BIM技術(shù)在超高層建筑機電安裝工程中的應(yīng)用

文／楊倫鋒、趙啟榆 浙江協(xié)力建設(shè)有限公司 浙江杭州 310030

引言：

BIM 信息技術(shù)也就是建筑管理模式科學(xué)技術(shù),又稱之為建筑物信息化管理系統(tǒng),通過對建筑物內(nèi)所有信息數(shù)據(jù)的采集與整理,并利用相關(guān)的計算機技術(shù)對建筑內(nèi)所有真實信息進行仿真建模分析,之后再進行三維可視化建模分析,進而完成物業(yè)、機電設(shè)備財務(wù)管理、工程化財務(wù)管理。BIM 技術(shù)需要同時具備信息內(nèi)容的統(tǒng)一性、完整性、關(guān)系、協(xié)調(diào)度、模擬性、可視性、可出圖性、優(yōu)化性能等諸多特征。

近些年來,BIM 技術(shù)也逐步地在建筑行業(yè)獲得了應(yīng)用,并且由于其普及面的不斷擴大,其全新的應(yīng)用理念也逐步地被建筑行業(yè)所接受,應(yīng)用,其實用價值也逐漸地在近幾年的建筑施工中得以全面的應(yīng)用。BIM 技術(shù)與常規(guī)施工技術(shù)有很大不同，在建筑設(shè)計和施工工藝上都有很大的改進。雖然傳統(tǒng)建筑模型可以根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況做了一些調(diào)整，但現(xiàn)在在線大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以用來為實際施工情況做總體規(guī)劃。所以,怎樣通過BIM 技術(shù),讓建筑的機電產(chǎn)品設(shè)計與施工流程都能夠獲得更多效益,是機電專業(yè)的學(xué)員們需要仔細考慮的問題。

40 層高以上,或者高度超過100 公尺以上的建筑都可以被認為超高層建筑。由于建筑樓層的增加,超高層房屋的機電施工難度也將會相應(yīng)提高,而如果機電線路發(fā)生了問題,將會嚴重影響消費者的居住感受,在情況極其糟糕的狀況下,極有可能出現(xiàn)惡性事故。所以,在開展超高層建筑房屋機電安裝施工操作中,就需要運用BIM 技術(shù),在建筑信息模型的幫助下,細化每一施工過程,以提高機電安裝施工的順利進行。

1、某超高層建筑機電安裝工程概況

某市新城區(qū)的商業(yè)綜合建筑體,是一個商住二用的建筑物群。其上1～5 層為商業(yè)區(qū),并采取了中空環(huán)繞型的建筑設(shè)計,6～24 層則為賓館房間;25、26 二層為賓館復(fù)試食堂;27、28、29 三層為賓館辦公室;30、31 二層為電氣設(shè)備調(diào)試房間,每層層高度均為3.8 米,在建筑地面上方建筑物主體的總標高均為128.7 米,建筑面積達到了71257.59 平方米。另外,工程還包括共二層的地下室建設(shè)范圍,地下室第一層為大規(guī)模商品商場;地下二層則為車房。該超高層工程建筑物的總綜建筑面積高達108357.68 平方米高。在機電安裝工程開始啟動以前,中國建筑總施工公司就對該超高層工程建筑物進行了實地勘測,并發(fā)現(xiàn)的施工困難包括:首先,由于建筑物構(gòu)造及其復(fù)雜性,使得很多的機電管道都處在"穿插"狀態(tài),且機電管道布置的空間密度很大;第二,在具有各種用途的建筑物樓層間的機電管道協(xié)調(diào)上出現(xiàn)了很大問題;第三,在機電工程正式啟用以前,該超高層經(jīng)商者對住宿二用房屋就已進行過大量幕墻工程的安裝,使得部分樓的拐角處和其他部分地區(qū)被大量幕墻支撐構(gòu)件"擠占",造成了機電安裝的施工空間狹窄,對施工隊伍的技術(shù)要求也很高;其四,根據(jù)業(yè)主單位對樓層吊頂尺寸的規(guī)定,應(yīng)當(dāng)保證0.3 米的準確性,而不能產(chǎn)生偏差。總體而言,在實施該超高層工程機電安裝工程項目時,仍存在著許多問題。所以,為提高施工方案設(shè)計的完備性,并防止由于考慮不周而造成返料問題,故工程安裝單位決定采用BIM 施工信息模擬軟件系統(tǒng),虛擬出超高層建筑物的建筑格局和重要機電管路結(jié)構(gòu)布置情況,對主要道路的建筑方向、重要機電設(shè)備的結(jié)構(gòu)布置情況等進行了多次論證。另外,工人在開展室外作業(yè)時,所用的支架等輔助設(shè)施的具體技術(shù)參數(shù),都必須采用BIM 模式進行設(shè)計,最終目的就是確保建筑品質(zhì)與施工人員安全,并在規(guī)定期限內(nèi)完工。

