裝配式建筑機電安裝工程中BIM技術的應用

汪海龍，潘鵬，田瑞野，李明飛

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 裝配式機電與BIM技術

1.1 BIM技術

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）不僅是一種新的思維方式的體現(xiàn)，更是一種重要的技術模式。這一概念由美國學者Chuck Eastman提出。在國內學術界中，普遍的BIM概念為“全壽命期工程以及與組成部分的數(shù)字化表達，具體又體現(xiàn)為工程的物理特征、管理要素等”。目前，我國建筑業(yè)正在飛速發(fā)展中，從2002年開始，建筑行業(yè)正式引入BIM理念和技術。現(xiàn)階段，國內的BIM技術基本以設計單位為主，遠遠落后于歐美發(fā)達國家的發(fā)展程度，總體而言，我國建筑行業(yè)中的BIM技術仍然處于起步時期。

在BIM技術的影響下，建筑工程任何一個階段的信息搜集都變得暢通無阻，且BIM技術能全面分析建筑的性能，提升經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。BIM在機電安裝中通過充分發(fā)揮可視性、模擬性、協(xié)調性的特點，集中解決管線互相交叉的問題，優(yōu)化空間布局，切實提高施工的質量。

1.2 裝配式機電

裝配式機電主要步驟為：①設計三維模型；②將風管圖紙、水管圖紙等各類圖紙模型送入工廠展開預制化加工；③送至現(xiàn)場展開組裝。裝配式機電的特點在于獨立性較強，確定建筑物方案后結構體系隨即確定。影響空間的因素非常多，如機電管道、設備等。機電損耗在整個建筑壽命中占比可達70%。工程的品質由機電設計的優(yōu)劣和安裝的具體質量共同決定。

1.3 裝配式機電采用BIM技術的必要性

BIM作為前沿技術，其構建的基礎主要體現(xiàn)在高科技技術和裝配式建筑設計兩個方面。不僅建筑項目數(shù)據(jù)非常齊備，而且信息完整，充分展現(xiàn)出共享性和關聯(lián)性。從具體實踐中能夠看出，在裝配式建筑的任何一個環(huán)節(jié)，如設計、施工等都離不開BIM技術。BIM的應用不僅將信息技術的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致，而且充分展現(xiàn)了智能化的發(fā)展趨向。

BIM技術的應用增強了建筑業(yè)的集成化力度，在提升工程生命周期效率的同時，可降低成本。BIM技術能夠助力樓宇自動化系統(tǒng)管控建筑，切實提升建筑管理水準，降低設備故障率，確保人員處于安全施工狀態(tài)，減少維護費用與運營成本。

2 項目概況

為了加快建筑工程建設的速度，需要不斷縮短建筑機房管道安裝施工工期，這使管道工廠化預制和成套生產(chǎn)線生產(chǎn)顯得非常重要。管道工廠化預制和管段現(xiàn)場快速組裝以施工周期短、勞動生產(chǎn)率高、焊接合格率高的優(yōu)勢，越來越受到行業(yè)重視。以某機房管道裝配式施工為例，對BIM裝配式施工進行了研究。

3 機房BIM裝配式施工

3.1 現(xiàn)場結構測量

考慮到機房主體結構施工完畢后現(xiàn)場測量難度較大，采用BIM放樣測量機器人進行現(xiàn)場結構的實際測量（見圖1），并將實測數(shù)據(jù)與BIM模型數(shù)據(jù)進行精確對比，根據(jù)差值調整BIM模型，為機電管線預制加工、裝配化施工提供保障，確保可靠性、準確性、可行性。測量前，在機房中心位置設置基準點，此基準點與待建立的三維數(shù)字模型相對應，使模型與現(xiàn)場實際保持一致。

圖1 BIM放樣測量機器測量原理

3.2 確定設備接口及尺寸

在繪制機房管道高精度三維數(shù)字模型前，需要對接設備廠家，確定各設備的接口及尺寸，將各設備的接口位置及接口尺寸如實反映在模型中，使裝配式施工管道預制成為可能。在繪制管線模型前，根據(jù)國家標準規(guī)范確定各管件的尺寸，在實際的三維數(shù)字模型繪制過程中將構件尺寸1∶1反映在模型中。

