基于BIM 技術(shù)的住宅機(jī)電安裝工程質(zhì)量控制

蔡坤洪

(福州盛海房地產(chǎn)開發(fā)有限公司)

BIM 技術(shù)是指基于計(jì)算機(jī)軟件為基礎(chǔ)設(shè)施而構(gòu)建的數(shù)字化建筑三維模型，是一個可以實(shí)現(xiàn)資源共享的基礎(chǔ)建設(shè)數(shù)據(jù)庫，具備了可視化、協(xié)調(diào)性、仿真性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，并包含著豐富的項(xiàng)目相關(guān)信息，為建筑全生命周期提供可靠的信息基礎(chǔ)，在建設(shè)中的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等環(huán)節(jié)充分發(fā)揮技術(shù)作用，以達(dá)到有效提高生產(chǎn)效率、保證工程質(zhì)量的目的[1]。此外，合理應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)還可以降低施工成本，縮短施工時間，推動建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

1.項(xiàng)目概況

以某住宅建設(shè)工程為例，其主樓建筑高度為97.20m，共13 層，地下室為設(shè)備用房及車庫。該項(xiàng)目泵房專屬設(shè)備多、整體管線復(fù)雜、施工作業(yè)面狹小且交叉作業(yè)較多，因此需要采用BIM 技術(shù)控制施工質(zhì)量，減少期間的返工浪費(fèi)與變更，提高一次安裝成功率，為工期調(diào)整與施工重心提供數(shù)據(jù)支撐，保證施工管理的綜合效益。該項(xiàng)目應(yīng)用BIM 技術(shù)的總體目標(biāo)主要有兩點(diǎn)：一是完成機(jī)電深化二次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電安裝的質(zhì)量預(yù)控；二是解決泵房空間布局難度大的問題。該項(xiàng)目選用Autodesk Revit 軟件作為BIM 平臺，此外還使用Autodesk Navisworks、廣聯(lián)達(dá)BIM 5D、AutoCAD、3D MAX 作為軟碰撞檢測、動畫漫游、虛擬施工等方面的輔助。

2.機(jī)電安裝工程BIM 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM 技術(shù)族庫開發(fā)及建模

2.1.1 族的開發(fā)

圖1 螺紋式球閥族的示例圖

圖2 BIM模型的組成關(guān)系示意圖

BIM 中的族由圖元的幾何定義以及圖元所用參數(shù)構(gòu)成，在項(xiàng)目實(shí)施過程中需要大量的族文件，主要包括模型圖元和視圖專有圖元，為后續(xù)的BIM 建模環(huán)節(jié)提供資源保障。建模時可使用在Revit 中預(yù)定義或創(chuàng)建的族將標(biāo)準(zhǔn)圖元和項(xiàng)目專用圖元添加到BIM 模型中，通過族對圖元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的快速修改。要求在項(xiàng)目策劃階段提前確認(rèn)所需要的族，獲取范圍包括已有的項(xiàng)目庫、企業(yè)族庫、現(xiàn)有的可載入族以及Revit 樣板，然后根據(jù)具體規(guī)范對族文件進(jìn)行修改，若無法找到可用族則必須在Revit 中創(chuàng)建新的圖元。Revit 的可載入族分為建筑、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)三種，該項(xiàng)目含有大量MEP 系統(tǒng)族，其主要設(shè)計(jì)源為制造商提供的數(shù)據(jù)庫以及相應(yīng)的族文件，為了滿足項(xiàng)目需要，在Revit 中利用族編輯器開發(fā)特定的族，包括泵、閥門、風(fēng)管管件等各類文件，族編輯器利用樣板來創(chuàng)建族，樣板可提供相應(yīng)的平面視圖和立面視圖等數(shù)據(jù)，圖1 為項(xiàng)目創(chuàng)建的螺紋式球閥族的示例。

2.1.2 建立模型

BIM 模型需要添加建筑、結(jié)構(gòu)圖元和MEP 系統(tǒng)來建立，并通過Revit 族補(bǔ)充設(shè)計(jì)選項(xiàng)以及自定義構(gòu)建生成項(xiàng)目的專用圖元。上述分項(xiàng)有機(jī)結(jié)合形成聯(lián)合BIM 模型，為機(jī)電安裝項(xiàng)目提供央信息存儲服務(wù)，以設(shè)備、電氣、管網(wǎng)、結(jié)構(gòu)、建筑五個模塊為主（各部分組成關(guān)系詳見圖2）。BIM 中的場地平面模型基于標(biāo)高、軸網(wǎng)和地理位置的定義進(jìn)行完善，分析特定位置時應(yīng)指定正北方向，有利于在模擬采光與日照時將自然光照射在正確位置上[2]。BIM 中的風(fēng)管系統(tǒng)模型需根據(jù)管網(wǎng)流量與大小對邏輯實(shí)體進(jìn)行計(jì)算，利用風(fēng)道末端和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)建項(xiàng)目的送風(fēng)、回風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)風(fēng)管布線布局連接各系統(tǒng)構(gòu)件，該項(xiàng)目需要選擇相應(yīng)構(gòu)件并手動添加到系統(tǒng)中，使Revit 生成和布置管網(wǎng)。BIM 模型應(yīng)隨項(xiàng)目生命周期的發(fā)展發(fā)生相應(yīng)變化，主要分為概念階段模型、設(shè)計(jì)階段模型、施工階段模型、運(yùn)營和維護(hù)階段模型這四種。

