BIM技術在多單位聯(lián)合設計的管線優(yōu)化中的應用

王 超，張景煜，曲高祥

（中建二局第二建筑工程有限公司 山東分公司，山東 青島 266000）

1 項目概況

青島某商住項目總建筑面積166 873.39m2，其中地上建筑面積111 798.76m2，地下建筑面積55 074.63m2。本項目包括23 棟單體及連體車庫，其中：1#～5#、7#～12#住宅樓10 層，高度30.75m；6#住宅樓15 層，高度46m；13#住宅樓16 層，高度49.05m；14#～16#、18#住宅樓17 層，高度52.1m；17#住宅樓14 層，高度41m；20#樓為物業(yè)配套，高度6.5m；21#、22#樓為一層商業(yè)配套，高度為5.6m；23#樓為物業(yè)管理用房，高度3.3m。

本項目建筑結構和人防由兩家獨立的設計單位進行設計，存在因設計意圖偏差導致的結構沖突、管線碰撞、施工困難等問題，本項目多單位聯(lián)合設計易出現(xiàn)問題的部分主要集中在地下車庫的管線綜合排布方面。對于一般民用建筑項目來說，建筑、結構專業(yè)所占工程量及直觀度遠大于包含暖通、電氣、給排水在內的管線綜合工程，但是由于管線綜合工程所包含的內容種類繁多，暖通、給排水等專業(yè)集成程度遠遠高于建筑專業(yè)，在多單位聯(lián)合設計背景下的傳統(tǒng)平面設計，各專業(yè)間缺乏高效、暢通的協(xié)調與銜接，導致電氣、給排水等專業(yè)間常常出現(xiàn)管線碰撞、專業(yè)沖突或遺漏等問題，給后期現(xiàn)場施工帶來較多困擾。因此，本文從多單位聯(lián)合設計的大背景出發(fā)，以BIM 技術為主要手段，科學、合理地進行管線綜合優(yōu)化，論述本項目的相關經(jīng)驗做法。

2 BIM技術在管線綜合優(yōu)化方面的研究概況

目前，BIM 信息模型在國內建筑行業(yè)管線綜合優(yōu)化方面的推廣及執(zhí)行落地情況與國外尚存在一定差距。目前國內相關專家學者正積極推動BIM 信息模型在建筑管線綜合優(yōu)化方面的落地。陳力攀[1]應用BIM 技術對南寧市某棚戶區(qū)改造項目綜合管線優(yōu)化進行探索研究，根據(jù)高層住宅建筑項目數(shù)據(jù)建立信息模型并通過多種方式進行綜合管線優(yōu)化，在各方面的管理都取得了較好的效果。丁傳奇[2]以中國人民大學教學科研樓和集體宿舍樓為對象，應用BIM 技術的管線綜合平衡技術，實施管線碰撞檢查、管線綜合調整和優(yōu)化、綜合支吊架、預制構件加工等等，為工程項目管理提供了一種全新項目協(xié)同技術管理模式。

傳統(tǒng)管線綜合設計一般為平面設計，而電氣、暖通、給排水在內的管線專業(yè)在平面設計中容易出現(xiàn)專業(yè)沖突的問題，很難實現(xiàn)高效的協(xié)調，因此，本文期望利用BIM 技術，以工程項目的各專業(yè)信息為根據(jù)建立三維模型，服務項目的全生命周期。從設計源頭，高效、協(xié)同的共享3D 模型，從設計之初就可以保證管線布置的合理性，尤其是在一些管線特別復雜的情況下能預先解決各專業(yè)沖突等管線協(xié)調問題，避免施工階段出停工窩工、材料浪費、增加成本等問題[3]，從而在保證質量的前提下滿足現(xiàn)場的施工要求。

