基于BIM技術(shù)的酒店安裝工程管線綜合設(shè)計和施工技術(shù)研究應(yīng)用

莊 彬

（汕頭市濠江區(qū)規(guī)劃測繪院 廣東汕頭 515041）

0 引言

在城市現(xiàn)代化的進程中，建筑工程行業(yè)存在著較大的機遇與挑戰(zhàn)［1］。隨著信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展改善了各行各業(yè)的工作效率，其中，基于計算機輔助軟件和3D 可視化技術(shù)實現(xiàn)了各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的模擬呈現(xiàn)形式，改善了依靠手工制圖設(shè)計對基礎(chǔ)信息整合的效率和水平［2］。但是，目前日益增加的建筑設(shè)計需求也帶來了新的問題，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管線空間錯綜等也在日益增加對施工設(shè)計的要求，其中，在工程規(guī)劃設(shè)計階段與施工建設(shè)階段中存在信息差異、協(xié)同管理靈活性低等問題較突出。建筑信息模型（Building Information Modeling），簡稱BIM 技術(shù)，就是通過計算機技術(shù)構(gòu)建的信息整合模型［3］，可以在實際監(jiān)控和精細調(diào)整基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上對工程設(shè)計較精準(zhǔn)的把握?；谀Ｐ偷膭討B(tài)調(diào)整和模擬功能，可以為設(shè)計階段提供較優(yōu)化的方案，也比較合理地兼顧了各階段的施工建設(shè)。

大型商務(wù)酒店主要是為商務(wù)客人服務(wù)的一種服務(wù)設(shè)施更加齊全的酒店［4］。隨著城市建設(shè)和市場經(jīng)濟的發(fā)展，大型商務(wù)酒店的市場需求在不斷增加，為了滿足客戶對酒店的綜合需求，在酒店工程設(shè)計階段的要求也在不斷提高。目前，已有學(xué)者對酒店建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計［5］、管道鋪排［6］和外觀設(shè)計等方面進行研究，通過不同的結(jié)構(gòu)模型方法，在一定程度上優(yōu)化了酒店建筑設(shè)計。同時，也有學(xué)者研究了工程施工建設(shè)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用，在項目協(xié)調(diào)管理［7］、空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［8］以及幕墻施工［9］等方面均取得了較大的進展。本文在結(jié)合學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用BIM 技術(shù)融合不同專業(yè)結(jié)構(gòu)模型［10］，構(gòu)建協(xié)調(diào)管理云平臺，利用三維模擬技術(shù)，更好地滿足了施工設(shè)計的需要，提高了酒店施工建設(shè)的質(zhì)量和效率。

1 工程概況

1.1 項目簡介

濠江某國際酒店總層數(shù)為15 層，包含地下2 層，地上13 層，其中地上首層、2 層為裙房，第3 層為技術(shù)轉(zhuǎn)換層，4～15 層為酒店客房層。總建筑面積為51 992.60 m2，其中，地上總建筑面積為33 533.78 m2，地下總建筑面積為18 458.82 m2。其擁有250 個全海景客房、室內(nèi)恒溫泳池、健身大廳及可容納百桌的大宴會廳等，為區(qū)域帶來國際頂尖服務(wù)。該國際大酒店項目效果如圖1所示。

圖1 酒店項目效果Fig.1 Hotel Project Renderings

1.2 項目重難點及應(yīng)對措施

⑴酒店施工涵蓋了多專業(yè)領(lǐng)域、不同參建方，基于BIM 技術(shù)進行建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、機電模型、場地模型以及幕墻模型進行協(xié)同整合，避免了機電和土建預(yù)留預(yù)埋沖突等問題，提高了施工效率。

⑵酒店地上和地下樓層中機電管線鋪排復(fù)雜，可以基于BIM 技術(shù)施工模型前置，優(yōu)化地上、地下室復(fù)雜區(qū)域、機電管線空間配置，提供最優(yōu)管線排布策劃及相應(yīng)最優(yōu)凈高分析。