2.2 設(shè)計(jì)成果、渲染和漫游

機(jī)電安裝的施工圖文檔集包含了建筑設(shè)計(jì)圖形以及明細(xì)表等信息，通過其創(chuàng)建、注釋和優(yōu)化為施工團(tuán)隊(duì)傳達(dá)安裝細(xì)則，具體應(yīng)先在Revit 中生成二維視圖和施工圖集，以DWG 格式導(dǎo)出，最后放置在AutoCAD 中進(jìn)行編輯與修改，生成最終的施工圖文檔。明細(xì)表集合了從BIM 模型和圖元屬性中提取出的項(xiàng)目相關(guān)信息，需要根據(jù)項(xiàng)目的安裝進(jìn)度進(jìn)行修改與更新，可以基于場景需求以電子表格的形式將明細(xì)表導(dǎo)出，然后放置在Excel 中進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，以提高施工安裝的精確度，實(shí)現(xiàn)了工程量信息與設(shè)計(jì)方案的一致性，模擬時要使用階段過濾器獲得所需視圖和明細(xì)表，以該項(xiàng)目地下一樓部分橋架的明細(xì)表為例，具體如表1 所示。地下一層的管線布局較為復(fù)雜，BIM 為其提供了合理的排布以解決碰撞問題，以鍋爐機(jī)房模型為例，如圖3 所示在排布時管道遵循小讓大、動力讓重力、水電走上風(fēng)走下的原則，保證了施工的合理性，同時也降低了安裝難度。

表1 地下一樓管道明細(xì)表

2.3 施工的虛擬仿真和實(shí)施

2.3.1 施工的虛擬仿真和實(shí)施

基于上述的BIM 渲染和漫游功能對該機(jī)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案與施工流程進(jìn)行4D 模擬，涵蓋了施工進(jìn)度、施工資源、施工現(xiàn)場安全、施工仿真等方面，以保證機(jī)電的安裝質(zhì)量，通過可視化交底直觀展示資源的分配情況，并對施工進(jìn)行合理優(yōu)化，該項(xiàng)目利用Revit 為虛擬仿真施工提供了三種方案。方案一按照設(shè)計(jì)藍(lán)圖進(jìn)行三維建模，所需時間較短，不受結(jié)構(gòu)施工影響；方案二按照測量結(jié)果進(jìn)行三維建模，全面復(fù)核藍(lán)圖尺寸，準(zhǔn)確率較高，所需時間較長；方案三按照設(shè)計(jì)藍(lán)圖建立三維模型，狹小空間、重點(diǎn)機(jī)房經(jīng)測量復(fù)核后再建模。經(jīng)過綜合分析發(fā)現(xiàn)方案一建模不夠徹底，空間緊湊區(qū)與施工實(shí)際情況可能會存在偏差，方案二與實(shí)際的施工進(jìn)度發(fā)生沖突，后續(xù)深化設(shè)計(jì)、調(diào)整模型的時間不夠充足，因此最終選擇方案三進(jìn)行虛擬仿真，渲染方式要求滿足真實(shí)、光線追蹤、顏色一致等標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 鍋爐機(jī)房模型的渲染視圖

圖4 機(jī)電安裝中管道排布施工效果圖

2.3.2 機(jī)電安裝的施工

針對機(jī)電安裝的施工，要求在施工技術(shù)交底過程中對相關(guān)的工作人員提出明確的質(zhì)量細(xì)化規(guī)定，包括安裝的細(xì)部做法、整體模式以及美觀性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，施工人員需嚴(yán)格對照三維模型、施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，對比管線標(biāo)高、定位尺寸等參數(shù)。為解決機(jī)房空間布局復(fù)雜、施工難度大的問題，需做到以下幾點(diǎn)，首先保證安裝的簡便性，在分配合理、管理有秩序性基礎(chǔ)上安裝牢固，其中管道排布需重點(diǎn)設(shè)計(jì)，保證布局規(guī)范，具體施工效果圖見圖4；其次要保證各專項(xiàng)施工間的溝通交流，群策群力解決施工過程可能存在的問題，基于專項(xiàng)圖紙的深化設(shè)計(jì)降低返工頻率，實(shí)現(xiàn)機(jī)電安裝的一體化施工[3]；最后要給施工團(tuán)隊(duì)動畫演示復(fù)雜管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的安裝過程和交叉作業(yè)的具體程序，有利于安裝細(xì)化的順利落實(shí)，有效提高機(jī)電安裝的施工質(zhì)量。

