BIM模擬安裝技術在建筑機電圖紙深化階段中的應用

青建集團股份公司 青島 266071

隨著BIM技術在我國的大力推廣，BIM模擬安裝技術也走到我們身邊。如果能在實際施工開始之前，先采用BIM模擬安裝技術對圖紙進行深化設計，利用計算機強大的計算功能，就可以將原二維平面圖紙表達不全面的地方體現出來，更可以形成三維立體模擬圖像，幫助施工人員對整個項目有一個更深刻、更直觀的認識。通過BIM技術進行管道和設備的三維模擬檢查碰撞及協同工作，大大地提高了設計的準確性，降低了設計成本。按照深化設計的圖紙進行施工，有利于降低施工成本、減少返工浪費、縮短施工周期。

1 工程概況

和黃·小港灣改造項目工程位于青島市市北區小港一路，地上28 層，地下2 層，地上包括6 棟單體商業建筑，建筑面積165 000 m2，地下室面積46 000 m2。在地下室設計了一條長1 000 m，寬5 m，高2.1 m的管溝，讓各專業設備管線均通過此管溝從設備用房到達各個樓座。

本工程設備種類多，機電管線復雜，特別是管溝、管道井、電井、機房、變配電室等重點部位管道密集，空間狹小，施工難度大。為提高工程施工管理水平，控制施工成本，本項目采用BIM技術，對管線進行綜合平衡優化布置，有效地解決了管線碰撞問題，滿足了空間及功能使用要求[1]。

2 BIM模擬安裝技術的概念

BIM模擬安裝技術是指利用先進的軟件在計算機中形成建筑模型，在虛擬的環境下模擬給排水、暖通 、電氣等各專業管道及設備的安裝情況，在深化后的施工圖正式提交之前，進行管線綜合，找出并調整有碰撞的管線和設備，從而預先發現二維平面圖中所不能反映出來的問題[2]。

BIM模擬安裝技術是基于建筑結構模型進行的，通常需要先鏈接建筑、結構模型，并對鏈接文件進行基本設置，形成參照底圖，再進行水、電、暖等專業的深化設計。

具體技術流程為：首先將二維圖紙通過BIM類軟件轉化為數字信息錄入計算機形成數字模型，然后通過軟件將水、電、暖等所有機電專業圖紙進行管線及設備綜合布置處理，運行碰撞檢查功能。技術人員通過綜合后的三維圖紙對圖紙不足的地方進行調整和修改，再將修改后的圖紙拆分成原來機電各個專業圖紙。最終深化后的圖紙將作為后期施工的正式圖紙（圖1）。

圖1 管線碰撞綜合調整流程

3 BIM模擬安裝技術應用過程

3.1 準備階段

目前，BIM類軟件層出不窮，各家軟件公司均在大力開發此類應用軟件。而用于機電工程圖紙深化的軟件應偏向于機電分析類軟件。此類軟件能很好地體現機電管道及設備的特性；能通過參數驅動模型即時呈現水暖電工程師的設計，模擬出真實的安裝環境；能通過協同工作減少機電和建筑、結構設計之間的協調錯誤；能通過模型進行碰撞檢查，從而減少整個項目設計的失誤。針對同一項目，各專業工程師通過共享設計信息，及時同步項目文件和模擬管線綜合，提高設計質量和設計效率，有效解決了傳統設計流程中工程信息交互滯后和溝通協調不暢的問題[3]。

3.2 圖紙錄入階段

3.2.1 建筑圖紙的錄入

在建筑專業圖紙錄入時，必須做到錄入的數據準確無誤。每個梁板、柱子、墻體及其他構件的尺寸均要與原圖紙一致。

3.2.2 機電專業圖紙錄入

機電圖紙按專業分為給排水、暖通和電氣圖紙。各專業應分別錄入，在錄入時需注意：先確定設備定位；再繪制管路（先繪制設備房內管路，再繪制設備房外管路；有坡度要求的管道繪制時要注意保證管道的坡度流向）；最后進行風管絕熱層的繪制（若風管需保溫絕熱時，應根據設計要求的絕熱厚度增加風管斷面尺寸，管徑≤50 mm的電氣配管可以忽略，不作為管線碰撞的范圍內）。

3.3 管線碰撞綜合調整階段

3.3.1 各專業內部管線碰撞調整階段

水暖電施工圖紙正式提交之前，各專業圖紙在錄入完畢以后就可以進行內部管線調整。例如通風專業各個系統之間的管道碰撞；強電橋架與弱電橋架的碰撞；給水管道與排水管道的碰撞；豎向管道與水平管道的碰撞。

