利用三維建筑工程模型綜合優化民用建筑機電管線布置施工技術

張 勝，鐘俊濤

(成都市第一建筑工程公司，四川成都610081)

民用建筑中機電安裝系統繁多，在施工安裝過程中經常遇到各系統的相互干擾、空間位置重疊、管線設備碰撞等問題。如何將這些問題進行綜合優化，始終是施工組織中的難點。傳統的做法是將各系統匯總在一張平面圖上，由技術負責人、各專業工長進行檢查分析和討論，從而得到優化結果。但這樣做的合理性與深度會受到優化組織者經驗、水平和空間想象能力的限制，受人的因素影響較大，很難做到嚴謹慎密、科學有序。

在電腦中利用SketchUp軟件建立三維仿真建筑工程模型，在此基礎上進行機電管線綜合優化，可以做到條理清晰、過程仿真、層次分明，優化的合理性、準確性以及深度和細致程度均較傳統做法有很大提高，最大限度地避免了人的因素對優化結果的影響。

1 三維模型技術特點

(1)運用本技術，能夠提前發現并解決各系統的相互干擾、空間位置重疊、管線設備碰撞等問題，在三維模型中精確標識各系統管道、設備的空間定位，較傳統做法更有利于提高施工質量。

(2)運用本技術，有助于合理安排施工順序、科學統籌各種資源，對提高施工效率、減少返工、降低施工成本大有益處，為綠色環保和低碳施工提供了有力地支持，經濟效益明顯。

2 工藝原理、流程及操作要點

2.1 工藝原理

使用SketchUp軟件，根據建筑工程項目的施工圖紙以及設備、管道等的外形尺寸數據，在電腦中建立三維仿真建筑工程模型；再根據規范對建筑物凈空的規定，同時結合客戶要求、質量目標、成本控制等因素，在模型內對各機電安裝系統的管線、設備進行綜合優化、合理布置，形成優化結果并指導后期施工。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

2.3 操作要點

2.3.1 準備階段

(1)在滿足規范對凈空規定的前提下，與業主充分溝通，了解其對建筑物凈空的要求，如電梯間最小凈空、地下室大開間凈空、最不利處凈空等。

(2)收集工程所有專業(包括建筑、結構、裝飾裝修、各機電安裝專業等)的施工圖紙、會審記錄、技術變更、管道設備外形尺寸等資料并實時更新。

(3)將工程中全部的機電安裝子項分為3類。

1類：安裝標高最低的通風系統類，簡稱ML，包括空調通風、防排煙、送排風系統等子項；

2類：安裝標高居中的水系統類，簡稱MD，包括給排水、消火栓、噴淋、空調供回水系統等子項；

3類：安裝標高最高的電氣系統類，簡稱MH，包括動力、照明、火災報警、聯動控制、電視、綜合布線、監控、安防系統等子項。

2.3.2 利用SketchUp軟件建立工程模型

(1)根據建筑、結構、裝飾裝修施工圖建立建筑結構模型MJ，該模型是今后工作的基礎，其他機電系統的模型均是在此基礎上建立。

(2)根據空調通風、防排煙、送排風施工圖和管道、設備外形尺寸數據建立相應系統模型，按照設定的最低標高導入建筑結構模型MJ中形成機電系統模型ML。

(3)根據給排水、消火栓、噴淋、空調供回水施工圖和管道、設備外形尺寸數據建立相應系統模型，導入建筑結構模型MJ中形成機電系統模型MD。

(4)根據動力、照明、火災報警、聯動控制、電視、綜合布線、監控、安防施工圖和管道、設備外形尺寸數據建立相應系統模型，導入建筑結構模型MJ中形成機電系統模型MH。

(5)所有模型的數據應真實準確，并與相關單位、部門建立信息共享制度，當構成模型的數據發生變化時，及時對模型作出相應的修改和更正。

2.3.3 模型檢查、分析與修改，形成初步優化結果

(1)按照規范對凈空的規定以及業主對凈空的要求，設定最低標高，確保模型中各系統的管道、設備在其之上。

圖1 施工工藝流程

備注：將機電系統分為ML、MD、MH三大類，其中ML為安裝標高最低的通風系統，包括空調通風、防排煙、送排風系統等子項；MD為安裝標高居中的水系統，包括給排水、消火栓、噴淋、空調供回水系統等子項；MH為安裝標高最高的電氣系統，包括動力、照明、火災報警、聯動控制、電視、綜合布線、監控、安防系統等子項。

