基于BIM 的地下車庫機電管線優(yōu)化設(shè)計

張云飛,張朔楠,孫 航,李周浩,賀心怡

(西安培華學(xué)院,陜西 西安 710199)

0 引言

如今,建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)已經(jīng)在發(fā)達國家得以普及,但我國建筑領(lǐng)域?qū)IM 技術(shù)的應(yīng)用僅僅處于初期階段。我國之所以會在建筑領(lǐng)域應(yīng)用BIM 技術(shù),主要是因為以往建筑行業(yè)使用的平面(Two Dimensional,2D)施工圖紙存在比較嚴重的信息流失狀況,建筑工程師之間因圖紙而導(dǎo)致溝通不協(xié)調(diào)。BIM 技術(shù)以三維圖(Three Dimensional,3D)形式展示建筑施工圖紙,工程師能夠根據(jù)BIM 技術(shù)所建立的模型展開詳細討論,達到信息共享和交流的目的。

1 BIM 技術(shù)在地下車庫機電管線方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 地下車庫機電管線應(yīng)用BIM 的優(yōu)勢

為保障出行方便,居民開始大量購置私家車,私家車數(shù)量的增長導(dǎo)致停車位與道路的配比均存在失衡問題。建筑公司開始承接車庫修建項目,尤其是地下車庫的項目承接量越來越大[1]。但是,地下車庫修建需要包含數(shù)量龐大且專業(yè)性極強的各類建筑構(gòu)件,依靠傳統(tǒng)的設(shè)計圖紙無法解決地下車庫修建期間的各項專業(yè)構(gòu)件銜接沖突。為此,需要尋找優(yōu)化地下車庫機電管線的設(shè)計方法,借助先進技術(shù)梳理龐大且復(fù)雜的地下車庫機電管線,讓地下車庫各個環(huán)節(jié)構(gòu)件均能滿足車庫的修建需求。我國經(jīng)濟正從高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展,建筑行業(yè)也需要進入轉(zhuǎn)型狀態(tài),建筑利益相關(guān)方需要加強前期信息溝通并對后期驗收提出更高的質(zhì)量要求[2]。為強化建筑項目管理工作,在建筑施工期間融入BIM 技術(shù),以該種方式降低項目施工中的各項信息溝通錯誤,實現(xiàn)對項目管線的綜合調(diào)整。根據(jù)實踐表明,BIM 技術(shù)能夠在建筑工程項目的全生命周期中產(chǎn)生較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢[3]。而BIM 技術(shù)被運用到機電安裝工程中以后,有效彌補了2D 設(shè)計圖紙中信息表現(xiàn)不足的問題。BIM 技術(shù)能使機電工程的管線設(shè)計更加優(yōu)化,能夠直觀地向負責(zé)的工程師傳遞設(shè)計信息,規(guī)避人力資源或物力資源浪費問題,實現(xiàn)對機電安裝工程的優(yōu)化,能夠強化對機電工程安裝現(xiàn)場的監(jiān)管和控制,有效壓縮機電工程工期[4]?？傮w而言,建筑工程項目中應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠讓原本的二維圖紙變成3D可視化圖紙,讓工程師更加直觀地尋找到管線的具體分布狀態(tài),BIM 模型的建立讓工程師尋找管線密集排布的關(guān)鍵點,尋找連接管線的有效途徑。BIM 技術(shù)讓各個流程的工程師聚集在一起展開交流與討論,避免實際施工階段產(chǎn)生工程沖突問題。

