BIM技術(shù)在砌體工程預(yù)留洞口深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法

趙明程 蒲靖 賈躍龍 馬朝 姚寶

為了使大型公共建筑施工任務(wù)中二次結(jié)構(gòu)工程預(yù)留洞口可以一次預(yù)留準(zhǔn)確，避免開洞修補(bǔ)，能夠在保證施工質(zhì)量的前提下，加快進(jìn)度，節(jié)約成本，減少浪費(fèi)，通過BIM技術(shù)對原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，分析和總結(jié)了深化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法和成果。應(yīng)用結(jié)果表明，BIM技術(shù)能夠有效解決預(yù)留洞口常見的錯誤和遺漏等質(zhì)量問題，減少二次洞口的返工，具有良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益和社會環(huán)境效益。文章以實(shí)際施工為例總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，分析從建模到竣工各階段的要點(diǎn)和方法，并制定相應(yīng)的技術(shù)措施，確保施工質(zhì)量。所取得的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)對同行業(yè)的建設(shè)具有很好的參考價值。

BIM技術(shù); 機(jī)電設(shè)備管線; 二次結(jié)構(gòu); 砌體; 預(yù)留洞口; 節(jié)約成本

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[定稿日期]2021-05-27

[作者簡介]趙明程（1990～），男，本科，工程師，主要從事建筑施工管理工作。

砌體工程是工程項(xiàng)目施工中的重要分部工程，施工過程中各專業(yè)之間的穿插配合必須提前規(guī)劃，做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，但是在實(shí)際施工中各專業(yè)往往只考慮本專業(yè)的需求和施工便利，不能做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。而且在砌體施工過程中參考的各專業(yè)施工圖紙比較零散，分別有構(gòu)造柱定位圖、機(jī)電管線留洞圖及過梁深化圖等圖紙，會耗費(fèi)很多時間看圖與核對圖紙，導(dǎo)致工效降低，而且還會出現(xiàn)現(xiàn)場返工和拆改的情況。本文以渭南市中心西片區(qū)多功能館項(xiàng)目砌體施工為依托，研究BIM技術(shù)在砌體工程預(yù)留洞口深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以此來提高現(xiàn)場砌體工程的施工效率和預(yù)留洞口準(zhǔn)確率，減少返工。

1 工程概況

本工程位于渭南市政務(wù)服務(wù)中心西側(cè)，是渭南市重點(diǎn)民生工程和標(biāo)志性工程，一類高層公共建筑。地上由中型科技館、乙級檔案館、中型圖書館，青少年宮及婦幼活動中心（大型），集中辦公等多種功能構(gòu)成。地下由部分業(yè)務(wù)用房、會議中心、餐廳及廚房、動力中心及汽車庫組成。各級領(lǐng)導(dǎo)及社會各界人士高度重視，對工程建設(shè)質(zhì)量與進(jìn)度要求極高。工程質(zhì)量目標(biāo)是確保陜西省“長安杯”，爭取“魯班獎”，文明施工目標(biāo)是陜西省安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地，科技創(chuàng)新目標(biāo)是陜西省創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用示范工程和渭南市BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程（圖1）。

砌體工程概況：與土直接接觸的地下墻體采用MU15非黏土實(shí)心磚用M7.5水泥砂漿砌筑，不與土直接接觸的墻體采用Mb5.0砌筑砂漿的A5.0蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑;地面樓梯間、衛(wèi)生間、井道采用承重多孔磚加水泥砂漿M7.5砌筑，其余填充墻采用A5.0蒸壓加氣混凝土砌塊加Mb5.0砌筑砂漿砌筑。

