BIM技術(shù)在公共建筑管線綜合深化設(shè)計中的應(yīng)用研究

■連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李正超 王會

江蘇蘇港工程有限公司 熊紀朋

機電安裝工程從施工進場開始到水、暖、電聯(lián)合試運行結(jié)束，貫穿整個施工過程，其重要性不言而喻[1]。隨著人們對公共建筑功能、質(zhì)量、空間、舒適等方面要求的逐漸提高，機電安裝過程也變得愈加復(fù)雜。其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在材料、工種及安裝工藝方面，施工過程中需要各專業(yè)相互協(xié)調(diào)配合，且需要投入大量的資源。公共建筑的設(shè)備管線繁多且復(fù)雜，管線碰撞沖突與協(xié)調(diào)困難等問題時有發(fā)生，勢必會造成返工與成本的增加[2]。而傳統(tǒng)機電平面圖紙更是讓本就復(fù)雜的機電安裝“雪上加霜”，施工單位拿到機電設(shè)計圖需進行二次深化，否則無法直接施工。

近年來，在國家和市場的雙重推動下，作為數(shù)字化核心技術(shù)，建筑信息模型（BIM）技術(shù)快速發(fā)展，為解決機電安裝的復(fù)雜性問題帶來了福音。對于施工方來說，施工技術(shù)人員通過運用BIM技術(shù)，提供準確的機電安裝施工提供構(gòu)件信息、定位尺寸和預(yù)留預(yù)埋等相關(guān)內(nèi)容，從而進行管線碰撞分析及綜合優(yōu)化；通過三維信息模型進行施工模擬，避免管道和設(shè)備在運輸和安裝時遇到空間不足等問題，為工程實際施工安裝提供參考依據(jù)，達到指導(dǎo)施工、降低成本的目的[3]。由此可見，BIM技術(shù)在公共建筑機電設(shè)備安裝工程應(yīng)用中具有十分廣闊的前景。本文以某工程為例，研究BIM技術(shù)在公共建筑管線綜合深化設(shè)計中的應(yīng)用及其效果，以期為相關(guān)工程提供參考和借鑒。

項目概況及重難點分析

項目概況

該工程為綜合性酒店項目，建筑總面積約為2.7萬m2（地上2.1萬m2、地下0.6萬m2），建筑高23m，地上5層、地下1層。一層主要為餐飲、娛樂、會議場所，層高4.5m，2~5層主要為酒店客房，層高3.9m。

工程重難點分析

該項目為集餐飲、娛樂、會議、辦公、住宿一體化的綜合性酒店，功能需求多，空間要求高。項目涵蓋給排水、消防、暖通、空調(diào)、電氣、通訊系統(tǒng)等，管線類型十分復(fù)雜（表1）。在項目實施過程中，施工單位為施工總承包單位，機電的空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)不在施工安裝承包范圍內(nèi)，主體建筑機電安裝工期為100天，工期緊、任務(wù)重。施工時涉及多專業(yè)和多工種立體交叉作業(yè)，工藝復(fù)雜、相互影響，溝通協(xié)調(diào)難度較大。

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項目應(yīng)用基本流程

針對該項目機電安裝施工的特點，我們受施工總包單位的委托，聯(lián)合成立了BIM咨詢團隊，由高校BIM方向?qū)I(yè)教師和企業(yè)項目技術(shù)負責(zé)人共同參與，展開項目應(yīng)用并制定詳細的BIM實施方案。

軟件選擇

利用BIM可視化和參數(shù)化特性，選擇合適的軟件，建立三維模型，完成模型的深化設(shè)計，利用模擬化特性，指導(dǎo)現(xiàn)場施工（表2）。

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BIM實施方案

在對項目詳細分析的基礎(chǔ)上，選擇合適的軟件，根據(jù)規(guī)范制定相關(guān)實施流程和標準，完成該工程的機電深化設(shè)計及施工安裝。主要包括以下工作內(nèi)容：一是制定土建深化設(shè)計、機電深化設(shè)計BIM實施流程；二是制定統(tǒng)一的BIM模型制圖規(guī)則，如模型單元命名、顏色設(shè)置、模型的幾何信息表達和屬性信息表達、交付深度等；三是各專業(yè)協(xié)同建模，圖紙核查，問題反饋；四是碰撞檢查，模型優(yōu)化；五是管線綜合優(yōu)化（機電深化設(shè)計和綜合優(yōu)化）。

管線綜合深化設(shè)計應(yīng)用與價值

制定深化設(shè)計流程

參照《建筑信息模型施工應(yīng)用標準》（GB/T 51235-2017），制定了土建和機電的BIM應(yīng)用實施流程（圖1、圖2）。

圖1 土建任務(wù)流程圖

圖2 機電任務(wù)流程圖

制定BIM實施標準

BIM實施標準主要分為兩大類：一是項目模型標準，如項目命名、項目定位（項目基點、標高、軸網(wǎng)）、單位、標注等，需要先制作一個統(tǒng)一的模板，作為各專業(yè)模型建模的模板；二是各專業(yè)建模標準，如構(gòu)件分類、命名（族及族類型）、機電系統(tǒng)劃分及顏色管理（圖3）等。