3.BIM 技術(shù)應(yīng)用的分析及協(xié)作

3.1 優(yōu)化分析

BIM 系統(tǒng)中的分析功能模塊可以為機(jī)電安裝提供決策依據(jù)和優(yōu)化方案，具體包括面積分析、日光分析、成本分析、能耗分析和環(huán)境分析等功能，也可以提供動態(tài)的工程量匯總統(tǒng)計(jì)服務(wù)，針對該項(xiàng)目重點(diǎn)使用空間分析功能，以達(dá)成方案優(yōu)化的基本目標(biāo)，在建筑模型中放置并定義空間，并將空間指定給分區(qū)，使用Revit 中的空間構(gòu)建維護(hù)所在區(qū)域信息，包括冷熱負(fù)荷分析等參數(shù)值，比如HVAC、照明、電力等機(jī)電分項(xiàng)，以確定建筑的能量、空間以及分區(qū)需求。為了提高冷熱負(fù)荷分析的精準(zhǔn)度，要求在建筑模型的所有區(qū)域中放置好空間，包含未被占用的空間[4]。MEP 構(gòu)件需要連接件為負(fù)荷計(jì)算提供主要邏輯實(shí)體，比如分管、電氣、線管等連接件，沒有使用連接件創(chuàng)建的構(gòu)件不得進(jìn)入系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。

3.2 管線系統(tǒng)的碰撞檢查

使用碰撞檢查工具可以找到BIM 模型中的圖元交點(diǎn)，并協(xié)調(diào)圖元和MEP 系統(tǒng)，避免結(jié)構(gòu)間的空間位置沖突，減少成本超限風(fēng)險，有效提升機(jī)電工程的安裝質(zhì)量。為了解決碰撞問題，該項(xiàng)目利用BIM 建立了四種協(xié)調(diào)方案，方案一是調(diào)整水管，占用空間有限，避讓容易，但若是壓管則難以隨機(jī)避讓，下圖5 就是管網(wǎng)系統(tǒng)中給水管道與排水管道碰撞上返彎的處理方法；方案二是調(diào)整電氣橋架，成本較低，由于敷設(shè)的是電纜，不易過多彎曲或翻轉(zhuǎn)；方案三是調(diào)整風(fēng)管，能夠合理調(diào)整寬高比，但占用空間較多，調(diào)整難度較高；方案四是綜合調(diào)整方案，針對具體部位進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，平衡布置的基礎(chǔ)上能滿足布局美觀性的要求[5]。

表2 優(yōu)化設(shè)計(jì)部位匯總表

進(jìn)行多專業(yè)綜合檢測時充分考慮電氣、暖通、給排水等系統(tǒng)因素，應(yīng)以樓層為單位以適當(dāng)減少檢測數(shù)量且僅對相鄰樓層管線進(jìn)行檢測，以提高檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度。該項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢查時先對各樓層的BIM 模型進(jìn)行目測，重點(diǎn)檢查管線與土建梁柱、墻體的位置和標(biāo)高，尤其是空間狹小、標(biāo)高不符合吊頂要求的區(qū)域，然后使用Revit 的碰撞檢查功能，發(fā)現(xiàn)部分管道存在碰撞問題、部分管線標(biāo)高不達(dá)標(biāo)。組織專項(xiàng)圖紙會審，進(jìn)行仿真施工演練，演示可能發(fā)生碰撞的情況，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，重新生成三維模型，該項(xiàng)目共找出45 處問題部位，并進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化[6]，具體情況如表2 所示。該項(xiàng)目在各專業(yè)人員的溝通協(xié)調(diào)下順利實(shí)現(xiàn)了機(jī)電安裝一體化施工。

4.結(jié)論

綜上所述，由于項(xiàng)目中泵房機(jī)電安裝施工難度較大，因此要提前做好充分準(zhǔn)備，利用BIM 技術(shù)將安裝誤差控制在最小范圍內(nèi)，通過優(yōu)化管線布設(shè)形式、完成軟硬碰撞檢測等方式優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和施工流程，達(dá)到降低成本、控制技術(shù)風(fēng)險的目的，綜合來看，在機(jī)電工程中應(yīng)用BIM 技術(shù)產(chǎn)生的相關(guān)效益較高，能夠在保證安裝質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效節(jié)約成本。