基于BIM 的建筑機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化實(shí)踐

任偉

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州450064）

通過BIM 技術(shù)平臺使深化設(shè)計(jì)與數(shù)字化施工有效結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)從深化設(shè)計(jì)到數(shù)字化施工的信息傳遞，打通深化設(shè)計(jì)、數(shù)字化施工建造等環(huán)節(jié)。通過BIM 新型的應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以創(chuàng)新的理念驅(qū)動行業(yè)間的交流與協(xié)作，充分發(fā)揮各自領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)造建筑行業(yè)設(shè)計(jì)、安裝新型產(chǎn)業(yè)鏈，開啟了全新施工模式。

1 基于BIM 的深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)的類型可以分為專業(yè)性深化設(shè)計(jì)和綜合性深化設(shè)計(jì)。通過BIM 模型為媒介，即使是不具備工程專業(yè)背景的人員，都能參與其中，工程團(tuán)隊(duì)各方均能給予較多正面的需求意見，減少設(shè)計(jì)變更次數(shù)。除了實(shí)時可視化的溝通，BIM模型的深化設(shè)計(jì)加之即時數(shù)據(jù)集成，可獲得一個最具時效性的、最為合理的虛擬建筑，因此導(dǎo)出的施工圖可以幫助各專業(yè)施工有序合理地進(jìn)行，提高施工安裝成功率，進(jìn)而減少人力、材料以及時間上的浪費(fèi)，從而一定程度上降低施工成本。

1.1 空間優(yōu)化

通過BIM 的精確設(shè)計(jì)后，可大大降低專業(yè)間交錯碰撞，且各專業(yè)分包利用模型開展施工方案、施工順序討論，可以直觀、清晰地發(fā)現(xiàn)施工中可能產(chǎn)生的問題，并給予提前解決，也為后階段的數(shù)字化施工、數(shù)字建造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

如表1 所示，為某工程BIM 優(yōu)化成果，成果以表格方式呈現(xiàn)，在表格中給出優(yōu)化的專業(yè)和優(yōu)化說明，給出調(diào)整意見，通過三維截圖和cad 平面圖對比分析的方式展現(xiàn)出來，最終有設(shè)計(jì)單位給出處理意見。

BIM 通過碰撞檢查在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行空間優(yōu)化，管道合理留布置方面為業(yè)主提供了巨大的建設(shè)項(xiàng)目增值，例如以某冷凍機(jī)房為例，在冷凍機(jī)房中水管所占的比例相當(dāng)大，若沒有經(jīng)過空間方案合理規(guī)劃，則會使得空間和視覺上顯得過于擁擠。通過BIM技術(shù)，在不影響原管道機(jī)能及施工可行性前提下，合理排布各種管道，在三維模型下，深化設(shè)計(jì)人員從任意角度觀察管道的位置，通過空間優(yōu)化手段，最終將原來房間凈高從3.1m 提升到3.45m，使得空間得到提升。

1.2 預(yù)留洞位置優(yōu)化

管線綜合中經(jīng)常會遇到需要留洞的問題，如何精確確定留洞的具體位置，傳統(tǒng)的深化方式靠的是深化設(shè)計(jì)人員借助空間想象來繪制出大致留洞位置，容易產(chǎn)生遺漏、偏差等問題。憑借BIM 技術(shù)三維可視化的特點(diǎn)，BIM 模型能夠直觀地表達(dá)出需要留洞的具體位置，不僅不容易遺漏，還能做到精確定位，有效解決深化設(shè)計(jì)人員出留洞圖時的諸多問題。同時，出圖質(zhì)量的提高一也省去了修改圖紙返工的時間，大大提高深化出圖效率。

