高層機電安裝工程BIM技術應用研究

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摘要:借助BIM技術，企業能夠在工程施工前優化圖紙，避免施工時管線碰撞等問題，還能對管道和支吊架預制加工，減少現場的有毒有害作業。施工中借助BIM現場可視化軟件幫助企業更好的進行現場技術安裝和項目管理。施工后，BIM建筑模型提供的詳盡信息幫助企業便于后期的運維管理。

關鍵詞:BIM技術，機電工程，成本控制

引言

近年來，隨著BIM技術的推廣應用，國內許多重大項目，以及一些重要的地方項目如:南寧市荔園飯店、永利國際金融中心項目、杭州市丁橋醫院等都成功應用BIM技術。業內一般認為理想的BIM應用流程是:1)設計方直接建立BIM建筑模型，隨后建立BIM結構模型。根據建筑、結構模型，再建立BIM機電模型。同時借助BIM的多專業協同和優化設計把各專業模型整合到一起，直接輸出施工方所需的施工圖及資料;2)施工方利用BIM施工圖進行施工，并根據工程實際對模型添加具體的設備，將模型進一步細化;3)工程竣工驗收后，將竣工模型和建筑實體交付業主，業主在使用過程中利用模型進行維護管理。目前多家設計單位已經開始嘗試土建部分直接從三維設計入手，但是在機電系統設計領域，設計方直接進行三維設計的還很少［1］。原因是機電專業有自己的特點:專業龐雜，給排水、消防、暖通、空調、電氣、安防、通信等專業集成度高，各專業相互影響，管線綜合的過程需多方協調，方案調整、變更頻繁。又受設計時間限制等因素，三維建模在機電系統設計方面還沒有開始大規模推廣。而在機電安裝領域，現階段BIM技術應用最深入的是施工企業。接下來以工程實例介紹BIM技術在某高層機電安裝項目中的應用過程。

1工程概況

廣州某酒店辦公樓，一類綜合公共建筑，由地下室、酒店和寫字樓組成，總建筑面積103242．73m2，其中地上建筑面積70238．87m2。主體地上29層，建筑主體高度119．9m，6層～33層為寫字樓，層高3．8m;地下為停車庫、設備類用房以及人防地下室，建筑面積33003．86m2(見圖1)。

2施工中的重難點分析

該項目施工難度大，主要難點如下:1)機電管路復雜，管線密度大;2)專業間的協調困難;3)業主要求樓層吊頂標高為3．0m;4)機電施工空間狹小，施工組織要求高。

3BIM應用過程的控制要點

3．1建模實施過程

在BIM建模之前，首先確定總體的實施思路:對圖紙里的管線標高進行梳理，列出存在的問題，形成問題清單;然后根據清單對圖紙的問題逐一核對、修改和調整完善。實施時每周組織設計例會，對總體管線施工順序提前預判，區分出建模的側重點，提出工作要求。模型建立過程和施工過程有點類似，也要先進行主管道模型的建立，再進行分支管道的建立，然后進行立管井、管路構件、設備添加等建模。這樣可以把主要精力放到管線綜合排布上。整個項目實施過程中，BIM建模進度隨著施工逐步推進，采用做一層，落實一層的方式。建模時間充裕，模型調整過程中各方反復進行溝通交流，完善后出施工圖，對現場施工起到很好的指導作用。

3．2管線綜合優化

當管道發生沖突時，按照規范的總原則合理避讓:“電讓水、水讓風、小管徑讓大管徑、冷水管讓熱水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優先”。此外，機電管線布置時應先考慮管道線路的外形尺寸、設備形狀、保溫層厚度、支吊架尺寸大小及相鄰管線之間的間距等要求，將它們盡量布置在梁內和管廊內，以使管道整齊排布［2］。將模型導入Navisworks軟件中進行碰撞檢測分析，并生成碰撞檢測報告。根據碰撞報告共發現碰撞處6413處，其中地下室三層的機電各專業管線碰撞共1198處，機電管線與結構構件碰撞共146處，針對報告所示部位進行復查并進行管線調整。首先，利用三維模型得到關鍵節點的剖面圖，然后進行管線垂直方向調整，垂直方向的位置一般相對規范;接著進行水平方向上的排布，使各系統分布規則。水平排布時重點考慮主管道上分出支管的問題，比如通風管道有沒有進房間的左右分支。這里建議手動建模形成效率更高。對于在施工階段未進行設備招標，無法確定具體的設備尺寸的情況，建議按同類型中較大的設備尺寸來考慮安裝空間并確定需要預留的孔洞。本項目利用BIM技術進行管綜優化，地下室提前預留洞口249個，避免后期二次開洞;調整凈空不滿足要求處38處。常見碰撞舉例如圖3，圖4所示。

