BIM技術(shù)在裝配式建筑安裝工程算量中的應(yīng)用

廖小輝 陳孜虎 王振強(qiáng) 梁 波 趙 偉

中冶建工集團(tuán)有限公司 重慶 400084

BIM技術(shù)是一種基于多種軟件的三維建模的技術(shù)[1]，以及與此項(xiàng)技術(shù)相關(guān)聯(lián)，用于繪制、傳輸和分析三維模型的流程。BIM是一種對建造對象的數(shù)字化的表達(dá)方式，是由相應(yīng)實(shí)體的幾何構(gòu)件（如梁、板、柱等）以一定的方式組合而成的三維虛擬模型。該模型不僅包含幾何構(gòu)件的基本屬性（如材質(zhì)、尺寸等），還包含幾何構(gòu)件之間的空間位置關(guān)系、數(shù)量和連接方式等。由此可知BIM技術(shù)不僅僅是一套三維建模軟件，還是信息管理與傳遞載體，是工程項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的管理決策高效的輔助手段。BIM中，“B”（building，建筑）是目標(biāo)，“M”（modeling，模型）是載體，而“I”（information，信息）才是BIM技術(shù)的核心，也是BIM技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的重要區(qū)別。

尤其在復(fù)雜外形的異形構(gòu)件方面，BIM技術(shù)能夠準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜曲面，模型賦予的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地表達(dá)出來，根據(jù)軟件內(nèi)置的算法，能夠快速獲取異形建筑構(gòu)件及安裝工程的工程量清單。仿古建筑結(jié)構(gòu)中，往往存在大量的異形構(gòu)件，采用傳統(tǒng)的技術(shù)，無法準(zhǔn)確表達(dá)構(gòu)件的精確尺寸及工程量，此時BIM技術(shù)的優(yōu)勢則更加顯著[2-3]。

運(yùn)用BIM模型，能夠建立更加合理的施工順序，為施工管理提供高效的技術(shù)手段，包括施工組織設(shè)計(jì)、招標(biāo)采購、施工排序、成本控制與分析、構(gòu)件制造與安裝等，模型中也包含設(shè)計(jì)對象的詳細(xì)信息，為項(xiàng)目的施工與預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)提供有力的支撐與保障。

1 工程概況

項(xiàng)目位于重慶市主城區(qū)，由裝配式建筑物組成，主要建筑功能為住宅，地上31層，無地下部分。住宅首層層高4.80 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.00 m，結(jié)構(gòu)總高度為94.80 m。

本工程豎向構(gòu)件全部采用高精度模板施工工藝。水平構(gòu)件（樓板）采用鋼筋混凝土疊合樓板，空調(diào)板采用預(yù)制鋼筋混凝土空調(diào)板，樓梯采用預(yù)制混凝土樓梯，部分結(jié)構(gòu)梁采用預(yù)制梁。

非承重外圍護(hù)墻采用厚250 mm蒸壓加氣混凝土自保溫外墻板，內(nèi)隔墻采用厚100 mm或200 mm輕鋼龍骨硅酸鈣裝飾一體板內(nèi)隔墻，內(nèi)隔墻采用內(nèi)隔墻與管線一體化的方式。采用全裝修，干式工法樓、地面和集成廚房、整體衛(wèi)生間，管線與主體結(jié)構(gòu)分離，利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合設(shè)計(jì)，裝配率為78.3%。

建筑物Revit模型如圖1所示。

圖1 建筑物模型

2 建模標(biāo)準(zhǔn)

三維模型作為建筑信息的載體，是BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，如何準(zhǔn)確地建立模型就顯得尤為重要。不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員的一致性表達(dá)，是三維模型信息準(zhǔn)確傳遞的關(guān)鍵，因此需要建立一套完整的建模標(biāo)準(zhǔn)[4]。這里所研究的模型是基于Autodesk公司的Revit軟件，它是一套建筑、結(jié)構(gòu)工程以及施工安裝等的建模軟件，也是應(yīng)用最為廣泛的BIM建模軟件之一。管線避讓原則：大管優(yōu)先，小管讓大管；有壓管讓無壓管，低壓管避讓高壓管；金屬管避讓非金屬管；臨時管線避讓長久管線；消防水管避讓冷凍水管；可彎管線避讓不易彎管線；分支管線避讓主干管線；附件少的管線避讓附件多的管線。

管線不應(yīng)穿越防火卷簾，若管線穿過防火卷簾上方，土建能滿足凈高要求時，管線可從防火卷簾上方預(yù)埋套管穿結(jié)構(gòu)梁通過，應(yīng)標(biāo)注穿梁套管類型、規(guī)格及尺寸。

管線在平面上應(yīng)均勻、平行敷設(shè)，成排管道管底標(biāo)高應(yīng)相同，采用綜合支架安裝，優(yōu)先考慮單層布置，便于安裝、檢修；必須分層布置時，應(yīng)在同類管線間進(jìn)行分層。

綜合管線的設(shè)計(jì)間距應(yīng)該滿足相應(yīng)的規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 模型建立