2、將BIM 技術(shù)運用在超高層機電設(shè)計上的優(yōu)點解析

采用BIM 技術(shù)后，我們系統(tǒng)地測試和總結(jié)了本文所選摩天大樓的機電安裝設(shè)計，其總體優(yōu)勢如下:首先，BIM 建筑信息模型系統(tǒng)用于優(yōu)化設(shè)計方案，顯著解決安裝和運行成本。最重要的是，由于摩天大樓的總高度接近130 米，樓層總數(shù)為33 層(包括地下部分)，安裝隊人員不參與摩天大樓的設(shè)計和施工,故而對其結(jié)構(gòu)的熟悉程度還不夠。雖然后經(jīng)實地考察,設(shè)計出了施工的設(shè)計藍圖,但由于時間倉促,且受建筑物層高的影響,難免會存在出錯、遺漏、瑕疵、突發(fā)狀況等問題。而通過運用了BIM 技術(shù),則使得超高層工程建筑物中所有與機電裝配相關(guān)的參數(shù)“躍然紙上”。例如在30 層以上的機電管道敷設(shè)時,工人必須在工程物體外圍完成部分作業(yè),而隨著建筑物的高度升高,支撐設(shè)備自身的重量對整體工程的影響也逐步增加。而通過BIM 數(shù)字施工模式的自動統(tǒng)計功能,得出的支撐設(shè)備施工成本相對于較預(yù)期的整改值下降幅度達到了40%,整體施工成本的節(jié)省程度也達到了10%,由此緩解了長期困擾工程安裝隊伍的一個重要問題。

第二，對建筑施工全過程信息管理具有很好的輔助功能。在BIM 軟件系統(tǒng)中還自帶了格式轉(zhuǎn)換功能,當(dāng)順利地虛構(gòu)出建筑物模式后,將其轉(zhuǎn)化成VRP 格式,并采用了佩戴3D 顯像眼鏡的方法,將三維或立體形式的建筑物模式清晰地展示于施工面前。尤其是在與機電管道布設(shè)相關(guān)的地方,當(dāng)科技人員親臨工程現(xiàn)場時,盡管可以實現(xiàn)精細化觀測,但切入的視野卻常常受到影響,而形成了局限。當(dāng)在技術(shù)上的困難問題獲得了系統(tǒng)化的解答以后,技術(shù)人員組織者了工作人員開展參觀,并對在某些地方使用的特殊手段做出了說明,改善了傳統(tǒng)的技術(shù)交底模式?？梢园l(fā)現(xiàn),在BIM 工程模型和BIM 機電建模中,主要組成部分都以灰、白、灰三原色表示。而技術(shù)人員所見到的色彩一旦為黑白,則表示在當(dāng)前角度下,目標管道位于"迎光"的方位;出現(xiàn)了灰色,就表示視線方向已經(jīng)和初始的觀察方位出現(xiàn)了很大偏離。正基于此,在使用BIM 技術(shù)輔助機電安裝時,相關(guān)技術(shù)必須關(guān)注機電管道以及管線中明暗程度的改變狀況,以避免遺漏,不然,將會產(chǎn)生新的問題。合理運用自主研發(fā)的E-BIM 總包管理平臺，將BIM 模型構(gòu)建過程中生成的唯一二維碼與BIM 模型緊密融合在一起，確保機電安裝施工管理人員只需要通過手機、平板電腦等移動終端設(shè)備掃描二維碼信息，即可及時的完成對模型信息、物資驗收、問題標注等相關(guān)內(nèi)容的查詢，確保了超高層建筑機電安裝施工的順利進行，促進了建筑機電安裝管理效率的有效提升。

第三,利用BIM 的虛擬超高層建筑設(shè)計模式,對管線和支吊掛件等設(shè)施實行預(yù)制加工。然后運用BIM 信息技術(shù),在完成模型設(shè)計后,再利用C4D 應(yīng)用軟件中的body-painter應(yīng)用軟件,對機電線路設(shè)計實行虛擬控制,然后可以導(dǎo)出IFC格式設(shè)計的數(shù)據(jù)信息問題。經(jīng)過計算,在BIM 信息技術(shù)的幫助下,在機電安裝施工中僅管線施工這項內(nèi)容,就降低了近六成的現(xiàn)場工程量。而且,在預(yù)加工以后,很多的管道材料可以進入現(xiàn)場后直接完成施工,也大幅度降低了危險作業(yè)頻次。而經(jīng)過計算,近9 成以上的危險作業(yè)得以減少,為高空作業(yè)者額外支付了一項成本費用,節(jié)約幅度達到5%。充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，建立透明、可復(fù)制、可核查、可持續(xù)的協(xié)同工作環(huán)境，為建筑工程項目全生命周期中各方的及時溝通與信息共享提供技術(shù)支持。