1.3 機(jī)電管線支架布留優(yōu)化

在機(jī)電深化設(shè)計(jì)中，支架預(yù)埋布留是極為重要的一部分。在管線情況較為復(fù)雜的地方，經(jīng)常會存在支架擺放困難、無法安裝的問題。對于剖面未剖到的地方，支架是否能夠合理安裝，是否符合吊頂標(biāo)高要求，滿足美觀、整齊的施工要求就顯得尤為重要。其次，從施工角度而言，部分支架在土建階段就需在樓板上預(yù)埋鋼板，如冷凍機(jī)房等管線較多的地方，支架為了承受管線的重量需在樓板進(jìn)行預(yù)埋，但在對機(jī)電管線未仔細(xì)考慮的情況下，具體位置無法控制定位，

現(xiàn)在普遍采用“盲打式”預(yù)埋法，在一個區(qū)域的樓板上均布預(yù)留。BIM 模型可以模擬出支架的布留方案，在模型中就可以提前模擬出施工現(xiàn)場可能會遇到的問題，對支架具體的布留擺放位置給予準(zhǔn)確定位。

2 基于BIM 的數(shù)字化施工

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建造信息全生命周期，確?，F(xiàn)場精確測繪高效放樣的安裝要求，將BIM 技術(shù)運(yùn)用到預(yù)制加工技術(shù)中，同時全程融人二維編碼、現(xiàn)場三維測繪放樣等高新技術(shù)是關(guān)鍵重點(diǎn)難點(diǎn)，也是當(dāng)前建筑機(jī)電管線數(shù)字化加工發(fā)展的最大創(chuàng)新應(yīng)用點(diǎn)。

2.1 機(jī)電工程數(shù)字化加工

傳統(tǒng)的機(jī)電工程管線加工，就是根據(jù)圖紙要求在施工現(xiàn)場對管線進(jìn)行組裝、焊接。但其相比鋼結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻等行業(yè)相比其工廠化程度不是很高。其主要原因是由于施工現(xiàn)場管線布置得不夠精確，限制了工廠預(yù)制化的深度和發(fā)展。

基于BIM 的工廠化的管線預(yù)制加工方式既可以減少現(xiàn)場的操作工人和現(xiàn)場管理的壓力，又可以提高現(xiàn)場施工的效率。為加快施工進(jìn)度、提高施工質(zhì)量提供有力保證。

管線數(shù)字化加工預(yù)先將圖紙中所設(shè)計(jì)的管材的規(guī)格、類型、壁厚等一些參數(shù)輸人BIM 設(shè)計(jì)模型中，根據(jù)各專業(yè)綜合深化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場情況通過碰撞檢查、進(jìn)行優(yōu)化后，將管材的規(guī)格、類型、壁厚和長度等信息導(dǎo)出成一張完成的預(yù)制加工詳圖，然后將圖紙送到工廠進(jìn)行管道的預(yù)制加工，根據(jù)現(xiàn)場的施工進(jìn)度安排物流將預(yù)制好的管道送到現(xiàn)場安裝。主要工作流程如圖1 所示。

2.2 數(shù)字化測繪復(fù)核及放樣

現(xiàn)場測繪復(fù)核放樣技術(shù)能使BIM 建模更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工，實(shí)現(xiàn)BIM 的數(shù)字化復(fù)核及建造。在數(shù)字化加工復(fù)核工作中可以利用測繪技術(shù)對預(yù)制廠生產(chǎn)的構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢查復(fù)核，通過對構(gòu)件的測繪形成相應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并將測得的數(shù)據(jù)輸人到計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件中比對構(gòu)件是否和數(shù)字加工圖中的參數(shù)一致，或通過基于BIM 的三維施工模型進(jìn)行構(gòu)件預(yù)拼裝及施工方案模擬，結(jié)合機(jī)電安裝實(shí)際情況判斷該構(gòu)件是否符合安裝要求，對于不符合施工安裝相關(guān)要求的構(gòu)件可令預(yù)制加工廠商進(jìn)行重新生產(chǎn)或加工。所以通過先進(jìn)的現(xiàn)場測繪技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工過程的復(fù)核，還能實(shí)現(xiàn)BIM 模型與加工過程中數(shù)據(jù)的協(xié)同和修正。