由于BIM具有良好的可視化、模擬性、協(xié)同性、優(yōu)化性、出圖性等特點(diǎn)[5-6]，采用BIM技術(shù)能夠有效提高管理效率。依據(jù)上文中的扣減順序完成建模，梁、柱、墻、板的模型完成后，應(yīng)檢查確認(rèn)各部分之間的連接扣減關(guān)系是否準(zhǔn)確。創(chuàng)建了結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電設(shè)備的模型，結(jié)構(gòu)模型包括梁板柱等，建筑模型包括連續(xù)墻、結(jié)構(gòu)墻、門窗等，機(jī)電設(shè)備模型包括給排水管線、暖通系統(tǒng)、電氣設(shè)施及配套設(shè)備機(jī)房等。該水系統(tǒng)、暖通模型如圖2～圖5所示。

圖2 給排水系統(tǒng)Revit透視模型

圖3 單層給排水Revit模型

圖4 暖通系統(tǒng)管線透視Revit模型

圖5 暖通系統(tǒng)管線單層透視模型

4 算量分析

建筑物管線模型包括給排水專業(yè)、暖通專業(yè)、電氣專業(yè)，限于篇幅這里只對給排水系統(tǒng)管線進(jìn)行算量分析。管線模型搭建前，應(yīng)對未分離管線或分離管線進(jìn)行區(qū)分，建模完成后，針對線路布置、碰撞避讓進(jìn)行優(yōu)化，以便滿足算量的要求。使用Revit軟件的統(tǒng)計(jì)功能，按專業(yè)及管道類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，形成管道總量及分離或未分離管清單。

管線分離比例計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：q3d——管線分離比例；

L3d——各樓層管線分離的長度，包括裸露于室內(nèi)空間以及敷設(shè)在地面架空層、非承重墻體空腔和吊頂內(nèi)的給排水管線長度之和；

L——各樓層給排水管線的總長度。

在本項(xiàng)目中，給水立管、污水立管、通氣立管、水平安裝的給排水管道、整體衛(wèi)生間及廚房潔具豎向連接管道、室內(nèi)消火栓管道計(jì)入分離管線，陽臺用水器具豎向連接管道計(jì)入未分離管線。

若Revit模型的設(shè)計(jì)深度符合工程實(shí)際，用Revit提取的工程量也必然是非常準(zhǔn)確的。與平面圖紙的算量相比，由于無法準(zhǔn)確詳細(xì)地表達(dá)細(xì)節(jié)，且采用工程量估算公式等，用Revit模型所提取的工程量會更加準(zhǔn)確。限于篇幅，這里以A戶型電氣管線導(dǎo)出清單為例對比分析，A戶型管線模型如圖6所示，Revit導(dǎo)出清單如表1所示。

表1 A戶型（4室2廳）電氣Revit統(tǒng)計(jì)

圖6 A戶型管線模型

為了更具對比性，采用手工計(jì)算的方式進(jìn)行管道的統(tǒng)計(jì)，與使用Revit軟件統(tǒng)計(jì)功能統(tǒng)計(jì)的工程量進(jìn)行對比。手工計(jì)算A戶型電氣清單如表2所示。

表2 A戶型（4室2廳）電氣手工計(jì)算統(tǒng)計(jì)

根據(jù)Revit模型提取的工程量計(jì)算結(jié)果，使用Revit軟件建模所提取電氣專業(yè)管線的工程量，與采用手動核算工程量的對比誤差在4%以內(nèi)，說明使用按照既定建模規(guī)則所建立的Revit模型提取的工程量工作是有效的。

同時，運(yùn)用Revit也省去了采用其他工程量計(jì)算軟件而導(dǎo)致的二次建模的情況發(fā)生，為BIM正向設(shè)計(jì)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

對于給排水專業(yè)和暖通空調(diào)專業(yè)，生成工程量清單與電氣專業(yè)類似，這里不再重復(fù)。

根據(jù)Revit建模計(jì)算結(jié)果可知，進(jìn)行管線分離計(jì)算分為Revit計(jì)算和手工計(jì)算兩種方法，給排水專業(yè)管道工程量與手工計(jì)算工程量誤差很小，管線分離率的計(jì)算結(jié)果也十分接近。但電氣專業(yè)管線工程量尚有一定誤差，分析原因可能是由于Revit統(tǒng)計(jì)計(jì)算是直接按照模型中管道長度來計(jì)算的，而未計(jì)算中間連接件（線盒、彎頭）的長度。傳統(tǒng)手動安裝算量包含管道延長米（即到管件中心的延長線長度）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果才是計(jì)算值。

在Revit計(jì)算工程量時，例如彎頭等管件本身長度也非計(jì)算值，且Revit無法對管件直接統(tǒng)計(jì)計(jì)算，還需要在管件族中添加管件長度參數(shù)，Revit才能進(jìn)行管件長度的統(tǒng)計(jì)，因此也會產(chǎn)生一些誤差。

5 結(jié)語

通過對Revit模型建模規(guī)則和模型的準(zhǔn)確程度的研究，為Revit軟件構(gòu)建算量模型提供了指導(dǎo)。只要模型的深度和細(xì)節(jié)表達(dá)得足夠精確，Revit模型的算量結(jié)果就能夠滿足工程實(shí)際需求。

Revit工程算量基礎(chǔ)是Revit模型的精確創(chuàng)建；算量模型必須涵蓋工程量計(jì)算規(guī)范中的所有要素，因此如何快速完成Revit模型的創(chuàng)建，成為算量方法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在，該方面還需要更加深入的研究。

該案例中Revit工程算量的計(jì)算誤差在4%以內(nèi)，一定程度上滿足工程建設(shè)的算量需求。

Revit工程算量能夠滿足某些場合的精確算量需求，為管線的數(shù)字化定制加工，提供準(zhǔn)確的依據(jù)。