在本工程中，各專業內部管線調整時共檢測出58 個碰撞處。經過統計分析，多數碰撞點發生在以下情況：

1）管線并排敷設時，分支管道與相鄰管線發生碰撞；

2）管線標高變化時，豎向管線與水平向管線發生碰撞；

3）設備機房內不同走向管線交叉重疊。

第1種情況一般發生在吊頂內，由于分支管道管徑通常較小，原則上相鄰管線標高和位置不變，調整支管的標高和位置；第2種情況一般會出現在管溝、管徑內，通常按照水平管道位置不變，調整豎向立管的位置來滿足要求（圖2）；對于第3種情況，通常遵循小管避讓大管的原則，即大口徑管道優先布置，小口徑管道后布置。

3.3.2 整體管線綜合調整階段

各專業內部調整完畢以后，就可以進行整個項目的管線綜合調整。應用BIM軟件，選中暖通空調、給排水、電氣專業，點擊Start開始檢查碰撞情況，發生碰撞時，軟件會顯示碰撞所在的圖層、坐標位置、屬于哪個專業等等。根據結果，選中要修改的管線，修改完畢后保存圖紙。

圖2 豎向管道與水平管道碰撞調整

管線空間布置修改的方法一般應遵循小管讓大管、有壓管道讓無壓管道、橋架讓風管、冷水管讓熱水管等原則，需要將調整好的圖紙綜合在同一張圖紙中，找出并調整有碰撞的管線（風管、水管、線管、橋架）和設備等。使用軟件的碰撞檢查功能，能快速準確地找出某一個項目中管線是否相互碰撞，若發現有碰撞點，則通過三維圖像調整沖突位置的管線。最后，確定各專業設備的定位、管路的具體走向及標高，形成最終的施工深化圖[4]。

在本工程整體管線調整時，共檢測出碰撞202 處。經過統計分析，多數碰撞點發生在以下情況：

1）不同專業管線在同一標高、同一部位安裝；

2）帶有坡度的管道與其他管線沖突；

3）柱子、梁等結構部件阻擋管線走向。

對于第1種情況，按照無壓管、風管、橋架、壓力管先后順序布置，調整部分管道（如橋架）的標高達到布置要求（圖3）；對于第2種情況，按照有坡度要求管道優先、無坡度要求管道次之的布置原則；對于第3種情況，管道與柱、梁等承重結構相遇碰撞時，管道必須繞柱而行，大口徑的管道（如DN＞100 mm）盡可能不穿梁，如必須穿梁，應得到設計人員的同意，并且在此部位采取加固措施。

圖3 風管與水管、橋架碰撞調整

管線碰撞綜合調整是BIM技術在圖紙深化階段應用的關鍵價值所在。利用計算機強大的計算能力，可以對任何復雜情況進行碰撞檢測，完全突破了二維概念。同在二維圖紙上進行的管線綜合調整相比，其不僅具有直觀的三維顯示，而且能快速準確地找到并修改碰撞點，從而提高了管線綜合的效率和準確性。

3.4 出圖階段

經過了管線碰撞綜合調整階段，各個專業均得到了已經修改完畢的深化圖紙。再經過專業人員的最后復核就可以出具最終圖紙，作為指導施工用圖。鑒于目前施工人員習慣使用二維平面圖，技術人員仍需將平面圖下發到施工人員手中，而三維圖紙可以在進行施工技術交底時通過圖片、視頻等方法傳達給施工人員。即最終的深化圖紙既包含了普通的平面圖紙也包含了三維圖紙。

4 效益分析

4.1 社會效益

通過BIM三維模擬安裝，施工人員對整個安裝情況有了更深刻、更直觀的認識，提高了施工人員的工作效率。同時，優化了管線路徑、減少了返工、縮短了施工周期，項目管理水平得到了整體提高。再者，深化后的管線使用功能完善，空間布局合理、節省了管（電）井、吊頂內管線占據的空間，社會效益明顯[5]。

4.2 經濟效益

通過對管線走向進行優化，可以降低施工成本，而碰撞檢測則減少了返工情況的發生。和黃·小港灣改造項目工程在進行管線碰撞檢測時，共發現260 處碰撞點。如每處碰撞點返工費用按1 000元計算，本工程共節省了約30 萬元，具有極大的經濟效益。

5 結語

目前，工程項目管理正朝著精細化方向發展，而BIM三維模擬安裝技術則是精細化管理的具體體現之一。同時，隨著整個BIM技術的日漸成熟，模擬安裝技術的優點也將逐一呈現。采用BIM技術有利于簡化施工過程，對提高我國項目管理水平有著積極的意義。