2 砌體工程施工與機(jī)電安裝的沖突

本項(xiàng)目為市重點(diǎn)民生項(xiàng)目，工期比較緊張，砌體工程施工要與機(jī)電管線的安裝施工穿插進(jìn)行，依照以往施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，土建隊(duì)伍與安裝隊(duì)伍在施工過程中必然會出現(xiàn)矛盾沖突的地方，而且本項(xiàng)目機(jī)電安裝施工隊(duì)伍不止一個，預(yù)期會有多家單位互不相讓和互相扯皮的局面。特別是很多位置機(jī)電管線施工之前二次結(jié)構(gòu)施工必須已經(jīng)完成，然后風(fēng)管、橋架等大管線需要穿墻等問題出現(xiàn)，就需要對這部分墻體進(jìn)行拆除，再進(jìn)行大管線的安裝，這樣就會影響已經(jīng)砌筑完成墻體的安全性和整體性，砌體工程的質(zhì)量也就得不到保證。而且，鉆孔、洞口的后期修補(bǔ)以及拆除的墻體將產(chǎn)生更多的建筑垃圾，不滿足綠色文明施工的要求，還會導(dǎo)致工期的延長和施工成本的增加[1]。所以本項(xiàng)目在砌體工程開始前組織項(xiàng)目技術(shù)人員對項(xiàng)目砌體工程進(jìn)行預(yù)留洞口的深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行流程方法總結(jié)，形成成果文件。

3 實(shí)施步驟

（1）熟悉各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙。

（2）首先制定統(tǒng)一的模型建立原則、命名規(guī)則及數(shù)據(jù)交換格式，然后建立BIM模型，其中建筑結(jié)構(gòu)模型建議使用Autodesk Revit軟件建模，機(jī)電模型建議采用基于Autodesk Revit的MagicCAD軟件建模。

（3）利用Navisworks軟件對建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)和機(jī)電專業(yè)的模型碰撞進(jìn)行檢查，根據(jù)管道綜合調(diào)整原則對碰撞位置的管道進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

（4）在砌體框架內(nèi)，在BIM應(yīng)用平臺上，依次進(jìn)行墻體構(gòu)建模型深化、排磚模型深化，和拉墻鋼筋模型深化;在排磚模型深化后依據(jù)BIM模型出具墻體位置編號圖，墻體排磚圖和砌體用量需求表[2]。

（5）復(fù)核模型的完整性、準(zhǔn)確性，制作施工工藝的三維動畫給管理人員、砌筑人員和加工人員進(jìn)行交底;導(dǎo)出深化的圖表給砌筑人員和加工人員交底;運(yùn)用輕量化模型給管理人員交底。

（6）管理人員、砌筑人員和加工人員嚴(yán)格按照施工工藝的三維動畫交底、深化圖表交底、模型交底集中進(jìn)行砌筑施工和監(jiān)督檢查。

4 方法總結(jié)

4.1 模型建立的要點(diǎn)

主要說明了建立機(jī)電模型的要點(diǎn)，對建模結(jié)構(gòu)模型和建筑模型的要點(diǎn)沒有詳細(xì)說明。在繪制機(jī)電模型前，各專業(yè)管道和橋架所用的材料和連接方式必須與現(xiàn)場施工相一致。

（1）給排水專業(yè)中包括的系統(tǒng)比較多，不同材質(zhì)類別的管道均有涉及，建模過程中不僅要詳細(xì)參照設(shè)計(jì)說明，而且要結(jié)合施工單位使用的工藝流程，避免模型與現(xiàn)場有誤差，導(dǎo)致材料明細(xì)表不準(zhǔn)確，不能進(jìn)行準(zhǔn)確地材料控制管理[3]。

（2）暖通空調(diào)主要包括空調(diào)水、空氣和防排煙系統(tǒng)。不同使用功能、不同使用位置的水管、風(fēng)管，其連接方式和施工工藝要求不同。模型應(yīng)滿足設(shè)計(jì)說明的要求，模型應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況繪制。

（3）電氣專業(yè)根據(jù)模型要求建立的等級，分別建立電纜橋架系統(tǒng)、配電箱、燈具、插座開關(guān)模型，模型建立深度根據(jù)需要自主選擇，重點(diǎn)在于強(qiáng)弱電井、水泵房、空調(diào)機(jī)房、變配電室的深化設(shè)計(jì)。

4.2 機(jī)電管線綜合排布原則

管徑小的管道讓管徑大的管道，越大越優(yōu)先;有壓力的管道讓無壓力的管道;不保溫的管道讓需要保溫的管道;一般性管道讓動力性管道;強(qiáng)電、弱電分開設(shè)置;電氣避讓熱水及蒸汽管道（圖2）。管線綜合布置在遵循基本原則的同時，還應(yīng)考慮施工工藝、工人安裝作業(yè)空間、后期維護(hù)更換空間、美觀等因素。