3 施工階段基于BIM技術的管線綜合優(yōu)化

自本商住項目實施以來，系統(tǒng)梳理了本工程的實際情況，由于本工程機電系統(tǒng)齊全，勞務分包、專業(yè)分包與甲指分包較多，穿插管理施工難度大，施工總承包單位需要提前召集各分包單位將各專業(yè)圖紙進行深化和細化，如何合理地將設備、管線和末端裝置繪出綜合布置圖是本工程機電專業(yè)的重點工作之一。為此，施工總承包單位積極應用BIM 進行虛擬施工和施工過程控制，通過組建BIM 協(xié)同平臺、制定BIM 總協(xié)同流程（詳見圖1），運用三維建模和BIM 技術，將施工工藝參數(shù)與影響施工內容的屬性聯(lián)系起來，以反映施工模型與設計模型之間的交互作用，從而解決二維設計及專業(yè)間存在的沖突，并促進各專業(yè)間、各參與單位的工作交流與信息共享，指導現(xiàn)場施工，提升施工進度及質量。

圖1 項目BIM總協(xié)同流程

3.1 施工前優(yōu)化

在施工前期，由建設單位牽頭，組織多家設計單位進行圖紙設計內容接洽，針對重點設備、重點部位的設計思路進行交流。由于人防工程的管線較非人防部分的管線更為復雜，例如電氣設計不僅要滿足人防地下工程在戰(zhàn)時的使用功能，還必須考慮各管線的防護措施，確保人防工程良好的密閉性；在防護單元內給排水管道設施需要獨立設置，生活污水、機械廢水、洗消污水、消防廢水、雨水等排水方式及體制又分為不同的系統(tǒng)或體制。非人防設計單位在以地下車庫為主要防護單元的空間內布置非戰(zhàn)時的供電、照明、通信等電氣及雨污水管線時，有可能因不清晰防護單元管線排布需求或不清晰人防維護結構墻體的意義，設計了穿越人防維護結構墻體的管線等。

因此，建設單位組建BIM 協(xié)同平臺后，在施工前協(xié)同各設計單位從管線綜合設計圖紙出發(fā)組織設計交底，根據(jù)項目工作安排建立BIM 全專業(yè)模型，幫助建設單位、施工單位在圖紙會審、模型建立、問題篩查的過程中發(fā)現(xiàn)由多家單位聯(lián)合設計造成的圖紙矛盾、技術難點等問題，減少不必要的圖紙變更。本項目中建設單位依托組建的BIM 協(xié)同平臺（圖2），建模后將重要信息及問題及時提交給研發(fā)部、成本部等部室檢查、核對相關問題，以減低項目的會議、審核成本；經(jīng)過自檢、審核后的設計圖紙問題通過BIM 協(xié)同平臺同時反饋給多家設計單位，并進行BIM 檢查及精度審查，為整個項目標準化建模及高質量圖紙輸出奠定基礎。

圖2 BIM協(xié)同平臺硬件支持

3.2 施工中執(zhí)行

經(jīng)過前期建設單位運用BIM 協(xié)同平臺與多家設計單位對施工圖紙進行優(yōu)化后，如何在施工過程中嚴格按照施工圖紙進行施工，保證各專業(yè)間高效、協(xié)調的配合，也是基于BIM 技術管線綜合優(yōu)化的重要工作之一。

在本項目機電安裝各專業(yè)施工前，施工總承包單位按照專業(yè)類別，分別組織了專業(yè)分包與專業(yè)BIM 技術工作組及設計單位的技術交底對接會議，將設計意圖、施工前優(yōu)化圖紙、施工組織方案等內容及時、準確地向專業(yè)分包傳達到位。鼓勵各專業(yè)分包運用BIM 技術生成三維管線綜合圖再次進行碰撞檢查，避免專業(yè)間沖突，將存在問題及時反饋給設計單位，提高設計單位與施工總承包單、專業(yè)分包間的銜接效率。

在施工過程中，建設單位及施工總承包單位積極利用BIM 技術工藝模擬的特征，從施工方案、4D 模擬等角度出發(fā)，引導專業(yè)分包在施工組織階段依托BIM 技術輔助分析及方案交底的功能，確定合理的施工組織方案，便于各專業(yè)間施工方案的協(xié)調與配合。如圖3 所示，對于項目中關鍵管線進行4D 預排布，經(jīng)設計單位、建設單位審查比較后，以最優(yōu)排布形式進行施工，同時也為設計單位、建設單位對施工質量、施工工藝的檢查審核提供科學模板，便于施工過程中的施工質量的控制。

