基于BIM技術(shù)的水暖設(shè)備安裝方案優(yōu)化研究

李 巡

北京城建北方設(shè)備安裝有限責(zé)任公司,北京 100000

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和建筑行業(yè)的不斷進步,建筑信息模型(building information modeling,BIM)技術(shù)正逐漸成為建筑設(shè)計、施工和運營管理的重要工具。BIM技術(shù)以其全面、協(xié)同和可視化的特點,為建筑項目各個階段提供了高效、精確的數(shù)據(jù)支持。在建筑施工過程中,水暖設(shè)備的安裝方案優(yōu)化是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),影響到建筑物的使用效果和運行維護成本。傳統(tǒng)的水暖設(shè)備安裝方案往往依賴于經(jīng)驗和手工繪圖,存在著設(shè)計不精確、施工效率低下、成本控制困難等問題。本文以某地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程為例,闡述基于BIM技術(shù)的水暖設(shè)備安裝優(yōu)化方案,通過將三維模型與各種相關(guān)數(shù)據(jù)進行集成,實現(xiàn)水暖設(shè)備安裝方案的全面優(yōu)化,方便各個參與方之間的溝通和協(xié)作,提高了工作效率。

1 工程概況及施工難點

1.1 工程概況

該項目為某地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程。地鐵站總體長161.56 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬22.9 m,總建筑面積達到14 714.9 m2,共設(shè)有地下3層,分別為站廳層、設(shè)備層以及站臺層,4個出入口及3組風(fēng)亭貫穿其中,地鐵站效果圖見圖1。

圖1 地鐵站效果圖

1.2 施工難點

地鐵站項目的水暖設(shè)備安裝與其他房建工程的水暖設(shè)備安裝不同,具體施工難點如下。

1)設(shè)計圖紙存在不足,各專業(yè)管線易碰撞。當(dāng)前施工圖紙以CAD形式呈現(xiàn),各專業(yè)圖紙由不同人員或設(shè)計院完成,相互間溝通不充分。管線綜合審查不嚴(yán)謹(jǐn),導(dǎo)致各專業(yè)管線設(shè)計問題較多。此外,二維設(shè)計圖紙無法真實反映實際空間關(guān)系,容易導(dǎo)致后期管線安裝過程中發(fā)生碰撞。

2)地鐵空間有限,安裝操作受限。地鐵車站水暖設(shè)備安裝項目涉及多個專業(yè),如通風(fēng)、給排水、消防、供電等。各專業(yè)管線規(guī)格、走向不一,存在施工交叉,難以在有限空間內(nèi)合理排布。例如在風(fēng)管安裝完畢后,電氣、給排水、通信等專業(yè)的管線支吊架安裝操作空間受限,后期協(xié)調(diào)困難。

3)設(shè)備房管線密集,空間排布困難。消防泵房、冷凍機房等地鐵設(shè)備房面積較小,管線眾多?，F(xiàn)有設(shè)計圖紙通常為初步平面圖,施工單位須根據(jù)空間結(jié)構(gòu)自行深化設(shè)計管線走向,可能導(dǎo)致管線擁擠、混亂、交叉等問題,美觀度降低且不便于維護。

4)資料龐大,運營查詢不便。地鐵水暖設(shè)備安裝涉及多種設(shè)備、材料。運營后,維護各類管線設(shè)備所需基礎(chǔ)資料查找困難,調(diào)用時間較長,降低工作效率,增加維護成本。

5)運行維護要求高,成本大。地鐵建筑壽命可達百年,后期運維至關(guān)重要。管線維護方面的運維成本為工程建設(shè)成本的數(shù)倍。采用BIM數(shù)據(jù)庫進行后期運維管理,有助于提高效率,降低物業(yè)運維成本。

基于此,項目組選擇使用BIM技術(shù)對原有的水暖設(shè)備安裝方案進行優(yōu)化,以期在工期要求內(nèi)順利完成施工,并保證施工質(zhì)量。

2 優(yōu)化方案

2.1 設(shè)計階段的方案優(yōu)化

對于碰撞檢測主要分為3部分：一是水暖設(shè)備專業(yè)與建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞;二是水暖設(shè)備安裝項目中相同專業(yè)之間的碰撞;三是水暖設(shè)備安裝項目中不同專業(yè)間的碰撞[1]。

其中,對于水暖設(shè)備專業(yè)與建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞,由BIM技術(shù)進行建?？芍?水電設(shè)備所使用的線纜橋架在布置上與建筑土木結(jié)構(gòu)的梁發(fā)生了碰撞,如圖2(a)所示。因此在進行水暖設(shè)備安裝前,須對碰撞部位進行優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)分析與設(shè)計,采用降低電纜橋架標(biāo)高的方式進行調(diào)整,將原本擬設(shè)計標(biāo)高由5 400 mm下調(diào)至5 200 mm,并利用設(shè)置彎頭的方式,在橋架與梁接近處進行調(diào)整,調(diào)整后如圖2(b)所示。