第四,通過可視化設(shè)計提升空間利用水平。所謂視覺設(shè)計，是指設(shè)計師合理利用三維空間模型，規(guī)劃項目，研究和討論仿真參數(shù)的合理化，同時改變非理性區(qū)域?？臻g三維模型設(shè)計便于機器源輸送機的空間布置，通過機器源輸送機的各個方向的三維模型，可以更好地研究機器源輸送機的空間布置，同時可以合理地分析和討論由RevitMEP 模型產(chǎn)生的物體輪廓,同時還可以通過利用剖面模型所帶有的材質(zhì)、技術(shù)參數(shù)等信息,更好地模擬出原機電管道的立體位置。這樣建立的可視化模式,既可以對剖面、平面、三維模型等都有一種更加直接的展示,以便更好地表達設(shè)計師的設(shè)計理念,又可以使工作人員更加清晰地了解設(shè)計者的意圖,從而促進相關(guān)信息更為精準地傳達,從而減少了因為圖紙不清晰所造成的施工效果較差,甚至施工效果低下。

第五，通過聯(lián)合作業(yè)不斷完善工程模型設(shè)計。聯(lián)合作業(yè)首先要求與施工者全面的協(xié)調(diào),施工人員一起針對每一種工程模式展開分析研討,然后再針對實際情況開展工程模式的工程設(shè)計調(diào)整,終于大家共同完成了一套基本成形的建筑工程模式。而RevitMEP 模式則成為一種由軟件建設(shè)的共享平臺,首先要求多個工程設(shè)計人員共同完成了各機電管道的方案設(shè)計,之后大家依次將自身的方案及設(shè)計進度上傳到了RevitMEP 網(wǎng)絡(luò)平臺上,終于,工程設(shè)計人員一起針對大家早已上傳的總體設(shè)計方案展開了研究討論,利用自身知識儲備共同完成了總體設(shè)計方案的進一步完善,之后大家再一起共同努力對最后的總體設(shè)計方案做出了定稿,并力求以最大化合理性實現(xiàn)管線的整體空間排布。采用協(xié)同合作的方法,不但可以有效提升整個建筑設(shè)計的效率,還可以對不同學(xué)科實現(xiàn)最佳價值呈現(xiàn),進而創(chuàng)新出最佳設(shè)計方案,提升建設(shè)品質(zhì)。

第六，族庫本地化有利于滿足個性化要求。目前,隨著時間的前進,技術(shù)的發(fā)展,全新的形象塑造技術(shù)已經(jīng)層出不窮,業(yè)務(wù)范圍也在逐步得到擴展,但傳統(tǒng)的工藝技術(shù)卻早已無法滿足時代要求,也無法適應(yīng)市場高質(zhì)量的技術(shù)要求和人性化的應(yīng)用思維。所以,若要把BIM 技術(shù)更好地運用于施工及機電管線工程設(shè)計中,就可以有效地對施工品質(zhì)產(chǎn)生提升,從而提高工程使用者的信心。

3、將BIM 技術(shù)運用在超高處機電施工時的監(jiān)控重點進行分析

3.1 BIM 建模實施過程

在建筑設(shè)計領(lǐng)域中,BIM 科技并不算一種很新穎的事情,但早已成為了一種很常用的建筑設(shè)計重要性輔助建造技術(shù)手段。在第一步,首先由建筑設(shè)計方提出了BIM 建筑設(shè)計模式,將建筑物中特定部位的建筑設(shè)計思路、形體特點等信息全面反映到建筑建模當(dāng)中,然后再將之提交給后續(xù)承擔(dān)建設(shè)的企業(yè)。在承擔(dān)機電安裝工作的企業(yè)拿到BIM 建筑設(shè)計模式以后,針對建模特征,再根據(jù)企業(yè)的實際調(diào)研,產(chǎn)生了側(cè)著重于機電裝配的BIM 機電模塊。在此時,由于建筑物的總體格局已經(jīng)開始建立,而一些無法改變的地方也已清晰標注,因此機電安裝公司需要按照規(guī)定性的情形開展下第一步管理工作。然后,施工方在BIM 機電建模的技術(shù)基礎(chǔ)上,對原建筑圖紙加以了細分,并把在實地考察中得到的有價值的信息加入建模當(dāng)中,從而使建模過程得以更加的精細。

