BIM技術在安裝工程中的應用研究

文/天津天房麗山置業有限公司 趙 川

天津市天房科技發展股份有限公司 時 嶺

趙 川，天津天房麗山置業有限公司工程師

時 嶺，天津市天房科技發展股份有限公司工程師

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是以建筑工程項目中各相關數據作為參數，將項目中的各種相關信息進行整合，是對整個建筑設計的一次“預演”，具有可視化、模擬性、優化性、協調性和可出圖性五大特點[1]。21世紀初期，在國外建設領域中，開始掀起了行業技術革新的浪潮。KORMAN T M等將學術研究和建筑工業聯系起來，運用BIM思想創建了一個建筑協調系統，綜合分析了水、暖、電等各專業對建筑施工的影響，以便設計師對安裝工程進行設計時，能夠綜合考慮各專業相互協調的問題[2]。目前我國BIM技術的應用與研究還處于起步階段，但其對建筑行業將是一個劃時代的變革。張建平等針對我國施工管理特點，提出BIM施工應用技術架構，將BIM與4D技術相結合，研究施工項目管理軟件，充分體現了BIM技術的應用價值[3]。在國家“十一五”規劃中，BIM技術研究已經被列為國家科技支撐重點項目[4]。

在建設施工領域中，往往涉及多個專業分支，各個專業相互交叉，其信息量共享成為一項難題。尤其在建筑安裝工程施工領域，設備管線多，錯綜復雜，極易出現管線碰撞問題，也是最容易出現返工的地方，造成經濟損失和工期延誤[5-6]。本文以天津市某在建工程為研究對象，將BIM與機器人全站儀放線相結合的技術應用到建筑施工領域，采用統一設計、統一放線、統一安裝的形式進行施工，達到優化施工方案、降低施工成本、提高施工效率及保證施工質量的目的。

1 工程概況

天津市海河沿線某重點工程在建項目，形狀近似長方形，東西長約260m，南北寬約50m，占地面積近1.3萬m2。總建筑面積約4.5萬m2，其中地上面積3.2萬m2，地下建筑面積約1.3萬m2。該項目建成后將成為天津市海河沿線重點景觀工程之一。項目模型如圖1所示。

鑒于該項目安裝工程面積大，工期要求緊，管線種類繁多，空間關系復雜，同時還要注重美觀要求，為節約造價，避免安裝工程出現返工現象，保證工程進度和質量要求，本項目針對安裝工程采用BIM技術進行二次深化設計，對復雜的管線布置進行設計和施工優化。

2 BIM深化設計

機電安裝工程深化設計是將施工圖設計階段完成的機電管線進一步綜合排布，根據不同管線的性質、功能和施工要求，結合建筑裝修使用功能的要求，對管線位置統籌排布。在施工過程中，施工圖設計階段的平面圖紙、系統圖紙和主要管廊的剖面圖紙已無法滿足機電施工要求，經常會出現專業間交叉碰撞、拆改現象。因此，基于BIM的機電管線綜合排布工作就變得越來越重要。

首先利用初始BIM模型，通過Navisworks軟件將各專業鏈接進行碰撞檢測，找出原設計圖紙中的碰撞問題，根據施工原則進行統一排布，對所有機電管線進行深化設計。機電深化設計前期以主管線綜合設計為主，中期以分支管線綜合設計為主，到后期在主管線的線路完成深化設計后，需要考慮綜合支吊架的設計，該部分工作反映在BIM模型中則需建立綜合吊架的BIM模型。深化設計完成后繼續通過Navisworks軟件進行碰撞檢測，整改模擬施工中出現的碰撞，提前發現并解決問題，以降低施工難度，減少施工變更，控制建設成本。通過機電專業BIM模型的深化設計，合理排布機電工程各專業管線的位置，最大限度地實現施工圖設計階段與施工階段的過渡。

