Trimble三維數(shù)字技術(shù)在消防工程中的應(yīng)用

張艷敏，李躍明

(1．武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，湖北 武漢430074;2．天寶寰宇電子產(chǎn)品(上海)有限公司，上海200131)

一、引 言

消防工程是現(xiàn)代建筑不可缺少的重要組成部分，消防工程質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到建筑物的防災(zāi)和抗災(zāi)能力。消防工程按照消防工程技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范保質(zhì)保量地安裝施工，是建筑工程順利通過總驗(yàn)收并投入使用的前提條件。

消防改造工程施工過程中易出現(xiàn)很多問題，主要有:①與新建工程相比要在原有建筑結(jié)構(gòu)中增設(shè)消防工程設(shè)施設(shè)備，但舊有建筑物施工年代久遠(yuǎn)、竣工圖缺失使原有施工圖紙無法作為消防工程改造設(shè)計(jì)和施工依據(jù)，需要根據(jù)建筑現(xiàn)狀重新繪制施工圖;②消防安裝漏項(xiàng)、設(shè)備管件選型不符、水電風(fēng)智能等各系統(tǒng)的碰撞，以及預(yù)留孔洞、預(yù)埋件與管道設(shè)備的設(shè)計(jì)尺寸不符等問題;③消防工程使用大量的管道、橋架等預(yù)制件，由于測量精度不夠，嚴(yán)重影響了設(shè)備和管道安裝工作的順利進(jìn)行;④消防工程竣工交付使用后，物業(yè)公司要對管轄范圍內(nèi)的消防系統(tǒng)定期進(jìn)行聯(lián)動試驗(yàn)和檢測，由于系統(tǒng)復(fù)雜、種類繁多，容易使維保和檢測出現(xiàn)漏檢項(xiàng)，埋下安全隱患。因此，將三維數(shù)字技術(shù)引入到消防改造工程中，快速重建三維可視模型，并借助三維可視模型快速繪制改造工程施工圖，通過其直觀可視化的三維信息模型，可使工作人員能直觀動態(tài)查找各系統(tǒng)構(gòu)配件的空間關(guān)系、交叉點(diǎn)的處理細(xì)節(jié)、準(zhǔn)確地確定問題出處，方便及時修改調(diào)整。

Trimble公司已建立了用于建筑工程全周期的基于三維數(shù)字技術(shù)的系列產(chǎn)品，如Trimble三維掃描儀、Trimble激光全站儀、Trimble BIM放樣機(jī)器人。Trimble Sketchup三維成圖軟件可將三維掃描獲取數(shù)據(jù)實(shí)時與二維、三維數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，構(gòu)建出細(xì)節(jié)清晰的三維可視化圖像，且與多數(shù)據(jù)源信息數(shù)據(jù)有機(jī)融合，建立更完善的三維信息數(shù)據(jù)模型，用于建筑實(shí)景重建、建設(shè)施工測量、建筑施工放樣和建筑三維信息模型創(chuàng)建，在建筑行業(yè)廣泛使用。另外，Trimble Sketchup與各種行業(yè)主流的三維建模軟件如MagiCAD、Revit等兼容，大大拓寬了該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域。

二、三維數(shù)字技術(shù)在消防工程中應(yīng)用的實(shí)例

下面以某消防改造工程為例，介紹三維數(shù)字技術(shù)在消防改造工程中的應(yīng)用。該工程是12層的民用建筑，1998年竣工使用，建筑面積3200 m2，耐火等級為二級。因要將1～4層改建成大型購物中心，需要提高建筑物防火等級至一級，增設(shè)消防配套。增設(shè)的消防配套主要包括:火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、送風(fēng)排煙系統(tǒng)、應(yīng)急疏散系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)。主要消防設(shè)備有:消防水箱、消防水池、消防水泵、消防給水管道、送風(fēng)排煙管道、消防供電管線、消防自動報(bào)警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、應(yīng)急疏散系統(tǒng)管線，以及各類閥件、監(jiān)控模塊、控制模塊、布線橋架等涉及水、電、風(fēng)、智能等多個系統(tǒng)。

1．獲取原有建筑物空間三維信息

將Trimble TX5三維掃描儀取出并安放在碳纖維腳架上(其過程類似把單反相機(jī)安裝在相機(jī)腳架上);開機(jī)后設(shè)置掃描參數(shù)，主要是設(shè)置分辨率，即一個房間需要測量多少個點(diǎn)，點(diǎn)越多得到的細(xì)節(jié)越多，本工程設(shè)置是1000萬個點(diǎn);然后按一下掃描鍵，掃描即開始。大約2．5 min掃描完成，顯示了結(jié)果略圖，數(shù)據(jù)是類似于黑白照片的效果，非常便于辨認(rèn)各個物體。