1.2 BIM 技術(shù)在地下車庫機電管線的應(yīng)用中存在的問題

盡管目前BIM 技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)具備較為明顯的發(fā)展優(yōu)勢,獲得建筑行業(yè)專業(yè)人士的肯定。但在落實到具體工程項目中時,BIM 技術(shù)的應(yīng)用依然存在比較明顯的問題:(1)目前在借助BIM 技術(shù)創(chuàng)建模型時呈現(xiàn)出族庫不完整的情況,雖然不少工程都根據(jù)自身所整理的信息數(shù)據(jù)創(chuàng)建族庫,但該種族庫創(chuàng)建與我國建筑行業(yè)的設(shè)計標準呈現(xiàn)明顯不匹配的情況,其中管件類別、機電管道以及機械設(shè)備等族庫均布符合中國建設(shè)標準構(gòu)建的要求[5]。(2)雖然很多建筑工程中都已經(jīng)開始使用BIM 技術(shù),但這些應(yīng)用均以參數(shù)方式呈現(xiàn),在落實到設(shè)計流程、概預(yù)算流程等時,參數(shù)過多反而會影響數(shù)據(jù)修改,導(dǎo)致BIM 軟件中出現(xiàn)信息冗余的問題。(3)盡管在項目設(shè)計中借助BIM 技術(shù)創(chuàng)設(shè)單體構(gòu)筑物模型,但該種模型只適合在第一次參考時作為依據(jù),無法被二次利用,不僅無法設(shè)置項目變量,還容易因模型移動而出現(xiàn)管路連接中斷的問題[6]。

2 BIM 技術(shù)在地下車庫機電管線項目中的優(yōu)化設(shè)計實例

2.1 工程項目概況

本次項目位于北京市,西側(cè)是首鋼工業(yè)遺址,東側(cè)與北辛安西紅線相接,南側(cè)與北辛安一街北紅線,西側(cè)到京門公路東紅線,屬于功能型住宅,總體建筑滿級為125 000 m2,地下建筑為4 層,主要功能包含機動車車庫以及設(shè)備用房。根據(jù)工程項目概況,發(fā)現(xiàn)本次地下車庫機電管線項目施工如下特征:(1)本次項目范圍龐大,涉及的專業(yè)構(gòu)件眾多,原本的2D 圖紙中雖然對管線設(shè)計進行深化,但呈現(xiàn)的設(shè)計深度無法滿足機電管線優(yōu)化要求,且因利益相關(guān)方的需求處于不斷變化狀態(tài),設(shè)計圖紙也要隨時做出調(diào)整。(2)此次地下車庫項目中包含的機電管線分布非常多,且不少施工作業(yè)都處于交叉作業(yè)狀態(tài),安防系統(tǒng)、警報系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備監(jiān)控等都相互穿插,不少預(yù)制構(gòu)件的初步模型都需要碰撞檢查,因此,需要進一步優(yōu)化和梳理設(shè)計圖紙。(3)本次工程項目的工程程序非常復(fù)雜,不僅管線分布比較密集且安裝程序煩瑣。鑒于上述工程特征,本次項目擬定引入BIM 技術(shù)。

2.2 BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 團隊架構(gòu)

由于已經(jīng)確定好需要修建的項目,應(yīng)用BIM 技術(shù)就是要根據(jù)該項目的信息數(shù)據(jù)建立BIM 模型,此時即便是利益相關(guān)方想要根據(jù)自身需求更新項目數(shù)據(jù),也可直接將更新數(shù)據(jù)輸入BIM 軟件,直接重新加載BIM模型。此時為了保障BIM 模型順利更新落實,建筑企業(yè)需要針對BIM 技術(shù)的應(yīng)用制定完整的團隊架構(gòu)。按照BIM 技術(shù)應(yīng)用的實際情況,可將團隊架構(gòu)劃分為機電和土建兩個方面,機電方面包含暖通、給水排水、電氣等專業(yè),而土建則包含了土木工程建筑的各項施工環(huán)節(jié)[7]。此時為了以BIM 技術(shù)來對錯綜復(fù)雜的管線進行梳理,建筑企業(yè)專門設(shè)置BIM 團隊。具體而言,安排一位項目經(jīng)理、一位項目副經(jīng)理、一位BIM 經(jīng)理。其中項目副經(jīng)理下轄土建、機電負責(zé)人,而BIM 經(jīng)理下轄BIM 培訓(xùn)人員、BIM 機電工程師以及BIM 土建工程師。如此安排,處于BIM 技術(shù)條件下的各個專業(yè)負責(zé)人需要各司其職,按照工程項目的需求安排團隊作業(yè)。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用標準