(2)重點檢查模型MD中的無壓力排水管道，保證其連續性、坡度符合設計要求。

(3)檢查模型與建筑、結構施工圖標識的預留孔洞是否沖突。

(4)選擇管道最寬、最厚的位置，檢查其與剪力墻、柱、梁是否沖突。

(5)選擇尺寸最深的結構梁，檢查其與管道、設備是否沖突。

(6)檢查各子系統管道、設備之間是否重疊。

(7)根據檢查結果逐項分析原因，并修改、優化模型使之滿足要求，形成初步優化結果。

2.3.4 將模型ML、MD、MH合并

形成包含全部機電系統的綜合模型MZ。

2.3.5 檢查、分析、修改機電綜合模型MZ

形成最終優化模型MZY。

(1)檢查模型ML、MD、MH之間的相互關系，根據發現的問題進行相應的修改和調整；

(2)修改和調整應遵循有壓管道避讓無壓管道、小管道避讓大管道、電氣管道避讓其他管道的原則；

(3)當出現無法修正的情況，則返回2.3.2修改相關的模型；

(4)通過修改和調整，形成2到3個備選模型，建立表格進行數據對比，選擇最優方案，得到最終優化結果MZY。

2.3.6 指導后期施工

(1)指導施工組織設計的編制，合理安排施工順序，協調各專業工種間的關系；

(2)施工前對管道設備精確定位，降低施工難度，杜絕返工現象；

(3)施工前對班組進行可視化技術交底，使施工人員更直觀地了解操作要點、質量要求，做到心中有數；

(4)提前制作安裝管道設備的支吊架，形成流水線裝配式施工；

(5)出現設計變更和修改時，可以先在模型上進行模擬推演，尋求最佳解決方案；

(6)與工程預算、已完工程量統計、材料設備采購等工作相結合，利用模型清晰反映工程進度，全面提高施工管理效率；

(7)工程竣工后，優化模型對維修服務也具有實際指導意義，便于分析故障原因、及時獲取最優解決方案。

3 質量控制

3.1 工程質量控制標準

《建筑工程施工質量驗收統一標準》GB 50300—2001

《建筑電氣工程施工質量驗收規范》GB 50303—2002

《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》GB 50242—2002

《通風與空調工程施工質量驗收規范》GB 50243—2002

《自動噴水滅火系統施工及驗收規范》GB 50261—2005

《壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規范》GB 50275—2010

《機械設備安裝工程施工及驗收通用規范》GB 50231—2009

3.2 質量保證措施

(1)開工前進行質量策劃，把質量工作細化、落到實處，樹立“百年大計，質量第一”的思想。

(2)通過公司各職能部門在工程施工中行使職責，確保質量工作的正常有序運行，使工程質量隨時都處于受控狀態。

(3)做好施工準備工作，建立、健全資料數據實時更新制度，指派專人負責信息反饋，確保工程優化模型反映工程變化。

(4)結合優化模型做好各項技術交底；每道工序完成后，必須進行自檢、互檢工作，并做好檢查記錄。

4 結束語

以往機電管線綜合優化布置是在二維平面上進行的，更多地依靠技術人員的空間想象能力，影響優化結果的不確定因素較多。本施工技術則是在仿真三維空間里對機電管線進行優化布置，優化的合理性、準確性、深度均得到有效提高，對后期施工的指導作用明顯增強。我公司在多個工程的實踐中取得了良好的效果，施工質量顯著提高，分別有多個工程獲得省市優質工程獎；同時施工過程中材料、設備、機械、人工投入均有所降低，符合低碳施工的要求，有效地降低了施工成本，經濟效益顯著。