2．建立消防安裝工程三維信息模型

Trimble Sketchup三維成圖軟件借助Trimble TX5獲取的空間數(shù)據(jù)和建筑細(xì)部構(gòu)造、設(shè)施設(shè)備信息，生成新三維模型。由于Trimble Sketchup與本次選用的在機(jī)電安裝行業(yè)廣泛使用的MagiCAD三維建模軟件具有很好的兼容性，可以快速構(gòu)建起水、電、風(fēng)、智能各專業(yè)的三維可視模型。通過項(xiàng)目管理、選項(xiàng)等對話框完成各系統(tǒng)構(gòu)件的屬性設(shè)計(jì)，如管材材質(zhì)、公稱尺寸、壁厚、安裝尺寸、水平垂直間距、設(shè)備規(guī)格、型號等。各專業(yè)三維可視圖層設(shè)計(jì)完成后將各圖層綜合，再進(jìn)行性能分析、碰撞檢測、協(xié)同設(shè)計(jì)得到三維模型(如圖1所示)。根據(jù)綜合圖層，在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件匯總預(yù)留孔洞并標(biāo)注其尺寸屬性設(shè)計(jì)。最后根據(jù)工作需要生成各系統(tǒng)報(bào)告，用于材料算量。

圖1 碰撞檢測后各系統(tǒng)

3．消防安裝工程三維可視放樣

為了保證該消防安裝工程的放樣精度，選用Trimble BIM放樣全站儀機(jī)器人，配置Trimble Point Creator(TPC)、Trimble MEP designer軟件及Trimble Tablet BIM三維終端設(shè)備對消防系統(tǒng)中的設(shè)備和管線、穿板穿墻點(diǎn)、套管連接點(diǎn)、固定及安裝預(yù)埋件等關(guān)鍵安裝點(diǎn)進(jìn)行放樣，如圖2所示。

圖2 Trimble BIM放樣機(jī)器人

放樣人員首先用Trimble Tablet平板電腦通過TPC軟件在BIM模型中進(jìn)行二維和三維現(xiàn)場放樣點(diǎn)的創(chuàng)建，將所有的放樣點(diǎn)導(dǎo)入Trimble MEP designer軟件中，從BIM模型中獲取現(xiàn)場控制點(diǎn)坐標(biāo)和結(jié)構(gòu)點(diǎn)坐標(biāo)分量作為放樣檢測和放樣結(jié)果的復(fù)核對比依據(jù)。使用Trimble BIM放樣機(jī)器人進(jìn)行放樣，BIM放樣機(jī)器人通過發(fā)射紅外激光自動照準(zhǔn)標(biāo)出現(xiàn)實(shí)點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)“所見點(diǎn)即所得”，測量實(shí)際精度在3 mm以內(nèi)。放樣結(jié)束后通過無線數(shù)據(jù)傳輸功能將外業(yè)測取的數(shù)據(jù)及時傳到內(nèi)業(yè)工作室，實(shí)時更新所有施工圖。

與傳統(tǒng)方法相比，通過BIM放樣機(jī)器人，將放樣過程在仿真的三維可視環(huán)境下展示、實(shí)測實(shí)量，采集現(xiàn)場施工成果三維信息，通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的一系列簡單對比分析來檢查管線、設(shè)備的安裝施工質(zhì)量，并及時檢查安裝工程放樣精度，構(gòu)件組合拼裝更精準(zhǔn)。BIM放樣機(jī)器人技術(shù)門檻比較低，操作簡單，手指點(diǎn)向哪里，每一個標(biāo)準(zhǔn)層都能實(shí)現(xiàn)超過300點(diǎn)的精確放樣，有效提高了工作效率。通過機(jī)器人輔助施工，既能夠確保管線和設(shè)備安裝的較高精度，也能夠?qū)崿F(xiàn)對施工成果更加全面細(xì)致的驗(yàn)收。

4．消防安裝工程安裝件三維預(yù)制

采用BIM放樣機(jī)器人與BIM技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行現(xiàn)場定位放樣，通過BIM放樣機(jī)器人自動放樣，利用機(jī)器人確定安裝位置，確保安裝成功率。通過精確的三維模型信息完成施工深化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)復(fù)核，然后在電腦中預(yù)先制作出裝配圖紙，在工廠完成模型構(gòu)件預(yù)制，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場直接安裝，實(shí)現(xiàn)工廠與現(xiàn)場的無縫拼接，如圖3所示。有了機(jī)器人反饋的精確三維信息，運(yùn)用BIM模型指導(dǎo)構(gòu)件加工，尺寸非常精確，大大減少了現(xiàn)場人工作業(yè)所帶來的錯誤與不便。

圖3 預(yù)制件屬性設(shè)置

5．消防安裝工程的三維數(shù)字化運(yùn)維平臺

利用施工過程中建立的BIM模型，把系統(tǒng)的性能參數(shù)、零部件更換維修時間周期等信息全部輸入BIM屬性庫，與智能樓宇管理系統(tǒng)相連接，從而形成基于BIM的運(yùn)維管理平臺，未來將簡化后期消防系統(tǒng)的運(yùn)維操作難度，更便捷地查找系統(tǒng)故障原因、鎖定零配件更換位置，并快速找到系統(tǒng)維修方案。BIM模型中包含的豐富數(shù)據(jù)信息將在后期的物業(yè)管理中發(fā)揮重要作用。

三、結(jié)束語

三維數(shù)字技術(shù)是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期管理的優(yōu)秀平臺和手段，除了可實(shí)現(xiàn)建筑情境復(fù)現(xiàn)、常規(guī)的管線碰撞檢測、設(shè)備布置、管線復(fù)核、方案優(yōu)化等內(nèi)容外，還可用于消防工程后期維保和檢測，打造一個建設(shè)全程的數(shù)字化、可視化、一體化的基于三維數(shù)字的信息管理平臺，保證消防工程安全有效、可持續(xù)地使用。