圖2表示地下一層降板區(qū)域最低點(diǎn)的管綜排布原則，同一防火分區(qū)內(nèi)，凈空高度在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，保持一致。

4.3 機(jī)電管線綜合排布注意事項(xiàng)

（1）管綜排布目的：減少管道占用空間，增加吊頂高度，提前解決設(shè)計(jì)碰撞問題，避免機(jī)電管線在平面和立面上的交叉和沖突。有序的安排便于工程竣工后的維護(hù)管理，優(yōu)化工程量，綜合布置后的工程量一般應(yīng)小于原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的工程量[4]。

（2）帶停車位的地下室布置應(yīng)滿足車輛通道的凈空高要求，車道不小于2.8 m，停車位不小于2.6 m。

（3）管綜排布要在一跨區(qū)域內(nèi)均勻分布。2.6 m是極限位置最低凈空高度要求，在有條件區(qū)域整體排布標(biāo)高能上調(diào)的，必須上調(diào)。目的是為減少支吊架重量、增加地面凈空高度，減少視覺壓抑感。

（4）管綜排布時，需考慮各類閥門設(shè)備的操作和檢修空間。吊頂檢修口上方不能有橋架、管道。

（5）橋架一般不做疊層排布，若標(biāo)高受限區(qū)域需疊層排布的，提前溝通并做好措施。橋架標(biāo)高為梁下50 mm，盡量提升標(biāo)高，減少翻彎。當(dāng)橋架布置在同一方向，且橫向距離大于2 m時，必須在橋架中間留出不小于300 mm的操作空間;當(dāng)橋架下方布置有管道的時候必須考慮橋架和管道后期檢修的上人通道。

（6）排布管道時，依照綜合支吊架考慮，管道間距不應(yīng)小于100 mm，實(shí)在達(dá)不到要求需要調(diào)整管道間距時，最小不得小于50 mm;如果管道發(fā)生沖突，一般進(jìn)行上翻彎，除非上方存在橋架不得不下翻彎，避免管道存水。

（7）所有管網(wǎng)排布時，需考慮深化的預(yù)留孔洞位置可行性，杜絕因深化設(shè)計(jì)后需重新開洞的現(xiàn)象。

（8）在對管網(wǎng)進(jìn)行綜合碰撞檢查時，應(yīng)考慮綜合支吊架引起的碰撞和標(biāo)高沖突，特別是在吊頂區(qū)域，因?yàn)樵诓贾霉艿罆r，往往忽略了支吊架的空間占用問題。

（9）制冷機(jī)房、空調(diào)機(jī)房、變配電室、消防水泵房等大型機(jī)房有大量吊裝管道、橋架區(qū)域，照明燈具設(shè)計(jì)若是吸頂?shù)膭t建議改為線槽燈，考慮最低標(biāo)高。

4.4 墻體構(gòu)建模型深化

參照施工規(guī)范、施工圖紙、施工方案。在門、窗、機(jī)電預(yù)留洞口增加過梁;樓層較高部位增加圈梁;墻端、交叉處增加構(gòu)造柱[5]。

（1）當(dāng)布置的構(gòu)件和預(yù)留洞口發(fā)生碰撞時，應(yīng)優(yōu)先滿足洞口的預(yù)留，調(diào)整構(gòu)件位置。

（2）當(dāng)過梁和圈梁上下位置不大于200 mm時，可以調(diào)整圈梁位置至過梁處，替代過梁。

（3）當(dāng)過梁靠近構(gòu)造柱時，就不再使用預(yù)制過梁。可在構(gòu)造柱中插入過梁鋼筋，采用現(xiàn)澆方式統(tǒng)一施工。

4.5 排磚模型深化

根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行精細(xì)排磚，設(shè)置砌塊的材料類型、尺寸、灰縫寬度、錯縫長度、導(dǎo)墻高度、斜磚角度信息，一鍵生成精細(xì)排磚圖;如果有貫穿接縫，手動調(diào)整砌塊尺寸。

排磚時，砌塊上、下皮的豎縫應(yīng)錯開，相鄰砌塊的橫縫應(yīng)錯開;如需切磚，磚長應(yīng)大于1/3且不小于200 mm;在施工規(guī)范允許的范圍內(nèi)，圈梁高度可稍作調(diào)整，以保證整體磚砌體效果。砌體下部用規(guī)格為170 mm×115 mm×53 mm的小磚作為導(dǎo)墻，調(diào)整墻體砌塊尺寸，保證整磚砌筑。導(dǎo)墻砌筑的皮數(shù)根據(jù)需要設(shè)定。

