BIM技術(shù)在某商業(yè)改造項目中的應(yīng)用

王家紅

舜元建設(shè)（集團）有限公司 上海 200335

使用年限已經(jīng)超過15 a的建筑，往往存在設(shè)計資料時間跨度大，信息分散，現(xiàn)場實際情況與竣工圖紙不一致等問題，導致在改造施工過程中的信息整合難度大。現(xiàn)場勘測能提供完整準確的建筑實際情況，但是現(xiàn)有人工測量技術(shù)費時費力且成本高，現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)共享傳遞不方便等，導致很多問題在施工前都沒有被發(fā)現(xiàn)和解決，均留到了施工過程中去解決，不僅增加了施工難度，也影響施工質(zhì)量。BIM技術(shù)結(jié)合三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了前期勘測階段人力及時間成本的問題，施工階段BIM管線綜合及凈高優(yōu)化保證了施工可行性，有利于優(yōu)化施工工序，指導現(xiàn)場施工，從而提高施工的安全性和可靠性，保證施工質(zhì)量及建筑品質(zhì)[1-4]。

1 項目概況

背景項目位于上海市南京西路商圈，作為本次項目改造范圍的地下1層至地下2層為商鋪處于正常營業(yè)狀態(tài)，面積與產(chǎn)證面積一致，為9 250.10 m2。改造部分屬于商業(yè)裙房建筑，其中2層以上商場南面為4幢已售高層住宅單體。

2 項目特點

本項目位于CBD核心區(qū)域，人流量大，對鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝作業(yè)不利，增加了設(shè)備及材料運輸難度。地下室一半?yún)^(qū)域為2層商鋪且正常開放，項目施工過程中不能影響其正常營業(yè)。項目下方是上海軌交2號線及地鐵車站，1層商鋪正下方有地鐵電纜溝，開挖施工困難，安全隱患多。小市政管線部分需改污廢合流制為污廢分流制，總安裝寬度為1.5 m，空間狹小，敷設(shè)困難。按照商業(yè)規(guī)劃，本次改造增加了餐飲鋪位的面積及配套用廚房補風管道，并擴大了排油煙管尺寸。新版設(shè)計圖僅表示此次變更區(qū)域的情況，原有竣工資料為2007版檔案館掃描文件，信息整合難度大。

3 項目BIM技術(shù)應(yīng)用目標

隨著城市化進程的加速發(fā)展及人們對建筑功能要求的提高，越來越多的建筑有更新改造需求。改造項目與新建項目的最大區(qū)別就是不是從零開始，而是需要在現(xiàn)有建筑、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上作進一步的優(yōu)化和完善。現(xiàn)場情況與竣工圖紙不一致、竣工圖表達的信息不完整是公認的問題。保證模型的準確性和完整性是BIM能夠順利落地的前提。按照《上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南（2017）》要求，本項目中BIM技術(shù)主要運用在以下幾方面：

1）做好前期勘測，運用三維激光掃描技術(shù)更準確、高效地獲取現(xiàn)場的建筑、結(jié)構(gòu)信息。

2）三維點云模型與現(xiàn)有竣工資料及新版設(shè)計圖紙三者相互印證，完成土建、機電模型搭建。

3）利用BIM模型做管線綜合及優(yōu)化，滿足安裝及凈高要求。

4）利用BIM模型解決小市政管線及窨井排布方案。

5）預(yù)留預(yù)埋配合。

6）現(xiàn)場配合及三維模型技術(shù)交底。

4 BIM應(yīng)用技術(shù)路徑及成果展示

4.1 三維激光掃描技術(shù)運用

本項目位于CBD核心區(qū)域，人流量大，對鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝作業(yè)不利，增加了設(shè)備及材料搬運轉(zhuǎn)輸難度，運用三維激光掃描技術(shù)，可高效、準確地還原現(xiàn)場可視建筑、結(jié)構(gòu)情況。因本項目竣工已經(jīng)超過10 a，機電管線及設(shè)備有老化的現(xiàn)象，項目部指示原有機電管線及相關(guān)設(shè)備均全部拆除并替換新產(chǎn)品。原有建筑二次墻體全部拆除，部分鋼結(jié)構(gòu)拆除或加固。因受現(xiàn)場拆改進度限制，本項目2個樓面共分2次掃描完成。技術(shù)路徑如下。