其中,對于水暖設(shè)備安裝項目相同專業(yè)之間的碰撞,由BIM技術(shù)進行建?？芍?水暖設(shè)備所配置的排氣管道間發(fā)生了碰撞,如下圖3(a)所示,因此對于沖突的排氣管道在建設(shè)前需要進行優(yōu)化調(diào)整,避免沖突。經(jīng)分析與設(shè)計,采用提升原有排風(fēng)口地面標(biāo)高的方式進行調(diào)整,將原本擬設(shè)計標(biāo)高由5 100 mm上調(diào)至5 220 mm,讓上半部分扣在下方管道之上,優(yōu)化調(diào)整后如圖3(b)所示。

(a)檢測出的碰撞 (b)優(yōu)化后的管線

其中,對于水暖設(shè)備安裝項目中不同專業(yè)間的碰撞,由BIM技術(shù)進行建模可知,水暖設(shè)備所配置的水泵機房,其給排水專業(yè)的管線(給水管、消防管等)與水暖項目暖通專業(yè)的回風(fēng)管出現(xiàn)了碰撞,如圖4(a)所示。因此,須根據(jù)BIM對回風(fēng)管、給水管、消防管等進行調(diào)整,避免碰撞沖突,經(jīng)分析與設(shè)計,采用提高回風(fēng)管標(biāo)高、降低給水管、消防管的標(biāo)高的方式進行調(diào)整,回風(fēng)管標(biāo)高由3 500 mm提升至3 800 mm,給水管、消防管標(biāo)高由3 350 mm下調(diào)至3 200 mm,調(diào)整后如圖4(b)所示。

(a)檢測出的碰撞 (b)優(yōu)化后管線

2.2 BIM出圖

BIM技術(shù)在地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程中主要的應(yīng)用目的是對工程安裝進行指導(dǎo),在項目施工前,繪制和確定帶有精準(zhǔn)信息標(biāo)注的圖紙,因此需要多方參建單位一同合作、相互配合進而獲取BIM成果圖[2]。BIM技術(shù)軟件中Revit單元具有模型連接的功能,可將多專業(yè)的模型進行連接形成項目統(tǒng)一模型,并按照管線安裝規(guī)范要求、以建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)作為參照,將各專業(yè)的管線進行優(yōu)化調(diào)整,從而獲取適用于本工程項目的管線設(shè)備綜合排布圖。BIM出圖流程如圖5所示。此外,由于綜合排布圖信息量較為復(fù)雜,為便于各參與方獲取所需的各專業(yè)圖件,BIM技術(shù)軟件還設(shè)置過濾器功能,可隱藏和屏蔽本專業(yè)不需要的圖元,提高施工效率。

2.3 施工階段的方案優(yōu)化

2.3.1 可視化技術(shù)交底及施工進度模擬

對于工程項目,傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式為技術(shù)負責(zé)人對施工人員進行施工圖紙、施工方案、具體問題的分析、講解、指導(dǎo),但施工人員素質(zhì)參差不齊,難以保證施工人員充分領(lǐng)悟技術(shù)的精髓,在交底時往往會存在信息缺失等問題,導(dǎo)致技術(shù)交底難以準(zhǔn)確、高效地進行。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用,利用BIM的構(gòu)建和展示,可做到技術(shù)交底的可視化,可以更加直觀地反映出施工難點,有利于后續(xù)施工組織計劃的調(diào)整與優(yōu)化,從而提高施工效率,保證施工質(zhì)量[3]。

本地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程中水泵機房管線安裝部位較為復(fù)雜,傳統(tǒng)的二維CAD圖紙等難以精確、直觀地反映復(fù)雜節(jié)點的實際情況,對于施工管理人員的經(jīng)驗及想象力要求較高,具體實施較為困難。而通過BIM技術(shù)的應(yīng)用,可將傳統(tǒng)的二維CAD圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型,如圖6所示。利用可視化的技術(shù)優(yōu)勢,將水泵機房復(fù)雜節(jié)點安裝方法及步驟清楚、直觀地展示出來,可有效避免因理解錯誤造成施工失誤,影響項目工期。

圖6 水泵機房立體圖

此外,利用施工進度計劃與BIM的整合與關(guān)聯(lián),可直觀、方便地查看工程進度狀況,有助于對現(xiàn)階段施工進度影響因素進行分析,探究相應(yīng)的解決方案,并合理規(guī)劃和分配人、機、材等資源,避免因資源供給問題影響項目的施工進程。

2.3.2 施工現(xiàn)場場地布置

工程施工前,對施工現(xiàn)場場地的布置十分重要。工程中會用到各種設(shè)施、設(shè)備、材料等,在施工前繪制施工現(xiàn)場平面布置圖,提前規(guī)劃各種資源在場地中的使用、存放位置,可提高現(xiàn)場空間利用率,避免后期施工場地不滿足施工要求的問題出現(xiàn)[4]。

