基于BIM技術的機電系統管線碰撞優化設計

張淑靜，柯 耿，廖春成

(1.揚州市職業大學，江蘇 揚州 225009；2.北京師范大學總務，北京 100875)

1 引言

隨著社會經濟不斷發展，我國的建筑項目對于綠色建筑的要求越來越高，利用BIM技術就是要在建筑的全生命周期內，實現節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共生的高質量建筑[1]。而目前大多數的建筑項目在機電系統的設計優化施工過程中，各專業之間的溝通協同出現信息差，使得各方付出更多的人力、物力、財力，嚴重的要影響工期進度，出現窩工返工[2]。

2 BIM技術應用的理論基礎和現實意義

大型建筑物地下車庫的各類機電設備管線紛繁復雜，路由走向交叉分布，多層排布又會影響密集區域的凈高要求，數量多，種類復雜，各專業之間穿插交錯，綜合支吊架無法排布，預留孔洞無法準確布置，是機電系統最為突出的特點。傳統的二維CAD在制圖設計過程中雖然體現出了快速出圖的要求，但是因為每個專業由不同的設計人員負責，在很大程度上存在二維平面難以發現的問題和各專業之間溝通出現信息差等問題，導致施工過程中的圖紙存在在設計階段就需要解決掉的難題，尤其對于一些工期非常緊迫的項目，由此而引起的窩工返工所帶來人財物的損失是不可預估的[3]。基于上述種種問題，在設計過程中就采用BIM技術，同步跟蹤建立三維信息工程模型，即可很大程度減少各專業之間施工過程中的協調優化過程[4]。BIM技術可很好地解決機電專業與建筑結構專業之間的預留孔洞問題，避免后期大量的后開洞破壞結構安全和建筑美觀等問題，以及提前完成機電系統各類管線預排布，避免施工過程中的返工和資源浪費，還可以進行綜合支吊架的排布，既美觀又可節省資源，完整的BIM工程模型，包含建筑物各專業以及各類構件的所有信息，可為建筑的全生命周期管理提供信息庫[5～7]。

3 BIM技術在建筑業機電管線優化布置中的應用

3.1 某建筑物全專業BIM建模

針對項目施工過程中的各類問題，本文以BIM技術在某建筑物地下車庫中機電管線施工優化應用為例展開研究。

根據施工圖紙建立三維機電模型如圖1所示，整個地下車庫管線錯綜復雜，碰撞交叉點密布各個角落，這就給施工過程帶來巨大困擾，尤其在各類消防泵房、空調機房、配電房等的進出口位置，重疊交叉，凈高空間嚴重不足，設計過程中各專業設計人員單獨設計出現信息差，施工過程中各專業施工人員之間溝通不到位，引起施工過程中的返工現象，造成材料工期的浪費(圖2)。

圖1 某建筑物地下車庫機電系統管線BIM模型

圖2 運用BIM技術實現設備機房管線優化布置

3.2 BIM模型機電管線碰撞檢查優化報告分析

3.2.1 碰撞檢查清單列表

應用BIM模型碰撞檢查功能，檢測出典型問題如表1所示。

表1 BIM模型碰撞檢查典型問題清單

3.2.2 碰撞檢查報告分析

首先，將工程建筑，結構，水，暖，電各專業BIM模型鏈接整合在一起。

其次，通過碰撞檢查設置個專業之間的的容差值，整個建筑信息模型第一次共有初始碰撞點6833處。

再次，除去建筑和結構已經成型工程實體碰撞點，并對建筑和結構信息完成修正，檢測出第二次碰撞點6695處。

最后，根據實際經驗和對模型結構和碰撞點統計信息，發現有大部分是自動噴淋支管和其他管線的沖突，根據施工經驗及各專業溝通之后做了調整，第三次碰撞點共837處。

針對第三次碰撞檢查發現的837處碰撞點進行分析，其中現場施工過程可規避問題572處，占到總數的百分比為68.3%，須上報設計單位協調解決的265處，占到總數的百分比為31.7%。

3.2.3 BIM技術碰撞檢查及凈高分析

(1)碰撞檢測結果可以快速查找定位發生碰撞的管線位置，通過雙擊碰撞點可在模型中快速查看碰撞點所在位置，并可直接在模型上調整修改，軟件支持導出碰撞報告，便于施工方會總匯報相關碰撞情況。

(2)凈高分析，首先設置檢測范圍，選擇某一個標高作為凈高檢測的建筑完成面，其次設置檢測規則，支持不同的房間設置不同的凈高要求，最后設置檢測類別，方便設置參與凈高檢測的構件。

4 BIM技術應用于機電系統管線優化的優勢

本文通過對某建筑物案例進行建模分析及實地調研，建立了機電管線優化模型，并對模型的應用成果進行了闡述和檢驗，研究證明如下。

(1)在該項目中，僅消防給水泵房等關鍵機房區域中應用BIM技術對其進行優化設計，可減少變更以及返工成本費用預估值為6萬余元。

(2)在該項目地下車庫機電安裝采購中，風管和部分管道采用預制加工制作，通過風管的集中化加工，大大提高了風管施工的速度，有效地縮短風管施工 工期約半個月。提高了施工質量，減少了返工量，從而縮短機電安裝工期，保證項目按期完工。

(3)在該地下車庫的機電管線模型碰撞檢查中，發現碰撞點數千處，依據優化模型施工，累計節約成本耗費60余萬元，且提高了設計施工效率和建筑質量。

(4)在該建設項目中，通過BIM技術在物資方面的應用，節約材料預估約8%，控制材料的進場計劃，減少了材料人員統計材料所需的時間，實現了材料局部可查、整體可控的目標。

5 結語

BIM技術在國內目前處于蓬勃發展的階段，本項目中的機電管線優化和管理模式率先采用了BIM技術，完成了BIM技術在施工中的應用，并通過建立模型和效益分析證明了其應用價值，也為我國建筑行業內BIM技術的應用和推進做出了貢獻。