BIM技術(shù)在裝配式建筑機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用
——以前灘·三湘印象名邸項目為例

王忠園

（上海湘盛置業(yè)發(fā)展有限公司，上海 200126）

0 引言

傳統(tǒng)的施工管線都是在各自的專業(yè)圖紙中繪制出來，施工中各專業(yè)班組人員按照各自的施工圖紙進(jìn)行施工，先施工先得利，等后面專業(yè)施工時發(fā)現(xiàn)管道、管線、配件或設(shè)備無法安裝，需要進(jìn)行設(shè)計變更，則需將原先的施工拆除，導(dǎo)致增加造價，同時施工工期也被拖延；利用BIM技術(shù)對各專業(yè)管道、管線及設(shè)備等進(jìn)行綜合設(shè)計、三維建模，能夠直觀地獲得相關(guān)管線、設(shè)備的信息，碰撞、預(yù)留預(yù)埋問題也隨之解決，有效造價節(jié)約、縮短工期。

1 工程概況

三湘印象名邸項目位于上海市浦東新區(qū)前灘九宮格區(qū)域，東至芋秋路、北至前灘大道、西至桐晚路、南至?xí)詴?。本項目包?～9號樓及地下車庫；1～6號樓為精裝修住宅，7號樓為公共租賃保障性住房，8～9號樓為配套用房；項目占地面積13965.3m2，總建筑面積53799.86m2。1～7號樓為預(yù)制裝配式住宅，預(yù)制裝配率為25%，外墻采用預(yù)制墻體或疊合墻體的面積不低于50%。

本項目利用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)施工，對住宅戶內(nèi)、地下車庫建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電進(jìn)行專業(yè)建模，所有生活消防給水、排污、空調(diào)通風(fēng)、強(qiáng)弱電橋架等各類機(jī)電管線，均結(jié)合原設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，各機(jī)電管線與建筑結(jié)構(gòu)的沖突和碰撞，均做了局部翻繞或偏移處理，綜合管線方案局部調(diào)整了管路標(biāo)高，有效地解決PC預(yù)留洞、戶內(nèi)與地下車庫的高凈空及管線碰撞等問題，大大減少了施工中的設(shè)計變更及簽證，對地下車庫綜合管線的施工起到指導(dǎo)性作用。本項目運(yùn)用Revit、Navisworks軟件。

2 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）中文為建筑信息模型，是一種新工具。BIM技術(shù)是應(yīng)用于工程項目設(shè)計、施工、管理的一種數(shù)據(jù)化工具，通過模型整合數(shù)據(jù)化和信息化的建筑，在項目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的過程中進(jìn)行共享和傳遞，被定義成有充足信息構(gòu)成以支持生命周期管理，并由計算機(jī)應(yīng)用程序直接解釋的建筑或建筑工程信息模型。借助這個三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項目的相關(guān)利益方提供一個工程信息交換和共享的平臺，使工程設(shè)計人員、施工管理、設(shè)施運(yùn)營等技術(shù)人員能夠?qū)ㄖ母鞣N信息進(jìn)行正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計團(tuán)隊、施工單位、設(shè)施運(yùn)營單位及業(yè)主在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 裝配式建筑BIM模型建立

本項目根據(jù)不同專業(yè)類型、不同設(shè)備、管線的標(biāo)高、管徑尺寸、安裝坡度及管材材質(zhì)等設(shè)置模型的精細(xì)化程度，利用二維CAD施工平面圖建立三維BIM模型，采用REVIT軟件對建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電綜合管線分別進(jìn)行模型建立，再通過Navisworks軟件附加方式打開，達(dá)到BIM模型的整合。本項目6號樓整合后的BIM模型如圖1所示。

