BIM技術(shù)在大型建筑機電安裝中的應(yīng)用研究

□ 代端明 孔祥剛 龐毅玲

1 引言

機電安裝是房屋建筑工程的重要組成部分。為減少施工工期、確保工程質(zhì)量和提升工程效益，近年來國外機電安裝工程中已經(jīng)廣泛應(yīng)用BIM技術(shù)。我國對BIM技術(shù)的應(yīng)用也日趨成熟，建設(shè)方和施工方不斷將BIM技術(shù)應(yīng)用于大型建筑物和超高建筑物的施工管理中，提高了施工管理水平。

2 項目概況

項目位于南寧市青秀區(qū)云景路以南、高坡嶺路以東。項目規(guī)劃總用地面積為16716m2，總建筑面積為111809m2，其中：1棟29F的酒店，建筑面積為33928m2；1棟24F的商務(wù)辦公樓，建筑面積為35866m2；1棟5層商業(yè)裙樓建筑面積5168m2。酒店和商務(wù)辦公樓建筑屋面高度為119.85m，5層商業(yè)裙房建筑屋面高度為23.82m，整體設(shè)3層地下室，地下室建筑面積為32484m2[1]。

項目地下室設(shè)備房較多，給排水、暖通、電氣和消防等各專業(yè)管線密集。由于地下室管線體量較大，管線錯綜復(fù)雜，極易發(fā)生“錯、漏、碰、缺”等問題。為確保施工質(zhì)量和工期，項目部決定應(yīng)用BIM技術(shù)，通過BIM建模優(yōu)化設(shè)計方案，對復(fù)雜節(jié)點進行深化設(shè)計，同時對施工管理人員和技術(shù)工人進行可視化的技術(shù)交底。

3 BIM實施流程

為了使BIM技術(shù)應(yīng)用順利實施，項目組制定了BIM技術(shù)應(yīng)用實施的詳細流程圖，詳見圖1所示。

圖1 BIM實施流程圖

4 模型創(chuàng)建

4.1 模型創(chuàng)建準(zhǔn)備

4.1.1 項目圖紙梳理

主要檢查土建的層高、梁高、面積、防火分區(qū)以及機電專業(yè)各專業(yè)管線系統(tǒng)、管道配置、管徑等基本情況，便于項目實施、應(yīng)用。

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)、樣板制定

（1）模型精度控制。若BIM模型建模精細度過粗則無法包含全部信息，信息表達上就會有所欠缺，而太細的模型可能會使信息量過大，導(dǎo)致信息復(fù)雜甚至冗余，造成延遲交付。目前，基于本項目的管理目的，建模精細度級別設(shè)定為LOD300。

（2）模型編碼和格式設(shè)定。建筑信息模型及其交付物文件命名需要確保信息的可讀性和管理的有效性，因此，需要對模型進行編碼，本項目的編碼規(guī)則按圖2制定。

圖2 編碼規(guī)則

（3）坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)定。無論是各專業(yè)CAD圖紙鏈接到Revit中建模還是直接在Revit中建立軸網(wǎng)，所有模型的相對坐標(biāo)必須一致，否則在形成中心文件的時候會出現(xiàn)與專業(yè)模型不吻合的現(xiàn)象。本項目在鏈接CAD圖紙或者三維圖形時，將坐標(biāo)點的設(shè)定選為默認坐標(biāo)，這樣可以確保各專業(yè)模型坐標(biāo)的一致性。

4.2 項目交底

（1）交底項目基本情況。熟悉土建專業(yè)基本情況，如主要功能、層高情況、梁高情況、機房分布；熟悉機電專業(yè)基本情況，如各個專業(yè)主管線管徑、各個專業(yè)管線放置高度、防火分區(qū)等。

（2）交底初版模型創(chuàng)建注意事項及建模過程中易遺漏的地方。

（3）交底時間節(jié)點。根據(jù)項目策劃中時間節(jié)點與項目組成員交底各個階段成果提交的時間節(jié)點。

4.3 機電專業(yè)模型創(chuàng)建

模型創(chuàng)建階段主要是根據(jù)專業(yè)圖紙，完成給建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通專業(yè)初級模型創(chuàng)建。

4.3.1 BIM機電建模流程

首先將CAD二維施工圖分專業(yè)載入Revit三維建模軟件中手動設(shè)置管線類型和標(biāo)高建立三維管線模型，對于非通用的管線接頭可以通過建立族來實現(xiàn)，不同專業(yè)的管線運用不同顏色區(qū)分管線的類型。再利用三維管線模型可以較好地展現(xiàn)各專業(yè)管線的位置、標(biāo)高、坡度、管道型材信息等，反映近于真實狀態(tài)的影像，將Revit模型導(dǎo)入Navisworks軟件進行模型輕量化處理，并利用其可視化的特點，高效地檢查各專業(yè)管線的凈高和碰撞情況，既有助于設(shè)計人員和施工人員理解圖紙和模型，也為優(yōu)化管線設(shè)計和排布做準(zhǔn)備。BIM機電建模流程圖如圖3所示，地下室BIM機電模型如圖4所示。