⑶大型商務(wù)酒店對功能區(qū)設(shè)計有嚴(yán)格的要求，地下層車位、地上樓層的通行區(qū)域、活動場所以及幕墻設(shè)置等都需要與建筑主體協(xié)同配置，基于虛擬仿真漫游技術(shù)和三維可視化圖紙可以及時進行修改和調(diào)整，按照客戶的需求進行合理的施工設(shè)計。

2 BIM組織與應(yīng)用方案

2.1 BIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

每個環(huán)節(jié)都有BIM 總包控制，負責(zé)各個專業(yè)的BIM 協(xié)調(diào)和統(tǒng)一技術(shù)措施的落實，負責(zé)內(nèi)外信息的傳遞和進度的上報，BIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 BIM System Structure

2.2 BIM應(yīng)用方案

根據(jù)業(yè)主需要勘察現(xiàn)場情況，編制項目設(shè)計藍圖。依據(jù)國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)BIM 標(biāo)準(zhǔn)編制關(guān)于該酒店施工設(shè)計的BIM 模型。通過碰撞檢查協(xié)同各專項設(shè)計模型優(yōu)化模型，在最大程度滿足施工需求的前提下完善模型并協(xié)調(diào)設(shè)計院修改完善設(shè)計圖紙，將完善的信息模型上傳到公共平臺，對項目進行全方位的信息化管理。BIM應(yīng)用方案流程如圖3所示。

圖3 BIM應(yīng)用方案流程Fig.3 BIM Application Scheme Flow Chart

3 BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 機電施工深化設(shè)計

在城市現(xiàn)代化建設(shè)的進程中，大型商業(yè)中心和商務(wù)酒店日益增多，多功能一體化特征顯著，其中，酒店對裝飾效果及建筑設(shè)計特色的要求也在不斷增加，但是為了達到較好的設(shè)計效果，需要不斷壓縮機電管線的安裝空間，因此，為了更好地滿足現(xiàn)代化酒店建設(shè)的需要，就必須進一步優(yōu)化機電管線的空間配置，并且協(xié)調(diào)處理好機電風(fēng)口與裝飾配件等的標(biāo)高設(shè)計位置的矛盾。

3.1.1 管線空間優(yōu)化

施工圖紙中管線沒有細化節(jié)點的標(biāo)高、翻彎等信息，二維平面圖雖有表示管線位置，但難以體現(xiàn)管線在空間上的布置情況，無法精準(zhǔn)指導(dǎo)施工?；贐IM模型構(gòu)建的信息管理平臺，通過三維可視化圖紙可以清晰的看到每根管線的精確定位關(guān)系，通過局部索引可以清晰的查看詳細尺寸、標(biāo)高、翻繞關(guān)系，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。如圖4 所示，通過復(fù)雜區(qū)域的空間三維可視化進行碰撞檢查可以及時糾正圖紙中的錯誤，其中包括建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)調(diào)一致性，坡道出入口、結(jié)構(gòu)升降板區(qū)域等標(biāo)高變化、搭接容易出現(xiàn)問題的部位，機電與土建預(yù)留預(yù)埋沖突以及既定規(guī)則的碰撞檢查等方面。

圖4 樓頂復(fù)雜區(qū)域管線空間優(yōu)化Fig.4 Optimization of Pipeline Space in Complex Area of Roof

通過碰撞檢查，統(tǒng)計分類生成問題報告表，采用圖文結(jié)合的形式直觀的描述問題，便于設(shè)計單位作出相應(yīng)的調(diào)整修改?？梢蕴嵩珙A(yù)警實際施工所遇見的問題，及早修改，可以避免返工等二次施工問題，節(jié)約施工成本，縮短工期。