圖1 BIM模型

3.2 管線綜合

雖然本項目地下車庫空間大，但是局部空間非常狹小，管道密集；如果排布不合理會導(dǎo)致整個地下車庫管線雜亂無章，影響美觀且無法保證凈空高度，所以需要通過BIM技術(shù)對這些管線進(jìn)行綜合排布，并考慮整體布局，優(yōu)化管線路線及寬高比。在綜合管線過程中不僅要考慮管線綜合模型能夠在施工中切實可行，而且還要使管線布置層次分明、避讓明確，以保障施工人員能夠清晰精準(zhǔn)地接收指令完成機(jī)電管線安裝。因此本項目在管線綜合設(shè)計與施工中遵循如下原則：①橋架：強(qiáng)弱電橋架上下排布間距150，平行敷設(shè)間距300；強(qiáng)電橋架與弱電橋架交叉時，弱電橋架上翻250。橋架與其他設(shè)備管線布置原則按規(guī)范要求布置；②風(fēng)管：無風(fēng)口距離墻或柱300，有風(fēng)口距離墻或柱500；③水管：壓力排水管、加壓給水管、消火栓管、噴淋管管線邊緣距離墻或柱凈距100；消火栓主管、噴淋主管管線邊緣水平間距150；穿人防區(qū)域消火栓管、噴淋管、給水管按施工圖穿墻套管預(yù)留；④管道閥門：閥門本體高度及橋架與其他管道交叉上翻的水平空間距離要求400mm；根據(jù)不同的規(guī)格的閥門留相應(yīng)的尺寸要求。在局部無法滿足上述要求時，則采取單獨討論確定妥協(xié)原則：①橋架：強(qiáng)弱電橋架平行敷設(shè)間距減至100；②風(fēng)管：風(fēng)管距墻（柱）間距減至100；③水管：消火栓主管、噴淋主管管線邊緣水平間距減至100；并且保證同類管線集中一處支架，確保不同專業(yè)之間的交叉作業(yè)能夠順利進(jìn)行。在考慮管道配件的安裝尺寸、閥門形式、尤其是人防門吊耳高度等要求下確保管線綜合滿足施工安裝間距、閥門操作空間、檢修空間、各專業(yè)安裝工序等要求。此外，在現(xiàn)場施工前對工人進(jìn)行管線排布原則交底，對于機(jī)房出口處等管線復(fù)雜而密集處，張貼管綜剖面圖紙，并輔以全景圖二維碼指導(dǎo)施工，避免因管線復(fù)雜，平面圖紙難以表達(dá)而出現(xiàn)返工等情況。地下車庫管線綜合平面及剖面如圖2所示。

圖2 管綜剖面

3.3 碰撞檢測

利用Navisworks軟件將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線綜合模型進(jìn)行整合后，可以實現(xiàn)實時對各專業(yè)設(shè)計進(jìn)行靜態(tài)空間的碰撞檢測分析，查找出原始設(shè)計缺失，針對BIM模型所檢測出的設(shè)計缺失，利用三維模型協(xié)同設(shè)計，自動在二維施工圖紙中對原有設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。本項目發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)沖突95處，機(jī)電沖突26處。

3.4 裝配式建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)留洞與預(yù)埋細(xì)化

通過BIM碰撞檢測、管線綜合優(yōu)化，對戶內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)層裝配式套管預(yù)留、電氣管線預(yù)留預(yù)埋、地下車庫結(jié)構(gòu)穿梁及外墻留洞的進(jìn)行細(xì)化。

常規(guī)項目中往往到了機(jī)電管線安裝時才發(fā)現(xiàn)剪力墻或梁上預(yù)留套管缺失，通常都采取后期開洞來補(bǔ)救；但由于施工人員技術(shù)能力低下且個別素質(zhì)較低，有的在開洞口過程中不注意避開梁筋或主筋，直接梁上開洞，破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。而PC裝配式構(gòu)件在加工廠成型后禁止任意開洞、開槽，所有管線預(yù)埋、洞口預(yù)留都必須在構(gòu)件加工過程中一并完成，所以就要求所有預(yù)留預(yù)埋的管線、線盒、預(yù)留管洞在PC裝配式構(gòu)件的施工圖紙中全部準(zhǔn)確地體現(xiàn)出來，便于PC生產(chǎn)廠家精準(zhǔn)的加工生產(chǎn)構(gòu)件。本項目中的空氣處理系統(tǒng)、異常復(fù)雜，熱交換管道比常規(guī)要多，所以在裝配式體系建筑下發(fā)生了很多預(yù)留預(yù)埋的問題。新風(fēng)、冷媒、熱交換管道會經(jīng)由PC構(gòu)件與設(shè)備平臺上的主機(jī)相連，導(dǎo)致大量的預(yù)留預(yù)埋件。通過BIM模型建立，將這些管線、留洞全部體現(xiàn)在PC預(yù)制構(gòu)件模型中，優(yōu)化PC構(gòu)件相對應(yīng)的配筋，保證機(jī)電管線與預(yù)留洞位置一致，避免一些施工浪費(fèi)，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固。

本項目部分預(yù)留預(yù)埋與實際驗證如圖3所示。

圖3 BIM模型預(yù)留預(yù)埋與實際裝配式構(gòu)件預(yù)留預(yù)埋

3.5 提高建筑凈高

本項目利用BIM信息模型結(jié)合建筑、機(jī)電、裝飾一體化對住宅室內(nèi)、地下車庫凈高進(jìn)行分析、提升。綜合考慮各項成本、管線安裝維護(hù)空間等因素，利用BIM技術(shù)對管線進(jìn)行精細(xì)化綜合、優(yōu)化，確定戶內(nèi)及地下車庫整體凈高。