圖3 BIM機電建模流程圖

圖4 地下室BIM機電模型

表1 重點區(qū)域機電管線核查要點

4.3.2 BIM機電模型核查要點

BIM模型建好后，需要重點核查地下車庫、公共走廊等區(qū)域管線排布情況，如表1所示。

4.4 圖紙會審

借助BIM模型輔助圖紙會審。在BIM模型中可以直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的“錯、漏、碰、缺”等問題，并形成問題統(tǒng)計表及時向業(yè)主和設(shè)計方反饋。對施工圖紙存在的問題在施工前解決，降低返工成本。本項目通過將模型導(dǎo)入Navisworks或Fuzor中給模型輕量化，并通過Navisworks查找了所有符合碰撞條件的碰撞點，生成碰撞報告，本項目共查出碰撞點482處，其中管線綜合發(fā)生的碰撞378處。具體操作如下：

4.4.1 判斷標(biāo)準(zhǔn)

（1）管道并排敷設(shè)時，因為要考慮管道安裝、檢修等要求，兩者之間必須有一定的間距。不同類型的管道最小水平間距和最小垂直間距按規(guī)范要求應(yīng)滿足表2要求，否則認定為碰撞點。

表2 管道最小水平間距和最小垂直間距

（2）在該項目的地下室中，當(dāng)水管、電纜橋架、風(fēng)管在梁底下交叉時，在保留必要的安全間距后，凈空高度小于2.2m時，則判斷為管道碰撞。

4.4.2 操作流程

管線碰撞檢查的操作流程如圖5所示，檢查完后，需將Navisworks軟件中形成的碰撞報告回輸?shù)絉evit中進行修改，修改完成后再次碰撞檢查，這是一個反復(fù)循環(huán)的過程，直到不再出現(xiàn)碰撞點和凈高問題才是碰撞檢查結(jié)束。最后，從Revit中繪制完成最終的施工圖紙，并提交設(shè)計方審核出圖。

圖5 管線碰撞檢查的操作流程

5 深化設(shè)計

5.1 方案的制訂和確認

機電管線深化設(shè)計主要考慮以下幾個方面：

（1）比較管綜方案的優(yōu)勢和劣勢：優(yōu)勢從省工省材、管線美觀角度考慮；劣勢從施工難度大、耗費材料大、檢修空間、美觀、規(guī)范等方面斟酌。

（2）管綜平面排布情況，確認平面排布的合理性。

5.2 復(fù)雜節(jié)點深化設(shè)計

管綜深化設(shè)計是機電應(yīng)用的核心內(nèi)容，在優(yōu)化過程中需注意內(nèi)部協(xié)同配合，外部及時溝通，并結(jié)合機電安裝“強條規(guī)范”等方面進行考慮。本項目在建模的過程中，先對公共走廊按照規(guī)范和實際要求進行了深化設(shè)計，并形成大樣圖紙，再在施工前現(xiàn)場提前預(yù)制，以達到節(jié)約工期的目的。

復(fù)雜節(jié)點深化設(shè)計的步驟為：第一，各專業(yè)圖紙疊加；第二，找出管線碰撞點；第三，調(diào)整管線布置位置消除碰撞；第四，檢查管道布置是否符合施工質(zhì)量驗收規(guī)范要求；第五，繪制綜合布置圖；第六，業(yè)主確認，第七，施工。具體做法如下：

（1）按碰撞標(biāo)準(zhǔn)通過在各專業(yè)模型碰撞點中找出復(fù)雜節(jié)點的碰撞點進行深化設(shè)計。機電管線碰撞遇到復(fù)雜節(jié)點時，管線的優(yōu)化可以這樣進行：

第一，先確定設(shè)備位置和設(shè)備進出口位置；

第二，管道的排布應(yīng)盡量走梁底，與設(shè)備進出口位置要能緊密連接；

第三，確定設(shè)備、管道、儀表、閥門等的中心定位，并使之朝向一致，閥門要操作方便；

第四，所有管線應(yīng)橫平豎直，盡可能靠近墻、梁集中合理布設(shè)，以便于維護。

（2）根據(jù)以上原則，將制冷機房深化設(shè)計剖面圖應(yīng)用BIM技術(shù)畫出三維布置圖，并檢驗設(shè)備、管線及各種儀表、閥門布置是否合理。

