BIM技術(shù)在某商業(yè)改造項(xiàng)目中的應(yīng)用

王家紅

舜元建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 上海 200335

使用年限已經(jīng)超過(guò)15 a的建筑，往往存在設(shè)計(jì)資料時(shí)間跨度大，信息分散，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與竣工圖紙不一致等問(wèn)題，導(dǎo)致在改造施工過(guò)程中的信息整合難度大?，F(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)能提供完整準(zhǔn)確的建筑實(shí)際情況，但是現(xiàn)有人工測(cè)量技術(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且成本高，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)共享傳遞不方便等，導(dǎo)致很多問(wèn)題在施工前都沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)和解決，均留到了施工過(guò)程中去解決，不僅增加了施工難度，也影響施工質(zhì)量。BIM技術(shù)結(jié)合三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了前期勘測(cè)階段人力及時(shí)間成本的問(wèn)題，施工階段BIM管線綜合及凈高優(yōu)化保證了施工可行性，有利于優(yōu)化施工工序，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，從而提高施工的安全性和可靠性，保證施工質(zhì)量及建筑品質(zhì)[1-4]。

1 項(xiàng)目概況

背景項(xiàng)目位于上海市南京西路商圈，作為本次項(xiàng)目改造范圍的地下1層至地下2層為商鋪處于正常營(yíng)業(yè)狀態(tài)，面積與產(chǎn)證面積一致，為9 250.10 m2。改造部分屬于商業(yè)裙房建筑，其中2層以上商場(chǎng)南面為4幢已售高層住宅單體。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)

本項(xiàng)目位于CBD核心區(qū)域，人流量大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝作業(yè)不利，增加了設(shè)備及材料運(yùn)輸難度。地下室一半?yún)^(qū)域?yàn)?層商鋪且正常開放，項(xiàng)目施工過(guò)程中不能影響其正常營(yíng)業(yè)。項(xiàng)目下方是上海軌交2號(hào)線及地鐵車站，1層商鋪正下方有地鐵電纜溝，開挖施工困難，安全隱患多。小市政管線部分需改污廢合流制為污廢分流制，總安裝寬度為1.5 m，空間狹小，敷設(shè)困難。按照商業(yè)規(guī)劃，本次改造增加了餐飲鋪位的面積及配套用廚房補(bǔ)風(fēng)管道，并擴(kuò)大了排油煙管尺寸。新版設(shè)計(jì)圖僅表示此次變更區(qū)域的情況，原有竣工資料為2007版檔案館掃描文件，信息整合難度大。

3 項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

隨著城市化進(jìn)程的加速發(fā)展及人們對(duì)建筑功能要求的提高，越來(lái)越多的建筑有更新改造需求。改造項(xiàng)目與新建項(xiàng)目的最大區(qū)別就是不是從零開始，而是需要在現(xiàn)有建筑、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的優(yōu)化和完善?，F(xiàn)場(chǎng)情況與竣工圖紙不一致、竣工圖表達(dá)的信息不完整是公認(rèn)的問(wèn)題。保證模型的準(zhǔn)確性和完整性是BIM能夠順利落地的前提。按照《上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南（2017）》要求，本項(xiàng)目中BIM技術(shù)主要運(yùn)用在以下幾方面：

1）做好前期勘測(cè)，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)更準(zhǔn)確、高效地獲取現(xiàn)場(chǎng)的建筑、結(jié)構(gòu)信息。

2）三維點(diǎn)云模型與現(xiàn)有竣工資料及新版設(shè)計(jì)圖紙三者相互印證，完成土建、機(jī)電模型搭建。

3）利用BIM模型做管線綜合及優(yōu)化，滿足安裝及凈高要求。

4）利用BIM模型解決小市政管線及窨井排布方案。

5）預(yù)留預(yù)埋配合。

6）現(xiàn)場(chǎng)配合及三維模型技術(shù)交底。

4 BIM應(yīng)用技術(shù)路徑及成果展示

4.1 三維激光掃描技術(shù)運(yùn)用

本項(xiàng)目位于CBD核心區(qū)域，人流量大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝作業(yè)不利，增加了設(shè)備及材料搬運(yùn)轉(zhuǎn)輸難度，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，可高效、準(zhǔn)確地還原現(xiàn)場(chǎng)可視建筑、結(jié)構(gòu)情況。因本項(xiàng)目竣工已經(jīng)超過(guò)10 a，機(jī)電管線及設(shè)備有老化的現(xiàn)象，項(xiàng)目部指示原有機(jī)電管線及相關(guān)設(shè)備均全部拆除并替換新產(chǎn)品。原有建筑二次墻體全部拆除，部分鋼結(jié)構(gòu)拆除或加固。因受現(xiàn)場(chǎng)拆改進(jìn)度限制，本項(xiàng)目2個(gè)樓面共分2次掃描完成。技術(shù)路徑如下。