地上部分為最大化利用房屋層高，在不增加成本的基礎(chǔ)上，抬升屋內(nèi)凈高，提高住戶舒適度，所有戶內(nèi)管線（除風(fēng)管外）均考慮穿梁通過，并將管線沿墻邊通行，配合精裝制作高低吊頂。地下部分同樣最大化利用建筑層高，采取過路管線就高，功能管線底平排布，與車道同向的噴淋管、生活給水管排布在與風(fēng)管底標(biāo)高相同、線槽燈一致高度的原則，只進(jìn)行一次綜合支架的安裝，抬升車庫凈高，體現(xiàn)本項目作為豪宅定位的高規(guī)格與高品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。本項目通過BIM模型優(yōu)化凈高，優(yōu)化后住宅吊頂后的凈高：起居室2950mm，臥室與書房在2800～3000mm，地下一層車庫2800mm，地下二層車庫2650mm。

4 BIM技術(shù)在機(jī)電安裝中的難點

4.1 BIM技術(shù)指導(dǎo)管線安裝

本項目地下一層7號公租房前側(cè)機(jī)房位置（T軸交5-6軸），人防設(shè)計院考慮車庫坡道結(jié)構(gòu)受力安全，在平時設(shè)計院設(shè)計的基礎(chǔ)上加了2道結(jié)構(gòu)斜梁，平時設(shè)計院在BIM設(shè)計圖紙中未將2道斜梁在結(jié)構(gòu)模型圖中體現(xiàn)，導(dǎo)致此處管道與斜梁相碰，車庫走道高度不足2.2m，不滿足驗收規(guī)范。施工準(zhǔn)備時，應(yīng)用機(jī)電綜合管線BIM三維模型圖與現(xiàn)場核對，發(fā)現(xiàn)了此問題，及時進(jìn)行二維圖紙修改，再通過三維建模將2道斜梁重新體現(xiàn)在建筑綜合模型中，機(jī)電綜合管線局部調(diào)整排布，將風(fēng)管直角彎改成兩個45°導(dǎo)流彎頭，避開斜梁最低點，橋架改至斜梁的低處布置，消防管道從風(fēng)管與斜梁之間左側(cè)布置，該部位在所有管道安裝完畢后，空間凈高達(dá)到2.22m，滿足交崗驗收規(guī)范要求；此處通過BIM技術(shù)的提前介入，避免機(jī)電安裝的返工與施工簽證，施工工期與造價全部得到控制。

4.2 BIM技術(shù)指導(dǎo)設(shè)備安裝

本項目配備了保障室內(nèi)舒適環(huán)境的各項智能家居系統(tǒng)。每個系統(tǒng)的處理設(shè)備除6～7號房外均安裝在室外設(shè)備間，但設(shè)備間空間有限，尤其是1～3號房2戶共用一個設(shè)備間。但麻雀雖小，五臟俱全，在小空間內(nèi)集成了空調(diào)主機(jī)、新風(fēng)主機(jī)、儲熱水箱、煤氣表、燃?xì)鉄崴骷跋嚓P(guān)設(shè)備的連接管道。對設(shè)備間采取利用BIM技術(shù)針對性建立模型，施工前利用BIM模型多次演練，現(xiàn)場設(shè)備、管線根據(jù)BIM模型逐個定位，發(fā)現(xiàn)水箱高度影響煤氣表安裝空間，將此問題反饋到BIM模型中，根據(jù)現(xiàn)場依據(jù)BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計，將水箱位置向北移，避開煤氣表及新風(fēng)主機(jī)，其余設(shè)備按原設(shè)計布置。本項目通過運(yùn)用BIM技術(shù)使所有設(shè)備合理、有序地布置于設(shè)備間，通過建立設(shè)備及管線模型指導(dǎo)施工，避免重復(fù)返工、工期拖延，工程成本得到有效控制。

5 結(jié)論

本項目充分發(fā)揮BIM技術(shù)在機(jī)電管線安裝中的作用，在施工前、施工中發(fā)現(xiàn)管線交叉、碰撞問題，回歸模型，及時修改圖紙；BIM技術(shù)的三維模型可視化便于現(xiàn)場更加科學(xué)、簡便的管理，大大提高綜合管線的施工質(zhì)量，避免施工中頻繁和無謂的協(xié)調(diào)返工，最終達(dá)到降低成本、縮短工期的目的。但施工中也發(fā)現(xiàn)由于BIM設(shè)計人員對安裝規(guī)范及設(shè)備要求了解不夠，如人防門的吊耳高度未能在BIM中顯現(xiàn)，導(dǎo)致人防門無法正常90°開啟等問題。隨著BIM技術(shù)在項目建筑施工安裝過程中的不斷應(yīng)用及BIM軟件的不斷完善更新，相信這些問題在后續(xù)項目中可得到逐步解決。