高校科研樓BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

李蘋

（汕頭市政府投資項(xiàng)目代建管理中心）

1 項(xiàng)目概況

廣東以色列理工學(xué)院北校區(qū)科研樓，承載著學(xué)院重要的科研功能，包括35間專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和32間功能待定實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室面積約8000m2，35間專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，均需按照科研團(tuán)隊(duì)的要求進(jìn)行設(shè)計與配置，每個實(shí)驗(yàn)室都是獨(dú)一無二的。

由于科研樓實(shí)驗(yàn)室和公共走廊管線十分復(fù)雜，含專項(xiàng)設(shè)計共計達(dá)7個系統(tǒng)，局部走廊管線數(shù)量最多達(dá)29條（含三條截面較大的通風(fēng)系統(tǒng)管道），為在已有建筑結(jié)構(gòu)和管線基礎(chǔ)上解決管線合理排布、保證凈高等問題，在設(shè)計階段就引入了建筑信息模型（BIM）技術(shù)[1]，并在施工階段根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，保證了項(xiàng)目的正常實(shí)施。

2 BIM技術(shù)的實(shí)施情況

BIM作為一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造與管理的數(shù)據(jù)化工具，實(shí)現(xiàn)建筑信息化的交互，如果數(shù)據(jù)齊全、工作深入，不僅能夠在設(shè)計、施工階段提供很大的幫助，更能在建筑后續(xù)維護(hù)工作中發(fā)揮作用，提高運(yùn)維的工作效率[2]。

2.1 工作流程

在設(shè)計階段，BIM團(tuán)隊(duì)就介入工作，首先根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)制定了服務(wù)方案，確定了工作流程，如圖1。

圖1 BIM工作流程圖

多專業(yè)BIM模型搭建完成后，BIM團(tuán)隊(duì)首先針對空間狹窄、管線密集的區(qū)域，進(jìn)行了管線預(yù)排，模擬其可實(shí)施性，并針對性提出了優(yōu)化方案，協(xié)助設(shè)計單位完成了數(shù)次設(shè)計修改。

2.2 出屋面風(fēng)管位置的調(diào)整

已完成的建筑物設(shè)置了多個管道井，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室要求，有多條通風(fēng)管（立管）需要布設(shè)在管道井內(nèi)，從屋面梁板結(jié)構(gòu)伸出屋面。原設(shè)計的風(fēng)管截面尺寸均較大，若按此排布，則多處與天面橫梁碰撞，無法穿過，如圖2、圖3所示。

圖2 1-6交1-7軸的風(fēng)管示意圖

圖3 2-2交2-3軸的風(fēng)管示意圖

針對此問題，在駐場專業(yè)設(shè)計人員的配合下，在三維可視化的環(huán)境下，對八層風(fēng)管的布置方案進(jìn)行局部修改，相應(yīng)調(diào)整水平管的截面尺寸和管道井中數(shù)根立管的位置，這是管線的第一次深化。之后，進(jìn)行全盤管線的施工深化，即管線二次深化。所有管線均在滿足設(shè)計和規(guī)范要求、考慮施工便利性、結(jié)合后期運(yùn)維需求的前提下，在BIM模型中完成了排布和翻轉(zhuǎn)。管線深化BIM模型完成后，BIM團(tuán)隊(duì)從模型中導(dǎo)出各種深化圖，標(biāo)明了每根管線的平面定位和管底標(biāo)高，用于各專業(yè)參照進(jìn)行施工。深化圖包括各系統(tǒng)平面施工指導(dǎo)圖、各實(shí)驗(yàn)室管線綜合圖、走廊管線綜合圖、各實(shí)驗(yàn)室穿墻管線開孔圖等。

2.3 水平管線的布設(shè)調(diào)整

科研樓含專項(xiàng)設(shè)計共計達(dá)7個系統(tǒng)，除常規(guī)的消防、強(qiáng)電、弱電、排水系統(tǒng)，還有純水及冷凍水供應(yīng)系統(tǒng)，空調(diào)、排風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)及變風(fēng)量控制系統(tǒng)，氣體（氮?dú)狻⒀鯕?、燃?xì)獾龋┕?yīng)系統(tǒng)，局部走廊管線數(shù)量最多達(dá)29條。在607實(shí)驗(yàn)室及其附近走廊是整棟科研樓管線最密集的部位，如圖4，在面積約200m2、吊頂要求2.7m的實(shí)驗(yàn)室里存在19條管線。原設(shè)計圖上，有新風(fēng)風(fēng)管（630×400）和恒溫恒濕風(fēng)管（800×400）沿著六樓走廊敷設(shè)，接入607實(shí)驗(yàn)室。該處走廊已有管線最低標(biāo)高只有3.2m，新建吊頂設(shè)計為3.1m，僅考慮上述兩條管道截面尺寸已是無法實(shí)現(xiàn)的。