4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)勘察

三維激光掃描技術(shù)是利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。掃描前技術(shù)人員需要根據(jù)項(xiàng)目要求獲取的建筑結(jié)構(gòu)或機(jī)電管線信息到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，或通過(guò)電話溝通的形式了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，判斷是否具備激光掃描作業(yè)的條件。激光掃描作業(yè)條件一般需要滿足以下幾點(diǎn)：掃描標(biāo)的無(wú)遮擋，若原有建筑是有精裝吊頂?shù)模枰鹊蹴斆娌鸪?、地面完成清運(yùn)后方能實(shí)施；自然光線或燈光條件需要滿足能見度要求；現(xiàn)場(chǎng)平整情況需要滿足架設(shè)掃描儀器的條件。

4.1.2 掃描規(guī)劃

規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提前確認(rèn)好具備掃描條件的區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)竣工圖資料，核對(duì)需要掃描的區(qū)域，提前規(guī)劃好掃描實(shí)施的路線路徑，確定大致需要布置的站點(diǎn)數(shù)量，準(zhǔn)備好所需材料及設(shè)備。

4.1.3 站點(diǎn)布置

站點(diǎn)布設(shè)采用統(tǒng)一專用標(biāo)志，方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員辨識(shí)，要求標(biāo)記醒目容易查找。相鄰站點(diǎn)間要求保證65%的重疊度且相互距離控制在10～15 m。

4.1.4 三維掃描

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施三維掃描作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡量避免無(wú)關(guān)人員走動(dòng)。設(shè)置掃描儀的精度為2 mm，在掃描作業(yè)的同時(shí)利用設(shè)備一體化集成的高分辨率相機(jī)同步采集現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)的全息影像（圖1）。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)置

4.1.5 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)作業(yè)包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)、濾波、去噪、模型生成等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云拼接的方法主要有3種：基于靶標(biāo)的拼接、基于點(diǎn)云的拼接、基于控制點(diǎn)的拼接。運(yùn)用專業(yè)的軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，形成點(diǎn)云模型。

4.1.6 模型比對(duì)及生成

Revit模型導(dǎo)出Navisworks格式BIM模型文件，在Navisworks中設(shè)置點(diǎn)云模型與BIM模型的間隙為3 mm，軟件自動(dòng)比較識(shí)別出點(diǎn)云模型與BIM模型之間的差異，手動(dòng)調(diào)整相應(yīng)Revit模型中有差異區(qū)域的模型構(gòu)件信息，從而生成與現(xiàn)場(chǎng)一致的BIM模型。

4.1.7 整理問(wèn)題報(bào)告

對(duì)模型比對(duì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行梳理，提交業(yè)主方及設(shè)計(jì)院。經(jīng)各方協(xié)調(diào)后設(shè)計(jì)院出具相應(yīng)的變更、整改文件，作為施工方實(shí)施和結(jié)算的依據(jù)。本項(xiàng)目中通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)建筑相關(guān)問(wèn)題2處，結(jié)構(gòu)相關(guān)問(wèn)題22處，機(jī)電相關(guān)問(wèn)題20處，經(jīng)與業(yè)主及設(shè)計(jì)師溝通后，設(shè)計(jì)院追加了變更單及具體的施工方案，提前解決了施工問(wèn)題，避免了后續(xù)返工。

4.2 三版資料相互比對(duì)、驗(yàn)證

根據(jù)檔案館資料，本項(xiàng)目1層下方有地鐵線路通過(guò)且敷設(shè)供給地鐵線路的電纜溝，地下的結(jié)構(gòu)本次不改造，但是項(xiàng)目中1層商鋪增加了排水管路由，需要敷設(shè)在地板下，因此必須利用檔案館資料復(fù)核地下結(jié)構(gòu)情況建模。新版結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖為CAD圖紙，均為地上部分的結(jié)構(gòu)，且設(shè)計(jì)圖中僅標(biāo)注了本次改造過(guò)程中涉及的拆改、加固的結(jié)構(gòu)尺寸，不改造的結(jié)構(gòu)未加以標(biāo)注及說(shuō)明。不明確的結(jié)構(gòu)信息在建模過(guò)程中需要比對(duì)點(diǎn)云模型，本次不改造且保留的結(jié)構(gòu)參照檔案館提供的PDF文件，改造的結(jié)構(gòu)參照新版結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖文件，從而建立一整套準(zhǔn)確、完整的結(jié)構(gòu)模型。

4.3 利用BIM模型進(jìn)行管線優(yōu)化及凈高分析

本次改造工程將原有商鋪面積進(jìn)行了重新分割，另外增加了餐飲區(qū)域的面積，從而導(dǎo)致新增了廚房補(bǔ)風(fēng)管道，廚房排油煙管道尺寸加大，風(fēng)管數(shù)量及尺寸的變化增加了管線排布的壓力。

根據(jù)管線設(shè)置情況確定管線排布的大致原則：

1）盡量考慮采用綜合支吊架，同一區(qū)域布置的管線采用垂直方向分層布置時(shí)，一般遵循電纜橋架、線槽在上，水管在下（防止水管漏水），風(fēng)管在上，水管在下（風(fēng)管一般不需要檢修）的原則，風(fēng)管分支管避開主管線布置。