圖3 機電過濾器設(shè)置

根據(jù)深化設(shè)計要求，模型精度應(yīng)達到LOD350，由于工作量、時間以及任務(wù)分工影響的關(guān)系，此次設(shè)計模型精度在LOD300—LOD350之間。

各專業(yè)協(xié)同建模

協(xié)同建模時，需要注意以下兩個方面：一是廣義的協(xié)同，即做好甲方、設(shè)計以及施工現(xiàn)場各專業(yè)人員的信息溝通；二是狹義的協(xié)同，即做好各專業(yè)模型之間的聯(lián)系。廣義的協(xié)同通過總包單位施工技術(shù)負責(zé)人來主導(dǎo)溝通聯(lián)系，狹義的協(xié)同通過各模型直接相互鏈接實現(xiàn)。

在建模的過程中，還需要注意的是：建模的過程是一個由粗到細、由簡到精的過程，尤其是對于機電專業(yè)來說，初學(xué)者或者新手往往想做到一步到位，一次把所有構(gòu)件都創(chuàng)建出來，碰撞全部調(diào)完，這樣做往往會適得其反，不但調(diào)整不好，反而會大大增加自己的返工量。

正確的建模方式，應(yīng)該分主次分批建立，對建筑物起重要影響作用的構(gòu)件先創(chuàng)建，次要的部分以后再逐步完善。以給排水專業(yè)為例，各類管道系統(tǒng)，如消防系統(tǒng)，在創(chuàng)建噴淋和消防栓管道時，應(yīng)優(yōu)先考慮可能影響建筑物空間要求的主管徑管道，其支管（管徑小于65）管件可先忽略，待機電管線空間排布滿足要求后，再將其補充完整。

具體而言，模型搭建需滿足以下幾方面要求：一是模型搭建需要根據(jù)圖紙、說明、系統(tǒng)圖確定位置、標高；二是要根據(jù)圖紙系統(tǒng)來命名、縮寫等；三是標高要根據(jù)本層標高來上下偏移；四是管道附件信息要根據(jù)圖例來添加；五是橋架需要添加過濾器，顏色根據(jù)標準來定；六是橋架的管件需要與橋架命名一致；七是問題報告嚴格對照圖紙與模型來查找問題報告。

錯誤反饋

模型是依據(jù)平面圖紙創(chuàng)建出來的，但是各專業(yè)之間由于缺乏充分溝通，在設(shè)計過程中很難發(fā)現(xiàn)平面圖紙上的問題，這些問題可能對本專業(yè)影響不大，但卻會影響其他專業(yè)。這就體現(xiàn)協(xié)同的重要性，通過協(xié)同建模發(fā)現(xiàn)一些典型錯誤性和隱蔽性問題。

比如，在屋頂樓層3—6軸交C—D軸排煙機房處，暖通管道與建筑發(fā)生碰撞，沒有空間布置暖通，且此處的門與屋頂斜梁發(fā)生碰撞，需要與設(shè)計人員溝通，確定修改房間布局尺寸（圖4、圖5）。

圖4 建筑、暖通平面圖

圖5 三維模型

在地下室7—9軸交E—G軸處走廊處，風(fēng)管有4種（最大風(fēng)管高度500）、水管7種、橋架2種，管線密集復(fù)雜，管底凈高1.9m，不符合凈高要求（圖6、圖7）。

圖6 剖面圖

圖7 三維模型

碰撞檢查

碰撞檢查主要有兩個目的：一是檢查各專業(yè)（建、結(jié)、水、暖、電）之間是否有結(jié)構(gòu)性設(shè)計錯誤碰撞，是否滿足規(guī)范要求，如空間要求、凈距要求等；二是管線綜合排布前的總體碰撞檢查（圖8）。

圖8 碰撞報告

管線綜合

管線綜合原則

管線綜合排布，應(yīng)滿足以下原則要求：一是保證使用功能。不同專業(yè)管線間距離，盡量滿足現(xiàn)場施工規(guī)范要求，在保證系統(tǒng)安全使用功能的前提下，盡可能提高室內(nèi)外凈空高度；二是主干管線集中布置。系統(tǒng)主干管原則上應(yīng)布置在公共區(qū)域，盡量不布置在戶內(nèi)（圖紙有特殊要求除外）；三是方便施工。充分考慮和土建的交叉作業(yè)施工以及安裝工序和條件，機電設(shè)備、管線對安裝空間的要求，合理性確定管線的位置和距離；四是方便系統(tǒng)調(diào)試、檢測、維修。充分考慮系統(tǒng)操作、調(diào)試、檢測、維修各方面對空間的要求；五是美觀。機電綜合充分考慮各明裝機電系統(tǒng)安裝后外觀整齊有序、間距均勻；六是結(jié)構(gòu)安全。機電管線穿越結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其預(yù)留洞口或套管的位置、大小需保證結(jié)構(gòu)安全[4]-[6]。管線綜合布線相關(guān)要求見表3。