（3）形成深化設(shè)計圖，如圖6所示，看圖指導(dǎo)施工。

6 模型應(yīng)用

6.1 施工技術(shù)交底

在基于完成模型的基礎(chǔ)上，用Navisworks軟件檢查和調(diào)整的NWD模型，結(jié)合圖紙、圖片、問題答復(fù)報告、方案修改思路、文本、仿真三維管線模型等進行信息查驗和技術(shù)交底。

6.1.1 利用虛擬樣板進行技術(shù)交底

利用BIM技術(shù)建立虛擬樣板模型，并將施工工藝、施工規(guī)范要求等信息植入模型中，在現(xiàn)場只需掃二維碼，即可顯示樣板的詳細信息。通過虛擬與實體樣板相互結(jié)合，在節(jié)省費用的同時提高了技術(shù)交底效果和便利性。

6.1.2 利用三維模型進行技術(shù)交底

利用優(yōu)化布管后的機電模型進行三維技術(shù)交底，便于信息的準(zhǔn)確傳遞與表達，特別是對于管線排布復(fù)雜部位[2]。通過利用三維模型漫游功能，對管線排布復(fù)雜的部位進行可視化漫游，讓施工人員“身臨其境”，做到對管線的排布了如指掌。對傳統(tǒng)的分部分項工程的施工工藝、施工工序進行可視化交底，使施工人員更明確該分部分項工程的施工工藝和工序。

圖6 機電管線布置深化設(shè)計圖

6.1.3 利用虛擬動畫進行技術(shù)交底

利用BIM技術(shù)將施工重難點區(qū)域的專業(yè)施工工藝制作成施工動畫，使技術(shù)工人對復(fù)雜的施工技術(shù)更容易掌握，較好地完成專項施工方案的技術(shù)交底。經(jīng)過模型交底，有效輔助現(xiàn)場管線安裝的順利進行。

6.2 項目實施

項目實施過程中進行難點或特殊區(qū)域跟蹤配合，核查是否按圖施工，必要時進行駐場跟蹤服務(wù)。

6.2.1 施工模擬

根據(jù)現(xiàn)場的施工作業(yè)進度和不同的施工階段，合理布置庫房、材料區(qū)、加工區(qū)等施工場地，優(yōu)化施工現(xiàn)場平面圖，保障施工道路的暢通，避免材料的二次搬運，臨設(shè)的二次投入。利用場部模型的規(guī)劃內(nèi)容，制作現(xiàn)場實施CAD平面圖和實施方案，提高管理協(xié)調(diào)效率。

模型完成后對施工過程中的施工設(shè)備和將來投入使用的永久性機電設(shè)備進行統(tǒng)計，精確確定設(shè)備的外形和尺寸，以及設(shè)備進入或撤出建筑物的通道路徑，并通過Navisworks軟件在模型中按照計劃路徑進行虛擬查錯。對于施工現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)施工縫或者其他不可預(yù)留孔洞的情況，可根據(jù)模型提前調(diào)整施工次序、計劃路徑，或調(diào)整設(shè)備進出場時間點，確保設(shè)備有計劃地進出場，防止施工過程中拆改；對于無法購買的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件可在現(xiàn)場提前預(yù)制，提前制訂解決方案。

6.2.2 預(yù)留洞圖

根據(jù)優(yōu)化后的BIM模型，出具精準(zhǔn)的主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)預(yù)留洞圖，預(yù)留洞圖應(yīng)標(biāo)注清晰的尺寸、標(biāo)高及標(biāo)注方式。

6.2.3 制訂下料計劃

完成三維模型并進行優(yōu)化設(shè)計后，在Revit中按進度提取工程量，自動生成明細表，完成準(zhǔn)確的下料計劃。

下料計劃制訂的步驟為：第一，分專業(yè)分樓層建模；第二，按專業(yè)合模；第三，各專業(yè)鏈接形成中心文件；第四，碰撞檢查及優(yōu)化；第五，在Revit分專業(yè)分樓層在項目瀏覽器中生成明細表；第六，Revit按專業(yè)生成總的明細表；第七，生成下料計劃。

7 結(jié)語

項目采用BIM技術(shù)后，取得了較好的經(jīng)濟效益。通過BIM技術(shù)模擬管線的真實排布情況，提前優(yōu)化管線的碰撞，充分利用地下室頂部空間正確合理地進行各專業(yè)構(gòu)件的布置，使得管線安裝整齊、規(guī)范和緊湊。同時，減少了返工，縮短了工期，提升了機電施工的質(zhì)量與水準(zhǔn)，對于建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的作用和深遠的影響。