3．3支架定位

管線綜合后，需要確定支吊架的位置，要求保證管道橫平豎直及其功能性不受影響。對于管廊區域采用綜合支吊架，避免每個系統的獨立支架占用較多的空間，影響其他管道的安置和整個區域的凈高。支吊架的排布圖確定后，繪制吊架圖，此時要根據每個剖面繪制不同結構的吊架。當綜合支吊架模型全部建立完成后，需要把綜合支吊架放到機電系統綜合模型中進行碰撞檢測，檢測的目的是檢查管道的間距是否合理，管道和吊桿之間是否產生了碰撞，確保所有綜合支吊架沒有安裝問題。

4BIM應用效果情況

4．1優化設計方案，節省成本

該項目借助BIM技術有效解決因設計圖精細程度不足，出現的“錯、漏、碰、缺”等問題，使得原來在施工過程中才會發現的問題在施工之前就能發現并調整方案解決。避免了正式施工后因設計沖突而造成的返工和材料浪費等情況，本項目整改率降低了50%，節約施工成本10%左右，并能有力的保證工期。

4．2輔助施工管理

將BIM模型文件轉化為符合VRP格式的文件后導入VRP中，連接上虛擬現實眼鏡等VR設施后可進行BIM+VR體驗。這樣可以對施工方案進行建模模擬讓工人直觀感受工藝上的要求，改變傳統的交底模式。另外，借助BIM360現場可視化軟件可以在移動端進行工程管理。它能夠讓項目成員在任何地方、任何時間點通過移動端了解工程情況，并能夠對工程管線以及管件、附件進行修改調整(見圖5)，而這些改動的信息都可以在移動端被其他的項目參與方查看到［3，4］。這樣可以輔助指導現場技術員更精確的施工。而現場管理人員運用BIM360，可快速找到所處位置，并對該處管線、預留洞口等進行實地檢驗。

4．3管道和支吊架等設備預制加工

BIM建模出圖后，利用Magi-CAD軟件導出IFC格式的數據文件。企業拿到數據文件后，導出帶有管道長度的管道編號表和支吊架材料統計表進行預制加工。該項目現場施工時，技術人員首先按圖紙進行支吊架安裝，基本上是完成支吊架安裝后，管道材料才進場。所以施工現場一直保持的比較干凈整潔。在機電安裝工程中對管道施工采用預制加工模式，可以減少約60%的現場操作工作量，減少90%的危險作業點，有效節省6%的人工成本［1］。

4．4造價控制管理

bim工程量清單與現場實際用量通常差距不大，考慮一定的損耗量后，施工方以此為依據進行物料管理。但是BIM提取的工程量與預算量有一定的差距，因為兩者的統計規則不同。有研究表明隨著機電管道直徑增加，BIM模式下統計出的工程量與CAD模式下得出的工程量之間差異率在不斷增大以至于不能忽略［5］。但可以將BIM工程量與預算量比較，得到工程量對比數據，為成本控制提供依據，提高企業預算能力。

4．5便于后期運維的管理

利用BIM技術對所建立模型的構件進行信息補充后，運維時只需要一個BIM模型就能清楚的了解所需運維的構件所有信息。而再給設備植入匹配信息的二維碼后，通過一個二維碼和一個云端信息平臺，能夠進行設備巡檢、故障申報、檢驗信息、故障維修安排、設備信息、云端報告、人員聯系、實景定位等。實現現場實時的信息共享運維，達到對設備信息的可視化查詢、管理、定位和監控。

5展望

通過BIM技術的支持，實現高效、環保的建筑安裝作業是未來的趨勢。使得建筑設備生命周期中的所有事件及它們的順序，皆可以在有限的空間里事先模擬彩排及事后回顧。有了BIM，我們有了好的產品資訊管理，對建設項目能夠有效的維護和運營，實現全生命周期管理。詳盡可靠的施工圖是保證一次安裝施工到位的前提。

參考文獻:

［1］范文利，朱亮東，王傳慧．機電安裝工程BIM實例分析［M］．北京:機械工業出版社，2016．

［2］羅軍，舒蓉．BIM在某高層建筑機電管線綜合設計中的應用［J］．工程質量，2017，35(12):82-85．

［3］李慧．BIM技術在大型公共建筑機電安裝工程中的應用研究［D］．鄭州:鄭州大學，2016．

［4］趙華英，葉紅華，陳陟．保利大廈基坑5D監測中的新興呈現(Emerging)技術［A］．第三屆BIM技術在設計、施工及房地產企業協同工作中的應用國際技術交流會［C］．2014．

［5］張鵬，楊智璇，劉丹鳳，等．BIM機電算量與現行計價制度約束［J］．工程管理學報，2017，31(1):23-28．

作者：陳雪宇 黃曉家 司建偉 張文麗 蘇超穎 單位：福州職業技術學院