2）服務(wù)同一商鋪的廚房補(bǔ)風(fēng)、廚房排油煙管道盡量水平平鋪，設(shè)置在同一層空間內(nèi)。

3）各商鋪基本上都設(shè)置了排煙管道，為了減少與其他專業(yè)管線的交叉，排煙管道利用平面空間與其他管線分開布置。

4）通過(guò)調(diào)整風(fēng)管路由減少管線交叉，變更風(fēng)管橫截面比例來(lái)降低管線高度的方法達(dá)到凈空控制要求。

解決方案一：本項(xiàng)目中1處位于公共走道內(nèi)的管線密集，經(jīng)綜合排布后管線距離地面為2.5 m，凈高達(dá)不到2.7 m要求。經(jīng)綜合考慮建筑、結(jié)構(gòu)模型后發(fā)現(xiàn)，走道邊有公共樓梯間，如果將部分管線移至樓梯間內(nèi)高位布置，對(duì)樓梯間的使用不會(huì)產(chǎn)生影響，管線距離地面為2.9 m，滿足了凈高的要求（圖2、圖3）。

圖2 樓梯間區(qū)域管線優(yōu)化前

圖3 樓梯間區(qū)域管線優(yōu)化后

根據(jù)《防排煙規(guī)范》相關(guān)要求：排煙管道不應(yīng)穿越前室或者樓梯間，如確有困難必須穿越時(shí)，其耐火極限不應(yīng)小于2 h。穿越樓梯間隔墻處設(shè)置排煙防火閥，樓梯間處風(fēng)管耐火極限不小于2 h。防火閥兩側(cè)2 m范圍內(nèi)的風(fēng)管采用防火風(fēng)管或防火封包，且耐火極限不低于防火分隔體的耐火極限。經(jīng)各方討論后確認(rèn)將走廊內(nèi)的空調(diào)水管及排煙管移至樓梯間內(nèi)布置，風(fēng)管進(jìn)出樓梯間處增加控制閥門，風(fēng)管材料做防火處理，滿足耐火要求。

解決方案二：本項(xiàng)目中1層各商鋪均設(shè)置了排水點(diǎn)位，原設(shè)計(jì)中排水管采用埋地敷設(shè)。綜合土建模型及機(jī)電模型后發(fā)現(xiàn)，地面下設(shè)置了混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)梁，且下方就是地鐵電纜溝，排水管線需要穿越地鐵電纜溝上方且在原有基礎(chǔ)梁上開洞。地面開挖風(fēng)險(xiǎn)大，不確定因素多，且排水管沒(méi)有放坡的空間。最后建議用變更排水點(diǎn)位位置的方法，使排水點(diǎn)位避開電纜溝及基礎(chǔ)梁設(shè)置，直接貼外墻立下排至室外。

解決方案三：本項(xiàng)目按照市政部門要求，排水出戶管改合流制為分流制，需要在1.5 m水平范圍內(nèi)增加1套污水管道及窨井。其中雨水井直徑630 mm，污水井和廢水井直徑均為315 mm。除去井本身所占用的空間，井與墻壁及井間距離僅有240 mm。建議管線及窨井水平方向遵循嚴(yán)格平行布置；垂直方向布置2層，雨水管布置在中間下層，污、廢水布置在左右兩側(cè)上層；雨水支管水平接入窨井，污、廢水支管在最高位水平接入窨井，首井的深度需要低于支管高度；采用成品塑料井，其井蓋尺寸與井身基本相同，對(duì)安裝不會(huì)產(chǎn)生影響。

4.4 預(yù)留預(yù)埋配合及三維模型技術(shù)交底

本項(xiàng)目中預(yù)留預(yù)埋包括兩部分：二次墻體留洞和樓板留洞。

在管線綜合排布完成后，按照水管留洞比水管大1～2檔，風(fēng)管各邊大50～100 mm的原則，利用品茗HiBIM軟件的留洞功能，提前設(shè)置好留洞要求，管線密集處設(shè)置好綜合留洞邊界條件，實(shí)現(xiàn)一鍵開洞操作。

Revit建模軟件及Naviswork模型查看軟件對(duì)電腦配置要求高，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工人員查看不便，利用Fuzor插件對(duì)模型做輕量化處理，其生成的exe文件可以在不安裝相關(guān)軟件的情況下實(shí)現(xiàn)PC端查看、瀏覽功能，實(shí)現(xiàn)模型信息正向傳遞。

5 結(jié)語(yǔ)

在本次改造項(xiàng)目中，借助三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，準(zhǔn)確、高效地還原了現(xiàn)有建筑、結(jié)構(gòu)情況，節(jié)省了時(shí)間成本和人力成本。BIM模型用于設(shè)計(jì)問(wèn)題溝通及施工交底，提高了溝通效率。BIM技術(shù)用于機(jī)電管線綜合，保證了凈高要求，提高了建筑品質(zhì)。模型導(dǎo)出的二維圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，減少了返工、節(jié)省了工期，提高了施工質(zhì)量。