4.6 拉墻筋模型深化

依據(jù)深化的砌體排磚圖，深化拉墻筋的位置，并對上部斜磚、過梁、構(gòu)造柱、下部導(dǎo)墻磚進(jìn)行詳細(xì)位置尺寸標(biāo)注[6]。

4.7 碰撞檢測

（1）將結(jié)構(gòu)模型與建筑模型相連接，復(fù)核標(biāo)高，運(yùn)行軟件的碰撞檢查功能，找出碰撞部位進(jìn)行最佳切割，保證墻體的整體輪廓，消除墻體與梁柱之間的沖突部位。

（2）將機(jī)電模型鏈接到建筑模型中，在碰撞部位的砌體中開具預(yù)留洞口。

（3）將機(jī)電模型鏈接入結(jié)構(gòu)模型，調(diào)整碰撞部位的機(jī)電管線位置及標(biāo)高，以確保機(jī)電管線不會與橫梁和立柱發(fā)生沖突。

4.8 出圖

優(yōu)化完成后的二次結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口BIM模型進(jìn)行標(biāo)注、出圖平面圖和剖面圖，由建設(shè)方、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理、總包四方簽字確認(rèn)（圖3）。標(biāo)注時，根據(jù)軟件功能，可選擇列表標(biāo)注法和原位標(biāo)注法;推薦采用原位標(biāo)注法。

4.9 砌筑施工

（1）根據(jù)BIM模型導(dǎo)出的墻位置圖、墻磚布置圖進(jìn)行定位放線，現(xiàn)場放樣第一個皮砌塊的軸線、砌體邊沿、洞口線。

（2）根據(jù)BIM模型導(dǎo)出的墻磚布置圖，構(gòu)件植筋，構(gòu)造柱、圈梁、拉墻筋位置現(xiàn)場放樣，完成墻體植筋和構(gòu)造柱鋼筋幫扎。

（3）根據(jù)墻磚砌筑圖的編號，找到切好的砌塊，進(jìn)行砌筑。施工過程中，管理人員進(jìn)行檢查，確保砌墻情況與砌磚圖一致[7]。

5 預(yù)留洞口工程量統(tǒng)計(jì)與造價分析

（1）根據(jù)機(jī)電設(shè)備及管線預(yù)留洞口BIM模型，導(dǎo)出預(yù)留洞口明細(xì)表（表1）。

（2）根據(jù)導(dǎo)出的預(yù)留洞口明細(xì)表，進(jìn)行分類匯總（表2）。

（3）依據(jù)統(tǒng)計(jì)出的節(jié)省工程量，套入《陜西省建筑工程消耗量定額》，初步核算節(jié)省費(fèi)用約15.9萬元，節(jié)約工期13 d。砌體預(yù)留洞口造價分析表（表3）。

6 結(jié)束語

（1）繪制BIM模型的過程，就是圖紙會審的過程，發(fā)現(xiàn)了圖紙中的錯漏碰缺，將圖紙問題前置解決，節(jié)省圖紙會審時間30 %以上。

（2）建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)之間的模型碰撞，優(yōu)化碰撞位置，提前解決影響砌體施工質(zhì)量的問題，完成砌體位置和預(yù)留洞的深化設(shè)計(jì)，大大提高應(yīng)用過程中的工作效率[8]。

（3）現(xiàn)場設(shè)置獨(dú)立區(qū)域集中加工，加工效率明顯提高，砌塊可以統(tǒng)籌利用，降低材料損耗率，減少現(xiàn)場分散切割產(chǎn)生的大量垃圾，場內(nèi)二次搬運(yùn)費(fèi)用明顯降低。

（4）材料運(yùn)至現(xiàn)場直接上墻砌筑，不需要很大的堆放場地，現(xiàn)場環(huán)境干凈整潔。氣割設(shè)備安放在封閉的加工棚內(nèi)，有效抑制揚(yáng)塵污染，降低噪聲，施工現(xiàn)場更加環(huán)保。

參考文獻(xiàn)

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