圖3 項目管線排布指導施工

3.3 施工后評價

積極的事后評價工作是總結經(jīng)驗、改善工作的重要內容。在本商住項目中基于BIM 技術的管線綜合優(yōu)化工作取得了較為顯著的成效，在施工前優(yōu)化、施工中執(zhí)行兩個階段的工作從作業(yè)層面上幫助建設單位、施工總承包單位實現(xiàn)了進度管控、工作面管理、質量監(jiān)督的高質量實施。施工后評價是幫助建設單位、施工總承包單位提高工作質量的重要方式。前期制定BIM 相應標準，完善BIM 應用流程（圖4），為后期建設項目提供可靠的工作信息支持。

圖4 項目BIM應用流程

由于BIM 技術的應用，在施工方案校驗、施工圖紙審核過程中實現(xiàn)了審核三維化、風險可視化、技術梳理標準化等高效工作模式，減少了同一單位的內部工作環(huán)節(jié)，節(jié)省了管理成本，釋放了管理精力；同時，由于圖紙、方案的優(yōu)化幫助施工總承包單位組建了高質量的施工方案，施工工序合理、施工質量大大提升，不僅縮短了施工工期，也節(jié)省了工程材料。

不足之處，BIM 協(xié)同平臺的反饋機制不便，需要多單位通過電話、紙質圖紙報送等方式反饋。

4 基于BIM技術的管線綜合優(yōu)化成果展示

4.1 基于BIM協(xié)同平臺生成問題報告

本商住項目中由于機電專業(yè)管線排布較為復雜，加之圖紙由多家設計單位聯(lián)合設計，因此不可避免地存在圖紙沖突（圖5）。借由BIM 協(xié)同平臺，施工總包單位及專業(yè)分包單位利用Revit 搭建三維模型，發(fā)現(xiàn)圖紙中存在問題點，在BIM 協(xié)同平臺中以問題報告的形式發(fā)送給各個設計單位。基于BIM 技術建立的協(xié)同平臺為建設單位、設計單位、監(jiān)理單位、施工總承包單位、專業(yè)分包單位在整個施工周期內的信息交互提供了傳輸平臺。

4.2 基于BIM技術的洞口預留預埋

本項目人防設計與非人防設計為不同單位，由于防護單元的結構設計及管線排布均有特殊要求，在地下車庫設計時，非人防設計可能會穿越人防維護結構墻體布線；同時，為幫助施工總承包單位及專業(yè)分包單位在施工過程中提高凈空層高的合理值及開洞準確率，本工程利用BIM 技術對機電管線排布進行了系統(tǒng)建模分析（圖6），提升了凈空層高，并為多家設計單位提供優(yōu)化后的路由。

圖6 項目預留孔洞圖BIM模型

4.3 基于BIM技術的管線綜合

本項目車庫部分無吊頂，各類管線明裝的現(xiàn)狀使得建設單位對于管線綜合排布的美觀、整齊程度具有更高的要求。施工總承包單位及各專業(yè)分包依托BIM 技術，重點對機電工程進行管線碰撞檢查，在施工過程中及時調整各類管線排布的問題，減少施工過程中不必要的返工；同時，綜合考慮抗震支架、綜合支吊架合理布置各類管線，通過管線綜合優(yōu)化使整個項目的管線達到凈高的標準下更加美觀大方（圖7、圖8）。

5 結論

在青島某商住項目的施工管理過程中，建設單位及施工總承包單位運用BIM 信息技術對其機電專業(yè)進行了管線綜合優(yōu)化應用，根據(jù)施工總承包單位對該項目應用BIM 信息技術進行管線綜合優(yōu)化應用的價值分析及統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，本項目共計優(yōu)化管線碰撞190 處左右，但同時也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)BIM技術的管線優(yōu)化對總體工程管道耗材總量的變化影響不大，這與鄧杰標在其研究成果中的結論較為一致。而應用BIM 技術進行管線優(yōu)化的主要效益體現(xiàn)在減少不必要的窩工、返工，大大縮短施工工期帶來的人員及機械的成本。經(jīng)統(tǒng)計計算，綜合優(yōu)化共減少了63%的返工率，消除了85%的設計變更，降低了55%的預算成本，節(jié)省了30%的用料成本，工期縮短了10%，降低了46%的溝通成本。

圖7 項目BIM模型解決管線碰撞

圖8 項目車庫明管優(yōu)化圖對比