3.1.2 空間凈高優(yōu)化

在建筑施工中，不可避免的出現(xiàn)了不同專業(yè)設(shè)計管線在同一標(biāo)高位置的沖突，甚至存在同一專業(yè)設(shè)計管線之間的標(biāo)高位置沖突問題。酒店項目機電管線種類多、數(shù)量大，不同梁結(jié)構(gòu)高低交錯，這就需要各專業(yè)管線的相互配合，保證高效安裝。

所有管線綜合排布后，施工圖和設(shè)計圖紙中無法明確凈高要求，難以指導(dǎo)精裝吊頂設(shè)計，也不利于指導(dǎo)機電安裝和驗收。通過對建筑、結(jié)構(gòu)、及配套設(shè)施關(guān)于預(yù)留洞孔，安裝凈高等形成圖紙上的參數(shù)閉環(huán)，復(fù)核各專業(yè)之間疊圖所出現(xiàn)的問題。利用BIM 模型可以快速便捷地對結(jié)構(gòu)、建筑、機電設(shè)備設(shè)計尺寸及空間布置的參數(shù)進行校核，也可以對測量標(biāo)高數(shù)據(jù)進行復(fù)核校準(zhǔn)并通過凈高分析圖以不同顏色對應(yīng)可以達到的凈高來動態(tài)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。如圖5 所示，反映了車位凈高優(yōu)化可以更好地滿足現(xiàn)實需要。

圖5 車位凈高優(yōu)化前后對比Fig.5 Comparison before and after Parking Space Clear Height Optimization

3.2 虛擬仿真漫游

BIM 虛擬仿真漫游技術(shù)，主要是利用漫游動畫的方式實景模擬展示設(shè)計方案的可行性及進一步調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計方案。通過該技術(shù)可以便捷查看建筑物各部位的功能作用、屬性信息，其中包括建筑材質(zhì)、厚度等屬性。目前，很多設(shè)計圖紙基于CAD 輔助軟件，容易出現(xiàn)設(shè)計功能區(qū)不能滿足現(xiàn)實需要的現(xiàn)象，虛擬仿真漫游技術(shù)可以基于碰撞檢查，按照設(shè)計路線實景查看碰撞點并進行調(diào)整和優(yōu)化。在實際應(yīng)用中，可以基于Navisworks 軟件對建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、機電模型、場地模型以及幕墻模型進行碰撞檢查，并基于碰撞點位置報告進行漫游功能的路徑設(shè)置。在設(shè)計階段，還可以通過該功能展示設(shè)計方案的優(yōu)越性，避免了效果圖合成的不真實性，對施工建設(shè)可以較精準(zhǔn)的把控。通過配置相關(guān)漫游動畫視頻為緊急疏散、通行指示有了更直觀的表達，不僅促進了酒店項目建設(shè)主體的有效溝通，而且也為酒店現(xiàn)代化建設(shè)貢獻了力量。如圖6 所示，從地下車庫的虛擬仿真漫游效果圖中可以參與實景體驗，并通過建筑物的屬性信息及功能區(qū)的狀態(tài)及時修改和調(diào)整模型，避免返工等成本浪費的問題。

圖6 虛擬仿真漫游效果Fig.6 Virtual Simulation Roaming Effect

3.3 幕墻節(jié)點推敲深化

目前，很多的幕墻設(shè)計依賴CAD 輔助軟件，BIM建模可以根據(jù)需求參數(shù)，基于三維功能進行拆分板塊并進一步生成加工圖，在每一個板塊中還可以進一步細化節(jié)點圖。對每一個節(jié)點進行不同的優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)按照需求設(shè)計三維模型進行曲面優(yōu)化，方案推敲等功能。通過不斷完善模型，提取構(gòu)件加工信息，精準(zhǔn)對接生產(chǎn)商家，同時，可以滿足依據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)快速修改，有效提取加工圖。對基于模型平臺的幕墻板塊信息進行有效管理，有利于及時查詢到破損等需要修整的幕墻板塊信息，從而制定出合理的修改方案。