4.1.1 現(xiàn)場勘察

三維激光掃描技術(shù)是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。掃描前技術(shù)人員需要根據(jù)項目要求獲取的建筑結(jié)構(gòu)或機電管線信息到現(xiàn)場進行勘察，或通過電話溝通的形式了解現(xiàn)場實際情況，判斷是否具備激光掃描作業(yè)的條件。激光掃描作業(yè)條件一般需要滿足以下幾點：掃描標的無遮擋，若原有建筑是有精裝吊頂?shù)模枰鹊蹴斆娌鸪⒌孛嫱瓿汕暹\后方能實施；自然光線或燈光條件需要滿足能見度要求；現(xiàn)場平整情況需要滿足架設(shè)掃描儀器的條件。

4.1.2 掃描規(guī)劃

規(guī)劃時應(yīng)考慮現(xiàn)場實際情況，提前確認好具備掃描條件的區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)計竣工圖資料，核對需要掃描的區(qū)域，提前規(guī)劃好掃描實施的路線路徑，確定大致需要布置的站點數(shù)量，準備好所需材料及設(shè)備。

4.1.3 站點布置

站點布設(shè)采用統(tǒng)一專用標志，方便現(xiàn)場工作人員辨識，要求標記醒目容易查找。相鄰站點間要求保證65%的重疊度且相互距離控制在10～15 m。

4.1.4 三維掃描

現(xiàn)場實施三維掃描作業(yè)時，應(yīng)盡量避免無關(guān)人員走動。設(shè)置掃描儀的精度為2 mm，在掃描作業(yè)的同時利用設(shè)備一體化集成的高分辨率相機同步采集現(xiàn)場目標的全息影像（圖1）。

圖1 現(xiàn)場儀器設(shè)置

4.1.5 點云數(shù)據(jù)處理

點云數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)作業(yè)包括點云數(shù)據(jù)的配準、濾波、去噪、模型生成等幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實現(xiàn)點云拼接的方法主要有3種：基于靶標的拼接、基于點云的拼接、基于控制點的拼接。運用專業(yè)的軟件進行轉(zhuǎn)化處理，形成點云模型。

4.1.6 模型比對及生成

Revit模型導出Navisworks格式BIM模型文件，在Navisworks中設(shè)置點云模型與BIM模型的間隙為3 mm，軟件自動比較識別出點云模型與BIM模型之間的差異，手動調(diào)整相應(yīng)Revit模型中有差異區(qū)域的模型構(gòu)件信息，從而生成與現(xiàn)場一致的BIM模型。

4.1.7 整理問題報告

對模型比對過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行梳理，提交業(yè)主方及設(shè)計院。經(jīng)各方協(xié)調(diào)后設(shè)計院出具相應(yīng)的變更、整改文件，作為施工方實施和結(jié)算的依據(jù)。本項目中通過比對發(fā)現(xiàn)建筑相關(guān)問題2處，結(jié)構(gòu)相關(guān)問題22處，機電相關(guān)問題20處，經(jīng)與業(yè)主及設(shè)計師溝通后，設(shè)計院追加了變更單及具體的施工方案，提前解決了施工問題，避免了后續(xù)返工。

4.2 三版資料相互比對、驗證

根據(jù)檔案館資料，本項目1層下方有地鐵線路通過且敷設(shè)供給地鐵線路的電纜溝，地下的結(jié)構(gòu)本次不改造，但是項目中1層商鋪增加了排水管路由，需要敷設(shè)在地板下，因此必須利用檔案館資料復(fù)核地下結(jié)構(gòu)情況建模。新版結(jié)構(gòu)設(shè)計圖為CAD圖紙，均為地上部分的結(jié)構(gòu)，且設(shè)計圖中僅標注了本次改造過程中涉及的拆改、加固的結(jié)構(gòu)尺寸，不改造的結(jié)構(gòu)未加以標注及說明。不明確的結(jié)構(gòu)信息在建模過程中需要比對點云模型，本次不改造且保留的結(jié)構(gòu)參照檔案館提供的PDF文件，改造的結(jié)構(gòu)參照新版結(jié)構(gòu)設(shè)計圖文件，從而建立一整套準確、完整的結(jié)構(gòu)模型。

4.3 利用BIM模型進行管線優(yōu)化及凈高分析

本次改造工程將原有商鋪面積進行了重新分割，另外增加了餐飲區(qū)域的面積，從而導致新增了廚房補風管道，廚房排油煙管道尺寸加大，風管數(shù)量及尺寸的變化增加了管線排布的壓力。

根據(jù)管線設(shè)置情況確定管線排布的大致原則：

1）盡量考慮采用綜合支吊架，同一區(qū)域布置的管線采用垂直方向分層布置時，一般遵循電纜橋架、線槽在上，水管在下（防止水管漏水），風管在上，水管在下（風管一般不需要檢修）的原則，風管分支管避開主管線布置。