該地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程施工復(fù)雜,因此合理規(guī)劃好生活區(qū)、加工區(qū)、材料存放區(qū)、設(shè)備存放區(qū)等施工場地十分重要。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用,將施工場地進行三維可視化處理,更加精準(zhǔn)合理地進行施工現(xiàn)場場地布置,有效避免了二次搬運問題的發(fā)生,降低了施工成本。利用BIM構(gòu)建施工場地的三維模型,可從模型中清晰、直觀、便捷地掌握各設(shè)施、設(shè)備、材料于現(xiàn)場中的具體位置,提高了施工效率。

2.3.3 工程量提取

通過應(yīng)用BIM技術(shù),可將項目各專業(yè)的工程量子項如風(fēng)管、管道等進行整合匯總,分類提取出工程量明細表,從而可精確地掌握水暖設(shè)備安裝工程中各工序、環(huán)節(jié)的具體工程量,通過工程量對施工中人力資源、材料資源與設(shè)備資源進行精確控制,進而實現(xiàn)對各項工序與環(huán)節(jié)的費用控制。并且在工程量提取過程中,以計算機為主導(dǎo),可降低復(fù)雜工程量計算出錯的概率,并且工程量會隨著模型的變動而更新,降低傳統(tǒng)計算的工作量,有效提高工作效率與質(zhì)量。

2.3.4 仿真漫游

通過BIM技術(shù)在水暖設(shè)備安裝項目中的應(yīng)用,可全方位無死角地展示出管線的安裝過程,通過仿真漫游,對項目中各專業(yè)進行碰撞檢查,避免不同專業(yè)施工沖突問題的出現(xiàn),進而對施工過程進行優(yōu)化,避免出現(xiàn)施工空間不足問題,有效降低返工問題。通過對工程量的仿真漫游,精準(zhǔn)把控各類費用,降低造價成本,精細化調(diào)整材料的需求規(guī)劃以及優(yōu)化工期[5]。施工方不僅可以通過仿真漫游的方式掌握工程項目,工程甲方也可以利用仿真漫游的方式,便捷、直觀地獲取項目的進度以及各種管線的排布,進而降低施工方與甲方間的溝通成本,實現(xiàn)多方共贏。

3 方案優(yōu)化效果評價

3.1 BIM碰撞檢測效果分析

本地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程應(yīng)用BIM技術(shù)進行碰撞檢測時發(fā)現(xiàn),在檢測過程中出現(xiàn)了大量的專業(yè)間管線交叉碰撞現(xiàn)象,碰撞點共計400處,結(jié)合實際情況對碰撞條件進行有效調(diào)整,對400處的碰撞點進行篩查。經(jīng)排除后共有80個有效碰撞點(影響施工的碰撞點),占總碰撞點的20%。若未經(jīng)BIM完成碰撞檢測工作,在后續(xù)的施工中此80個有效碰撞點會出現(xiàn)返工、材料浪費的問題。通過BIM碰撞檢測有效地降低了出現(xiàn)工期延誤的概率,并有效地控制了材料的浪費,降低了施工成本。

3.2 成本節(jié)約分析

為具體化評估BIM技術(shù)在本地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程的實際價值,以BIM技術(shù)帶來的效益,即技術(shù)應(yīng)用節(jié)約的成本作為體現(xiàn),進行了估算分析。

在本地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程中,構(gòu)建了各專業(yè)的BIM,將模型導(dǎo)入Navisworks軟件進行整合與碰撞檢測,記錄導(dǎo)入時的工程量,在碰撞檢測后,對檢測出的有效碰撞點進行優(yōu)化,并記錄優(yōu)化后的工程量,通過技術(shù)應(yīng)用帶來的工程量變化分析對比,對BIM技術(shù)應(yīng)用在本工程中的節(jié)約量進行估算。

節(jié)約量即節(jié)約總計采用節(jié)約材料的量與材料單價的乘積,通過節(jié)約量計算,該地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程中給排水專業(yè)節(jié)約量15%、暖通專業(yè)節(jié)約量8%、電氣專業(yè)節(jié)約量11%,通過BIM技術(shù)對水暖設(shè)備安裝方案進行優(yōu)化后,成本節(jié)約較為明顯,且多集中于給排水專業(yè)。

4 結(jié)束語

通過結(jié)合實際地鐵站的水暖設(shè)備安裝工程案例,利用BIM技術(shù)對水暖設(shè)備安裝方案進行了優(yōu)化,利用Navisworks對專業(yè)模型進行整合,通過碰撞檢測、BIM出圖對設(shè)計階段進行優(yōu)化,利用BIM可視化技術(shù)對交底及施工進度進行模擬,對施工現(xiàn)場場地布置、工程量提取、仿真漫游,以及對施工方案進行優(yōu)化指導(dǎo)。通過優(yōu)化后的模型可獲得精準(zhǔn)的工程量信息以及費用信息,有效地實現(xiàn)了成本節(jié)約,BIM技術(shù)的應(yīng)用對水暖設(shè)備安裝工程具有重要的應(yīng)用價值。