備選型流程如圖3 所示。

3.5 分系統(tǒng)節(jié)點柔性拆分技術(shù)

以標(biāo)準(zhǔn)連接方式為核心要求，基于已優(yōu)化管線綜合模型及復(fù)核參數(shù)，將各系統(tǒng)機(jī)電管線劃分為多個預(yù)制加工段，再對每個預(yù)制加工段進(jìn)行配件定位、分段切割等。對分割的管段、管道配件進(jìn)行詳細(xì)的尺寸標(biāo)注（應(yīng)考慮建筑結(jié)構(gòu)、人為施工及管材加工誤差等）。根據(jù)現(xiàn)場組合安裝順序，對所有管道和配件進(jìn)行自動編號。自動生成帶有編號的三維軸測圖與帶有管道長度及配件信息的下料尺表的管道預(yù)制加工圖，同時自動生成材料清單。圖4 為管線柔性拆分示意圖【3】。

圖3 設(shè)備選型流程

圖4 管線柔性拆分

3.6 機(jī)電調(diào)試規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

本項目屬于高端公共建筑，對空氣品質(zhì)及感官要求較高，因此，對如何提高室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行了研究，傳統(tǒng)風(fēng)口測試調(diào)速存在著很大的弊端，導(dǎo)致各出風(fēng)口風(fēng)速不同，嚴(yán)重影響室內(nèi)空氣品質(zhì)及人員的感官。在此基礎(chǔ)上，利用BIM 技術(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場的調(diào)試，保證室內(nèi)空氣的品質(zhì)及人員的感官，并形成了一套完整的流程，如圖5 現(xiàn)場調(diào)試流程所示【4】。

圖5 現(xiàn)場調(diào)試流程

3.6.1 施工步驟

1）通過BIM 技術(shù)的水利計算確認(rèn)各閥門的開度大小，分區(qū)域、分系統(tǒng)出具閥門開度清單。

2）對調(diào)試人員進(jìn)行交底，使其明白操作流程和注意事項。

3）選取系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，根據(jù)清單直接調(diào)試各支路閥門開度大小，當(dāng)該支路環(huán)網(wǎng)閥門統(tǒng)一調(diào)節(jié)完成后，采用風(fēng)速測試儀對該支路環(huán)網(wǎng)上的風(fēng)口進(jìn)行測速，驗證各風(fēng)口是否達(dá)到預(yù)計要求。

3.6.2 基于BIM 技術(shù)調(diào)試的特點

1）閥門開度明確：該種方法明確了閥門開度，單人即可完成調(diào)試。

2）風(fēng)速可控：因控制了閥門的開度，支管流量明確，保證了風(fēng)口風(fēng)速的確定性，使得同一房間不同送風(fēng)、回風(fēng)口的風(fēng)速相同，提高了空間的舒適性。

3）調(diào)試簡單化：拋棄了以往的調(diào)試方法：即1 人進(jìn)行調(diào)節(jié)閥門，1 人手持風(fēng)速測試儀進(jìn)行測速，最終將風(fēng)口風(fēng)速調(diào)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。該調(diào)試方法可單人直接調(diào)節(jié)閥門開度，明確風(fēng)口風(fēng)速，大大簡化了調(diào)試過程中復(fù)雜的過程，使得調(diào)試趨于簡單化。

4 效益分析

4.1 社會效益

基于BIM 技術(shù)對風(fēng)速模擬及設(shè)備選型的研究與應(yīng)用，一方面，減輕了對不可再生資源的破壞，現(xiàn)場施工大量減少，施工現(xiàn)場噪聲小，減少管材物料現(xiàn)場堆放，現(xiàn)場廢棄物減少，節(jié)約人工損耗以及防止材料的浪費；另一方面，不僅可以保證本工程施工的順利進(jìn)行，同時可以推廣高新技術(shù)在傳統(tǒng)建筑業(yè)中的運用，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型，增加行業(yè)高新技術(shù)含量，為今后機(jī)電管線裝配式施工提供了新的施工方案。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過圖紙問題檢查、機(jī)電管線綜合及預(yù)留孔洞的綜合效益，實施前期發(fā)現(xiàn)54 個圖紙問題，按照100 個圖紙問題節(jié)約30d 人工，共計節(jié)約16 人工。平均一個圖紙問題節(jié)約各類管材2m；管線綜合排布調(diào)整前發(fā)現(xiàn)機(jī)電各專業(yè)之間以及與土建碰撞點約1 500 處，調(diào)整后最終確定預(yù)留洞口38 處，另需設(shè)計變更5 處。

4.2.1 減少返工

本工程為商業(yè)綜合辦公一體建筑，對安裝標(biāo)高要求高。依靠傳統(tǒng)施工進(jìn)行管件節(jié)點綜合深化，易造成局部排布合理，整體排布不合理，甚至造成管線安裝標(biāo)高不符合要求的現(xiàn)象，造成大面積的返工。通過可維修管線綜合深化技術(shù)，提前發(fā)現(xiàn)管線排布問題，保證各專業(yè)走向，確定各專業(yè)在不同位置的施工順序，大大減少了因管線排布、施工順序錯誤導(dǎo)致的返工現(xiàn)象。

4.2.2 減少施工工期及勞動力

本項目依據(jù)傳統(tǒng)施工，考慮施工時間及各專業(yè)協(xié)調(diào)時間，每百平方米施工需要110d，根據(jù)深化圖紙施工，每百平方米施工僅需108d，節(jié)省2d，共節(jié)約1 872d。

后期調(diào)試時，依據(jù)傳統(tǒng)風(fēng)口測速，2 人每天可測30 個風(fēng)口，本工程空調(diào)機(jī)組108 臺，風(fēng)口約1 080 個，變風(fēng)量末端365 臺，風(fēng)口約365 個風(fēng)機(jī)盤管95 臺，風(fēng)口約200 個，其他機(jī)械風(fēng)口若干，傳統(tǒng)測速2 人至少需要55d 完成，采用BIM 技術(shù)指導(dǎo)調(diào)試成果，預(yù)計2 人每天可測40 個風(fēng)口，需 40d，節(jié)約15d 工期，具體經(jīng)濟(jì)效益如表 1 所示（1d 以 8h、人工費以 300 元/d 計算）。

表1 經(jīng)濟(jì)效益

4.2.3 減少因設(shè)備選型錯誤造成損失

本工程管線錯綜復(fù)雜，機(jī)電綜合深化后可能導(dǎo)致設(shè)備選型偏小，通過對管線的風(fēng)速計算，對校驗設(shè)備參數(shù)與設(shè)計參數(shù)進(jìn)行對比，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備選型問題，減少損失。

5 結(jié)語

為了有效解決BIM 模型及機(jī)電設(shè)備管線安裝在工程現(xiàn)場的落地問題，利用BIM 技術(shù)對機(jī)電安裝全過程研究與應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)管線深化設(shè)計、管線設(shè)備參數(shù)校核方式及管線預(yù)制加工模式，并且創(chuàng)新性地采用了BIM 技術(shù)進(jìn)行管線設(shè)備選型大小的校核，提前發(fā)現(xiàn)管線設(shè)備選型問題，實現(xiàn)了綠色化、節(jié)能化施工，同時，通過BIM 技術(shù)指導(dǎo)后期管線設(shè)備調(diào)試。在效率、質(zhì)量和用戶友好度方面都取得了明顯的成果。在實際項目的使用過程中，得到了參與各方的一致認(rèn)可。