按照項目對BIM 技術(shù)的需求,項目施工流程推進期間,需要制定BIM 技術(shù)的應(yīng)用標準,確保BIM 技術(shù)應(yīng)用能夠嚴格按照標準執(zhí)行。BIM 技術(shù)的標準主要指處于BIM 軟件中的文件目錄和文件命名。因此,在文件目錄設(shè)置方面,需要考慮到項目模型的具體類型,保障文件目錄設(shè)置能夠符合項目需求,在特定的平臺中創(chuàng)建屬于項目模型的文件目錄。具體如圖1 所示。

文件命名也是BIM 技術(shù)應(yīng)用標準的主要內(nèi)容,BIM 技術(shù)呈現(xiàn)的信息化特征非常明顯,但也是因為信息化的特征要求BIM 模型在創(chuàng)建之前需要根據(jù)項目設(shè)計要求創(chuàng)建規(guī)范的命名。例如,在工程量統(tǒng)計方面,需要按照工程前期各個構(gòu)件的實際情況進行嚴格命名。如果該流程命名不規(guī)范,可能在后續(xù)以軟件方式進行工程量統(tǒng)計時會出現(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果不細化的情況,從而影響B(tài)IM 技術(shù)的應(yīng)用效果。因此,需要強調(diào)BIM 命名規(guī)范問題,保障項目后續(xù)信息整理與統(tǒng)計時的結(jié)果更加科學(xué)合理。例如,S-F1-厚800-C4-P 10-筏板基礎(chǔ)-人防,該命名中S 代表的是建筑專業(yè);F1 代表的就是樓層;名稱/尺寸代表的是構(gòu)件的名稱或者是構(gòu)件的尺寸;厚800 就是構(gòu)件的名稱和尺寸;C4 代表的是砼標號/砌體強度/抗?jié)B等級;人防代表的是構(gòu)件類型。

2.2.3 應(yīng)用流程

圖紙審查是BIM 技術(shù)應(yīng)用的第一個步驟,BIM 專業(yè)負責(zé)人需要針對項目設(shè)計圖紙進行梳理,了解圖紙的版本型號與工程項目是否對等,了解圖紙中的各項問題清單,確保圖紙信息保持統(tǒng)一。完成圖紙審查以后,需要對項目進行樣板模型構(gòu)建。該次樣本模型構(gòu)建是由BIM 機電負責(zé)人和土木負責(zé)人共同負責(zé)完成的,分別依據(jù)二維圖紙所創(chuàng)建的項目模板,形成的文件格式屬于RTE(Revit Project Template)格式,該樣本模型中包含了項目的標高、族庫以及軸網(wǎng)等信息。隨后,BIM 負責(zé)人開始創(chuàng)建視圖模型以及中心文件并嚴格遵從工作集的使用原則完成項目模型構(gòu)建[8]。隨后BIM負責(zé)人將就模型展開碰撞檢查,了解在BIM 模型梳理下管線綜合設(shè)計方案的選擇,確定管線的優(yōu)化設(shè)計。最后,對管線設(shè)計布置進行校準核對,出具BIM 圖紙,并在BIM 技術(shù)三維視圖中進行信息交流,讓負責(zé)工程建設(shè)的工程師了解圖紙情況和施工現(xiàn)場情況,強化對施工現(xiàn)場的監(jiān)督和管理。

2.3 BIM 技術(shù)在項目中的應(yīng)用亮點

本次工程項目中所涉的機房主要有數(shù)據(jù)機房、動力機房、排水機房、換熱機房、消防泵房和空調(diào)機房等。機房內(nèi)管道規(guī)格較大,且需要與機電設(shè)備進行連接。針對各種管線,盡量成排布置,并合理安排管道走向,盡量減少管道在機房內(nèi)的交叉、返彎等現(xiàn)象。在一些管線較多的部位,通過計算制作聯(lián)合的管道支架,既節(jié)省空間,又可以節(jié)省材料,把整個機房布置得合理整齊。

3 結(jié)語

隨著我國城市化進程的推進,城市地下空間的開發(fā)需求日趨增加,對干大型地下車庫的興建需求隨之增大,在 BIM 技術(shù)發(fā)展迅速的背景下,眾多設(shè)計師和學(xué)者均同意將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于工程建筑項目中的各階段,可以產(chǎn)生較大的效益。