如上海某超高層建筑，其設(shè)備層析架結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，同時設(shè)備層中還具有多個系統(tǒng)和大型設(shè)備，機(jī)電管線只能在桁架鋼結(jié)構(gòu)有限的三角空間中進(jìn)行排布，機(jī)電深化設(shè)計(jì)難度非常之大，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工桁架角度發(fā)生偏差或者高度發(fā)生偏移，輕則影響到機(jī)電管線的安裝檢修空間，重則會使機(jī)電管線無法排布，施工難以進(jìn)行。所以，需要通過BIM 技術(shù)建立三維模型并運(yùn)用現(xiàn)場測繪技術(shù)對現(xiàn)場設(shè)備層鋼結(jié)構(gòu)，尤其是桁架區(qū)域進(jìn)行測繪，以驗(yàn)證該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的精確性。

2.3 數(shù)字化物流

圖1 數(shù)字化加工與BIM 協(xié)作流程圖

機(jī)電設(shè)備中具有管道設(shè)備種類多、數(shù)量大的特點(diǎn)，二維碼和RFID 技術(shù)主要用于物流和倉庫存儲的管理?，F(xiàn)通過BIM 平臺下數(shù)字化加工預(yù)制管線技術(shù)和現(xiàn)場測繪放樣技術(shù)的結(jié)合，對數(shù)字化物流而言更是錦上添花。在現(xiàn)場的數(shù)字化物流操作中給每個管件和設(shè)備按照數(shù)字化預(yù)制加工圖紙上的編號貼上二維碼或者埋人RFID 芯片，利用手持設(shè)備掃描二維碼及芯片，信息即可立即傳送到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相關(guān)操作。如上海某商業(yè)項(xiàng)目中，在數(shù)字化預(yù)制加工圖階段要求預(yù)制件編碼與二維碼命名規(guī)則配套，目的是實(shí)現(xiàn)預(yù)制加工信息與二維編碼間信息的準(zhǔn)確傳遞，確保信息完整性。該項(xiàng)目結(jié)合預(yù)制加工技術(shù)，對二維編碼在預(yù)制加工中的新型應(yīng)用模板、后臺界面及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)、制定和研究，確保編碼形式簡單明了便利，可操作性強(qiáng)。利用二維碼使預(yù)制配送、現(xiàn)場領(lǐng)料環(huán)節(jié)更加精確順暢，確保凸顯出二維碼在整體裝配過程中的獨(dú)特優(yōu)勢，加強(qiáng)后臺參數(shù)信息的添加錄人。該項(xiàng)目通過二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以下幾個目標(biāo)：①紙質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)，便于查詢。②通過二維碼，可獲取圖紙中的詳細(xì)信息。③通過二維碼掃描可獲取管配件安裝具體位置、性能、廠商參數(shù)，包括安裝人員姓名、安裝時間等信息。

3 結(jié)論

本文主要論述了建設(shè)項(xiàng)目尤其是建筑機(jī)電系統(tǒng)的實(shí)施期(設(shè)計(jì)階段、施工階段、采購活動等)中的基于BIM 技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。通過實(shí)踐我們可以認(rèn)識到BIM 技術(shù)可為建設(shè)項(xiàng)目各參與方(投資方、開發(fā)方、政府管理方、設(shè)計(jì)方、施工方、工程管理咨詢方、材料設(shè)備供貨方、設(shè)施運(yùn)行管理方等)提供服務(wù)，并為其提供了一個高效的協(xié)同工作平臺，減少由于項(xiàng)目參與各方工作不協(xié)同而引起的投資損失，并通過強(qiáng)化協(xié)同工作，可以加快建設(shè)進(jìn)度和提高工程質(zhì)量。