依據(jù)BIM 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建幕墻模型，將幕墻的配置構(gòu)件加入模型，與機電模型、建筑模型、結(jié)構(gòu)模型等進行碰撞檢查，從三維結(jié)構(gòu)空間與外觀設(shè)計方面推敲幕墻節(jié)點。如圖7所示，基于BIM模擬技術(shù)，分析幕墻面板與結(jié)構(gòu)體骨架的空間關(guān)系，優(yōu)化定位幕墻構(gòu)件。根據(jù)模型與設(shè)計圖紙生成詳細標(biāo)注的圖紙，實現(xiàn)以設(shè)計藍圖為主，BIM模型從中配合補充空間上的布局，彌補了傳統(tǒng)的“平、立、剖”的局限性，用以指導(dǎo)現(xiàn)場精確施工。

圖7 幕墻三維剖切節(jié)點Fig.7 3D Section Node of Curtain Wall

3.4 基于平臺的項目管理

基于項目方案建立的BIM 模型平臺，可以為開發(fā)商預(yù)算成本，也可以通過不斷調(diào)整模型精準(zhǔn)指導(dǎo)施工建設(shè)，協(xié)同管理整個流程，為各階段提供數(shù)據(jù)信息。其能準(zhǔn)確的統(tǒng)計平面及立面的實際施工量，極大的減少后期量算統(tǒng)計所出現(xiàn)的人為誤差。對各分項分段工程的實際工程量進行準(zhǔn)確的統(tǒng)計，導(dǎo)出清單報表也可以直接運用到相適配的工程造價軟件，提高三維信息化模型的綜合價值。

該平臺實現(xiàn)了動態(tài)、集成及可視化的5D 現(xiàn)場施工管理。利用已建立的BIM 模型及各分區(qū)的工程量統(tǒng)計表、進度計劃相互結(jié)合，在有限的空間上創(chuàng)造更多的施工界面。合理地調(diào)配施工工序、施工持續(xù)的時間、資源的供應(yīng)等，避免各專業(yè)各步驟在工作關(guān)系的沖突，綜合考慮人工、材料、成本的投入與控制，實現(xiàn)質(zhì)量、工期、安全、成本的綜合管理與控制。

BIM 協(xié)同管理平臺在該國際大酒店工程項目中得到了全面應(yīng)用，可以進行模型管理、漫游查看、凈高查看、視點查看、問題追蹤等。如圖8 所示，基于問題追溯等可以最大程度做到了模型數(shù)據(jù)保留，深入挖掘建筑模型的信息價值，形成“數(shù)據(jù)沉淀”，為日后智慧城市構(gòu)建打下堅實基礎(chǔ)。

圖8 BIM問題追溯流程Fig.8 BIM Problem Tracing Flow Chart

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)貫穿于該國際大酒店工程項目的整個生命周期，共發(fā)現(xiàn)包括建筑、結(jié)構(gòu)、機電、幕墻在內(nèi)的355處問題，將問題在施工前規(guī)避掉，提高了后續(xù)的施工效率。在每個階段的應(yīng)用都能提升管理的效率和信息化建設(shè)水平，推動了傳統(tǒng)建筑項目平面施工圖紙向數(shù)字化、三維化轉(zhuǎn)型的應(yīng)用，也提高了施工現(xiàn)場的數(shù)字化運營管理。在今后的BIM 技術(shù)應(yīng)用研究中，將會嘗試結(jié)合裝修專業(yè)構(gòu)建全方位的信息模型，形成具有建筑結(jié)構(gòu)，管綜設(shè)備，裝飾裝修等配套專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化管理，用于在日后酒店開始投入運營后的返修管理及功能的升級改造。BIM 技術(shù)在酒店建設(shè)工程和后期經(jīng)營中的應(yīng)用價值正在不斷被發(fā)掘，這將有利于促進現(xiàn)有生產(chǎn)力方式和管理模式的改變，推動建筑工程朝著信息化、經(jīng)濟化的方向發(fā)展。