圖4 走廊原狀

為了滿足設(shè)計對吊頂凈高的要求，BIM團(tuán)隊(duì)把607室內(nèi)和附近走廊的管線排布進(jìn)行整體考慮，來獲取最優(yōu)解決方案。通過BIM模型多次分析與模擬，從管線繁雜的607室中擠出了寶貴的空間，把上述新風(fēng)風(fēng)管和恒溫恒濕風(fēng)管改為從607室內(nèi)排布，立管作相應(yīng)調(diào)整。此深化方案既保證了607室內(nèi)2.7m的吊頂高度，也實(shí)現(xiàn)了走廊3.1m的設(shè)計吊頂凈高要求，如圖5。

圖5 深化圖紙

3 應(yīng)用效果和問題分析

科研樓通過BIM技術(shù)前置，解決了大部分的設(shè)計缺陷，減少了施工過程的遷改和返工。管線的施工深化工作在三維可視化的環(huán)境下，讓各參與方皆可直觀高效地參與進(jìn)來，使深化成果更具合理性與可操作性。在BIM團(tuán)隊(duì)的配合下，各施工班組按照深化圖進(jìn)行施工，基本消除以前復(fù)雜安裝工程中經(jīng)常出現(xiàn)的各系統(tǒng)“打架”、先行施工的工種“搶地盤”、不按深化方案施工、存在大量拆改返工等現(xiàn)象，大大減少了建設(shè)方監(jiān)管、統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)的工作難度。

存在問題：

⑴維修的困難仍然存在。雖然通過BIM優(yōu)化，解決了管道布設(shè)問題，但是，由于在走廊位置的管道仍然有三至四層，而且管道之間的間距較小，日常巡查的視線、視角受到阻礙，無法觀察清楚；同時，如果有管線或者接口出現(xiàn)問題，維修困難較大，可能需要把下層或同層的管道先移除，才能對目標(biāo)管道進(jìn)行維修。

⑵管道位置的調(diào)整可能產(chǎn)生新的問題。由于現(xiàn)有走廊寬度受到限制，部分應(yīng)布設(shè)在走廊的管道調(diào)整到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)布設(shè)，雖然解決了標(biāo)高、管道距離、管道上下層關(guān)系等問題，但可能產(chǎn)生新的問題。即有些管道是不合適在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)行走的，因?yàn)楣艿辣旧淼奶匦运鶝Q定，或者實(shí)驗(yàn)室屬于相對封閉的環(huán)境而不允許其他管道的進(jìn)入，或者造成維護(hù)不便。

如果在建筑方案階段，就讓BIM介入，可以有效地解決上述兩個問題。

4 運(yùn)營維護(hù)的相關(guān)情況

理想狀態(tài)，是通過整個BIM數(shù)字模型，在線監(jiān)控整體實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行狀態(tài)，其中，所有運(yùn)行產(chǎn)品的信息都可以監(jiān)控，包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、風(fēng)量信息、風(fēng)壓信息、各種傳感器的信息，這些都可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線觀察控制開關(guān)，通過建設(shè)中植入的數(shù)據(jù)采集器即時發(fā)現(xiàn)安全隱患并報警[3]。目前，學(xué)校的科研樓交付使用已經(jīng)超過20個月，電鏡實(shí)驗(yàn)室已投入使用，成立了健康與醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程研究中心、機(jī)器人研究中心等科研機(jī)構(gòu)，運(yùn)行效果良好。

在運(yùn)營中還是發(fā)現(xiàn)了不少問題，根據(jù)科研團(tuán)隊(duì)的需求，校方對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面維養(yǎng)、逐一地處理或改造，包括全部實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的第三方檢測、電房新增低頻磁屏蔽系統(tǒng)、新增氣路系統(tǒng)等，此時，已有的BIM模型數(shù)據(jù)就可以發(fā)揮很好的作用。所以，BIM的使用，從設(shè)計、施工一直到運(yùn)營階段，對于高校實(shí)驗(yàn)室，是非常必要和有效的。

5 小結(jié)

理工類科研實(shí)驗(yàn)室，對于實(shí)驗(yàn)室的要求是多方面的，其管道系統(tǒng)具有多樣、交叉、獨(dú)特性，采用BIM技術(shù)可以很好地解決相關(guān)問題。如果在建設(shè)策劃、建筑方案階段，BIM就參與其中，能夠提前處理很多問題。運(yùn)營階段，BIM模型持續(xù)發(fā)揮作用，如果能夠植入數(shù)據(jù)采集器、傳感器等，整個大樓的基本信息都在掌握之中。