3.3 高精度優(yōu)化BIM模型建立

3.3.1 設備族文件建立

根據(jù)設備廠家提供的設備大樣完成各設備BIM族文件的繪制。各類設備管件、附件BIM精細化模型如圖2所示。

圖2 各類設備管件、附件BIM精細化模型圖

3.3.2 管線模型建立及優(yōu)化

在繪制管線模型前，對機房系統(tǒng)原理圖及原始施工示意圖進行核對，在充分理解設計意圖的基礎上，根據(jù)現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)及管線原理圖繪制管線模型，同時，考慮好與其他專業(yè)管線間的間距，以防各管線相互干涉。初步繪制完成的BIM三維模型如圖3所示。

圖3 繪制完成模型圖

管線模型初步繪制完成后，開始對整體模型進行二次優(yōu)化布置，主要優(yōu)化內容為調換設備安裝位置、調整管道走向、調整管附件安裝位置，以滿足管道組裝、設備檢修、運營維護的要求。同時，綜合考慮施工材料用量。優(yōu)化前后的施工模型如圖4所示。

圖4 優(yōu)化前后的BIM模型圖

在優(yōu)化完的BIM模型基礎上進行支吊架系統(tǒng)布置。裝配式施工模型在支吊架設置上采用可拆卸的裝配式支吊架。

3.4 預加工管段劃分

根據(jù)優(yōu)化完成的施工模型劃分各系統(tǒng)回路，對各系統(tǒng)回路預制管段進行編號。在預加工管段劃分中，合理考慮管段預加工的可行性、運輸包裝的便利性與現(xiàn)場組裝的快速性。

預加工管段的確定及分解是整個預加工的第一步，對預加工能否成功至關重要。通過管道分段實現(xiàn)預加工和安裝的分離，使管道預加工成為一項獨立的工作。根據(jù)繪制完成的BIM三維模型及對預加工管道系統(tǒng)的劃分，導出二維施工詳圖，方便管道預加工工廠對各管道進行加工。

劃分預加工管段的標準是工廠可預加工、中間易運輸、現(xiàn)場易安裝。結合此標準，劃分預加工管段要遵循以下原則：考慮到成本和預加工工廠設備的限制，預加工管道尺寸范圍為DN100mm～DN400mm，管道長度不超過6m；分段時應保證X、Y、Z方向上至少分別預留1～2段可調管段；焊接要求高，需要探傷的管道盡量預制；同等條件下應盡量考慮預制立管，減少橫縫；考慮到設備口法蘭孔方向未知，設備口配管預制時，只組對法蘭+直管段，不附帶彎頭及其他管件；劃分管道預制長度時考慮原材料的規(guī)格長度，盡量減少廢料，減少焊口；結合運輸和吊裝的實際情況，預制部分總長不超過8m。

3.5 管道管件預制加工

3.5.1 預制材料準備

根據(jù)繪制完成的模型，編制好材料計劃清單，并根據(jù)材料清單核對管材的材質、規(guī)格、尺寸等是否滿足清單要求。同時，提前準備好管段制作圖，管段制作圖由BIM軟件直接導出，并標注好相關參數(shù)尺寸。

3.5.2 劃線、下料切割

根據(jù)管段制作圖在待下料管道上標注好管道切割線。標注切割線時，應考慮管道切割縫寬，保證切割后的管道尺寸滿足清單計劃要求。在切割方式上，鍍鋅鋼管及無縫鋼管采用無齒鋸、切管機進行下料切割；不銹鋼鋼管可采用等離子或機械方式進行切割下料。管道下料完成后，將清單上的管段編號標注在管段上。管道切割完成后核對檢查切口質量，保證切口表面平整、無其他缺陷，用直角尺檢查管段切口平面與管段軸線的垂直度，保證切面與管段軸線的傾斜偏差能滿足管段焊接完成后整體直線度。

3.5.3 焊管坡口、附件孔洞加工及檢查

對于焊管坡口，一般采用專用的坡口機進行加工，坡口加工完后檢查尺寸、角度及表面質量，保證加工完的坡口滿足焊接工藝要求。坡口及制孔檢查合格后可進入管段組對工序。根據(jù)繪制完成的模型及管段制作圖進行管段上附件制孔位置標識，制孔采用專用的開孔機開孔，制孔完畢后檢查開孔質量，制孔尺寸應滿足管道附件安裝要求。

4 結語

綜上，在裝配式建筑中，機電安裝是不可或缺的重要部分。建筑壽命與機電安裝的關系息息相關。將BIM技術引入機電管線中，不僅能夠增強裝配式建筑的安裝質量，而且能夠提高工程的安全績效。