3.2 基于BIM 技術(shù)的超高層建筑物及機電管線綜合優(yōu)化分析

在超高層工程建設(shè)機電安裝過程中,所面臨的困境就是:一旦發(fā)生了機電管線或者是管線沖突現(xiàn)象時,如果只是根據(jù)傳統(tǒng)的管理規(guī)范避讓總原則上,如“電讓水、水讓風(fēng)、小管線讓大管線、冷管線讓溫水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優(yōu)先”等原則上予以解決,問題非但沒有解決,而且反倒會受到超高層工程建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特殊性的影響,將問題進一步擴大化。在BIM 軟件系統(tǒng)中,Navisworks 功能可以根據(jù)建筑物中各個系統(tǒng)間的“矛盾”提問進行解決。例如在本文所選取的超高層建筑物機電安裝案例中,利用BIM 軟件Navisworks 功能測量出的多控制系統(tǒng)間的矛盾多達6000多處,其中,在僅僅二層建筑地下室和五樓區(qū)域中,機電專用管道的方向就發(fā)生了“糾纏”、“沖撞”等主要問題的近1200 處,機電管道和結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)矛盾處也多達近160 處。若照搬中國傳統(tǒng)的問題處理方法,每出現(xiàn)一個問題就解決新問題一處,不但工作量龐大,而且在“解決問題”的過程中,很可能產(chǎn)生新問題。故采用了BIM 機電模式,對管線的“纏繞”現(xiàn)象進行梳理,找出“互不影響”、“節(jié)約空間”的最優(yōu)化方法,使問題得以實質(zhì)性解決。

3.3 BIM 技術(shù)在施工協(xié)調(diào)中的應(yīng)用

因為工程設(shè)計技術(shù)人員無法利用設(shè)計圖紙正確的表述和理解在超高層施工中的管井、十字相交節(jié)點、大型設(shè)備機房、局部分層較多的廊道等位置施工順序的關(guān)系。所以,建筑機電安裝施工公司在工程施工開始之前,就必須合理利用BIM技術(shù)實現(xiàn)對建筑機電安裝施工全部工序的數(shù)字化建模,并通過對設(shè)計模型施工節(jié)點的合理劃分,提出有針對性的建筑機電安裝施工方法,為今后建筑機電安裝施工的順利進行作好了充足的準備。施工人員在建筑機電施工過程中,則需要使用移動終端設(shè)備查詢復(fù)雜建筑節(jié)點上的管道布置,以檢測管線的高度、直徑、翻彎部位和標高等,并引導(dǎo)工作人員完成機電裝置的管道布設(shè)等作業(yè)。

3.4 BIM 技術(shù)在二次結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋中的應(yīng)用

如果建筑工程中機電安裝施工僅僅單純的使用傳統(tǒng)二維圖紙分析和研究工程中機電安裝管線布置方法的話,不但無法在機電安裝工藝進行之前準確的判斷二次結(jié)構(gòu)中墻體留坑部位的尺寸,同時，由于不能準確預(yù)測機電安裝過程中可能出現(xiàn)的任何類型的問題，預(yù)留基坑區(qū)域不能滿足機電安裝過程的要求。根據(jù)該問題，工程機電安裝及施工單位使用BIM技術(shù)調(diào)整數(shù)字構(gòu)建模式，準確繪制墻面上二次結(jié)構(gòu)預(yù)留套管和孔洞定位圖，根據(jù)該標準進行機電安裝項目的建立，不僅保證了套管的安裝和位置的準確，還實現(xiàn)了機電安裝的效果與質(zhì)量。

結(jié)語：

本章通過對BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)描述,以及對其在建筑設(shè)計過程和施工流程中的關(guān)鍵技術(shù)探討,揭示了BIM 技術(shù)對施工機電技術(shù)方面的優(yōu)越性,對機電管道的空間化排布、工程前期對機電管道的方案設(shè)計等工作都具有相當(dāng)積極的意義,可以有效的提升工程項目的執(zhí)行效果,從而縮短了工程項目執(zhí)行步驟,保持場地建設(shè)順序，優(yōu)化建筑物建設(shè)質(zhì)量，減少機電管線方案設(shè)計引起的成本增加，避免機電和電氣管線設(shè)計問題引起的成本增加。因此，BIM 技術(shù)應(yīng)該在設(shè)計過程中得到更廣泛的推廣，以有效地推動建筑物機電和電氣管線的設(shè)計和建設(shè)。

總之,換句話說，采用BIM 技術(shù)，建立了數(shù)字化摩天大樓建設(shè)模式，提供了強有力的技術(shù)支撐，使中國工程機電安裝行業(yè)的發(fā)展更加高效環(huán)保。因此，建筑機電設(shè)備和施工公司需要進一步研究和探索。通過控制機電設(shè)備控制整個建筑工程周期，BIM 技術(shù)在中國摩天大樓機電設(shè)備建設(shè)中的應(yīng)用策略，實現(xiàn)了摩天大樓機電設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。