2）服務(wù)同一商鋪的廚房補風、廚房排油煙管道盡量水平平鋪，設(shè)置在同一層空間內(nèi)。

3）各商鋪基本上都設(shè)置了排煙管道，為了減少與其他專業(yè)管線的交叉，排煙管道利用平面空間與其他管線分開布置。

4）通過調(diào)整風管路由減少管線交叉，變更風管橫截面比例來降低管線高度的方法達到凈空控制要求。

解決方案一：本項目中1處位于公共走道內(nèi)的管線密集，經(jīng)綜合排布后管線距離地面為2.5 m，凈高達不到2.7 m要求。經(jīng)綜合考慮建筑、結(jié)構(gòu)模型后發(fā)現(xiàn)，走道邊有公共樓梯間，如果將部分管線移至樓梯間內(nèi)高位布置，對樓梯間的使用不會產(chǎn)生影響，管線距離地面為2.9 m，滿足了凈高的要求（圖2、圖3）。

圖2 樓梯間區(qū)域管線優(yōu)化前

圖3 樓梯間區(qū)域管線優(yōu)化后

根據(jù)《防排煙規(guī)范》相關(guān)要求：排煙管道不應(yīng)穿越前室或者樓梯間，如確有困難必須穿越時，其耐火極限不應(yīng)小于2 h。穿越樓梯間隔墻處設(shè)置排煙防火閥，樓梯間處風管耐火極限不小于2 h。防火閥兩側(cè)2 m范圍內(nèi)的風管采用防火風管或防火封包，且耐火極限不低于防火分隔體的耐火極限。經(jīng)各方討論后確認將走廊內(nèi)的空調(diào)水管及排煙管移至樓梯間內(nèi)布置，風管進出樓梯間處增加控制閥門，風管材料做防火處理，滿足耐火要求。

解決方案二：本項目中1層各商鋪均設(shè)置了排水點位，原設(shè)計中排水管采用埋地敷設(shè)。綜合土建模型及機電模型后發(fā)現(xiàn)，地面下設(shè)置了混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)梁，且下方就是地鐵電纜溝，排水管線需要穿越地鐵電纜溝上方且在原有基礎(chǔ)梁上開洞。地面開挖風險大，不確定因素多，且排水管沒有放坡的空間。最后建議用變更排水點位位置的方法，使排水點位避開電纜溝及基礎(chǔ)梁設(shè)置，直接貼外墻立下排至室外。

解決方案三：本項目按照市政部門要求，排水出戶管改合流制為分流制，需要在1.5 m水平范圍內(nèi)增加1套污水管道及窨井。其中雨水井直徑630 mm，污水井和廢水井直徑均為315 mm。除去井本身所占用的空間，井與墻壁及井間距離僅有240 mm。建議管線及窨井水平方向遵循嚴格平行布置；垂直方向布置2層，雨水管布置在中間下層，污、廢水布置在左右兩側(cè)上層；雨水支管水平接入窨井，污、廢水支管在最高位水平接入窨井，首井的深度需要低于支管高度；采用成品塑料井，其井蓋尺寸與井身基本相同，對安裝不會產(chǎn)生影響。

4.4 預(yù)留預(yù)埋配合及三維模型技術(shù)交底

本項目中預(yù)留預(yù)埋包括兩部分：二次墻體留洞和樓板留洞。

在管線綜合排布完成后，按照水管留洞比水管大1～2檔，風管各邊大50～100 mm的原則，利用品茗HiBIM軟件的留洞功能，提前設(shè)置好留洞要求，管線密集處設(shè)置好綜合留洞邊界條件，實現(xiàn)一鍵開洞操作。

Revit建模軟件及Naviswork模型查看軟件對電腦配置要求高，項目現(xiàn)場施工人員查看不便，利用Fuzor插件對模型做輕量化處理，其生成的exe文件可以在不安裝相關(guān)軟件的情況下實現(xiàn)PC端查看、瀏覽功能，實現(xiàn)模型信息正向傳遞。

5 結(jié)語

在本次改造項目中，借助三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，準確、高效地還原了現(xiàn)有建筑、結(jié)構(gòu)情況，節(jié)省了時間成本和人力成本。BIM模型用于設(shè)計問題溝通及施工交底，提高了溝通效率。BIM技術(shù)用于機電管線綜合，保證了凈高要求，提高了建筑品質(zhì)。模型導出的二維圖紙指導現(xiàn)場施工，減少了返工、節(jié)省了工期，提高了施工質(zhì)量。