表3 管線綜合原則

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綜合排布注意事項

管線綜合排布，還應(yīng)注意以下事項：一是向下風(fēng)口處和側(cè)風(fēng)口處不能排布管線；二是管線避讓盡量利用梁窩；三是預(yù)留風(fēng)管與水管的保溫空間；四是各專業(yè)在同一處水平方向布置時，橋架、水管、風(fēng)管，若空間可滿足水平排開盡量滿足水平排布，排布盡量使水管排布在一起，橋架排布在一起，考慮綜合支吊架。若水平無法排開，考慮橋架排布在上層，水管視情況排布在橋架下方，盡量與風(fēng)管齊平，在做水管吊架位置上層管線需留出吊架空間，以滿足水管安裝；五是強電橋架與弱電線槽之間留有一定間距，以免相互干擾，有條件時可布置在走廊兩側(cè)，如無條件兩者間距一般≥300mm（避免電磁場效應(yīng)），橋架若需翻彎避讓，弱電橋架避讓強電；六是風(fēng)管、排煙管寬度≥1200mm時，應(yīng)在下方考慮150mm噴淋頭安裝空間；七是綜合過程中如果因無法滿足凈高，需要對風(fēng)管系統(tǒng)深化設(shè)計，通常進行壓扁處理，不同項目對風(fēng)管中風(fēng)速和流量要求不同，進行壓扁處理時要保證風(fēng)管的風(fēng)速和流量，寬高比最大為4[7]-[8]。

綜合排布實例

14—15軸為會議區(qū)主走廊，圖9為綜合排布前根據(jù)圖紙建模而成，圖10為根據(jù)排布原則和注意事項最終安裝圖，其主要調(diào)整包括：將空調(diào)的方向由平行于走廊方向改為垂直于走廊方向，空調(diào)出風(fēng)口和回風(fēng)口做成兩道長條通風(fēng)口；排煙風(fēng)管貼主梁底排布，局部地方走向做了調(diào)整以滿足凈高要求。綜合排布調(diào)整完成后凈高達到3.5m（圖11）。

圖9 綜合排布前

圖10 綜合排布后

圖11 走廊剖面圖

工程量統(tǒng)計

通過完成機電管線綜合排布，得到機電深化設(shè)計模型，利用模型參數(shù)信息化的特性，可以統(tǒng)計出管線的材質(zhì)、用量等工程量信息，得到工程量清單，以此作為工程造價的參考依據(jù)（圖12）。

圖12 工程量統(tǒng)計

施工深化出圖

管綜深化設(shè)計模型完成并校審無誤后，可出機電深化設(shè)計施工圖紙。深化設(shè)計圖紙是施工單位最終的按圖施工圖紙，可以幫助施工單位更好把控機電安裝中的重難點任務(wù)，尤其是三維圖紙，可以更加直觀地呈現(xiàn)出設(shè)計排布意圖，幫助施工技術(shù)人員進行施工交底（圖13、圖14）。

圖13 一層深化設(shè)計三維圖

圖14 標準層深化設(shè)計剖面圖

管線綜合應(yīng)用價值

在項目實施過程中，管線綜合應(yīng)用的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在BIM模型搭建及圖紙審核過程中，提前發(fā)現(xiàn)項目中的“錯、漏、碰、缺”100多處，及時記錄并反饋圖紙問題。減少返工，縮短工期；將變更及時在模型中更新，審查變更是否會引起其他需要協(xié)調(diào)碰撞的問題并進行跟蹤，有效地控制了變更；對各專業(yè)模型進行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)1000多處碰撞點，形成碰撞報告，并根據(jù)碰撞報告調(diào)整更新模型，對管線進行綜合排布，合理優(yōu)化；對工程機電管線進行深化設(shè)計，出具施工深化設(shè)計圖，進行三維可視化交底，幫助工人理解圖紙及工藝。

結(jié)論

本文以某工程為例，就BIM技術(shù)在公共建筑管線綜合深化設(shè)計中的應(yīng)用及其效果展開了研究。根據(jù)規(guī)范制定了機電深化設(shè)計BIM實施流程及統(tǒng)一的BIM模型制圖規(guī)則，開展了各專業(yè)協(xié)同建模、圖紙核查、問題反饋與碰撞檢查，進行了管線綜合優(yōu)化和模型數(shù)據(jù)信息提取，生成了施工深化設(shè)計模型及相關(guān)圖紙。通過研究發(fā)現(xiàn)：BIM技術(shù)在公共建筑管線綜合深化設(shè)計中具有廣闊的應(yīng)用前景，有利于實現(xiàn)指導(dǎo)現(xiàn)場施工、提高效率、縮短工期、降低成本、提升質(zhì)量等目標。