3 碰撞檢測分析

隨著對建筑物使用功能的要求越來越高，機電安裝也變得越來越復雜。工程中常見的機電安裝系統有暖通空調系統、強弱電系統、給排水系統、消防噴淋系統、樓宇控制系統和安防系統等。通過BIM平臺，把各專業建立好的模型整合到一起。利用BIM技術強大的空間計算能力，能夠快速、準確計算出各專業設備或管線之間存在的碰撞現象。這些碰撞位置、類型都會顯示出來，并把這些碰撞點匯總，形成碰撞檢測報告。

針對本工程，通過BIM技術共發現管線碰撞點幾百個，其中包含管線之間的碰撞、管線與建筑物之間的碰撞等。在遵循管線避讓的原則下，為節約成本并實現靈活施工，通過BIM技術對碰撞部位進行二次優化調整，避免管線之間出現碰撞現象。調整結果如圖2所示。

圖1 項目模型

圖2 碰撞優化對比

4 吊架綜合設計

結合本工程管線復雜、排布集中的特點，在安裝工程施工之前，利用BIM軟件有針對性地對管道進行綜合排布，在保證建筑使用功能的前提下，本著“先主后支、先上后下、先大后小、先無壓后有壓”原則將相關各專業管道進行最優化布置。優化布置后，對管道支吊架進行統一安裝設計，力求達到美觀統一的效果，選用的鋼材型號必須符合相關專業規范要求。依據近年來在公用、民用建筑施工中常用的支吊架安裝形式，結合BIM技術制定詳細的施工方案。其綜合排布如圖3所示。

5 施工方案

本工程采用BIM一站式放線技術進行施工放樣。該系統包括BIM放樣全站儀和三維激光掃描儀。BIM放樣全站儀支持主流三維BIM模型（如Tekla、Sketchup、Revit、Ac等），能夠快速完成異形建筑測量放樣工作，且能在施工現場和辦公室高效管理所有放樣的分層數和點數據，按照需求創建控制點和作業線，實現施工現場100%無紙化作業，單人操作放樣即可。

在施工過程中，要求實現BIM放樣全站儀和三維激光掃描儀交互作業，制作采集現場模型。三維激光掃描儀采集的現場數據形成BIM模型，能夠無縫導入BIM放樣全站儀進行放樣。要求整個施工應用系統能夠達到BIM to Field，以BIM模型為依據，精確、快速指導施工放樣，同時還要求能夠實現Field to BIM，能快速、精確采集現場模型，并通過后處理軟件快速建立BIM模型。將現場模型與設計模型進行對比分析，由現場模型指導下一步施工放樣，形成一整套完整的BIM指導施工應用流程。

圖3 吊架綜合排布

6 結語

1）運用BIM技術對安裝工程進行二次優化設計，可快速模擬管線碰撞。通過及時優化設計方案，避免由此帶來不必要的經濟損失，提高施工效率和施工質量，取得較好的綜合收益。

2）依據BIM深化設計成果，將支吊架進行統一排布安裝，不僅能優化凈空、美化安裝成果，還能快速提高施工效率，有效避免在施工過程中因多專業交叉施工產生的碰撞問題。

3）將BIM放樣全站儀和三維激光掃描儀相結合實現一站式放線，能夠快速完成測量放樣工作，提高施工效率和放樣準確性，降低人工成本，對保證安裝工程質量和工期進度等具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]樊永生．建筑信息模型的空間拓撲關系提取和分類研究[D]．西安：西安建筑科技大學，2013．

[2]KORMAN T M, HUEY-KING L． Industry input for construction engineering and management courses: development of a building systems coordination exercise for construction engineering and management students[J]． Practice periodical on structural design and construction，2013（1）：68-72．

[3]張建平，李丁，林佳瑞，等． BIM在工程施工中的應用[J]．施工技術，2012，41（16）：10-17．

[4]翟越，李楠，艾曉芹，等． BIM技術在建筑施工安全管理中的應用研究[J]．施工技術，2015，44（12）：81-83．

[5]紀凡榮，徐友全，曾大林，等． BIM技術在某項目管線綜合中的應用[J]．施工技術，2013，42（3）：107-109．

[6]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．