淺析BIM技術在鋼結構廠房綜合管線中的應用

【摘 要】通過案例分析，詳細介紹了BIM技術在鋼結構廠房綜合管線設計、施工和運維階段的應用，包括管線優化、碰撞檢測、施工模擬、進度管理等方面。總結了BIM技術在鋼結構廠房綜合管線中的應用成果和不足之處，并提出了未來研究方向。

【關鍵詞】BIM技術； 鋼結構廠房； 綜合管線； 凈高提升

【中圖分類號】TP317.4【文獻標志碼】A

0 引言

隨著信息科技的不斷發展，建筑信息模型（Building Information Modeling）技術已經逐漸成為建筑工程領域的一種新型管理模式。特別是在鋼結構廠房的建設中，BIM技術的應用對提高工程的精度、質量和效率起到了重要的作用。近年來，建筑信息模型（BIM）技術的興起為鋼結構廠房綜合管線的設計和管理提供了新的解決方案。本文旨在探討BIM技術在鋼結構廠房辦公樓綜合管線中凈高提升中的應用與研究。

BIM是指建筑信息模型，以三維數字技術為基礎，對建筑物進行全面的信息描述。BIM技術通過創建虛擬的建筑工程信息模型［1］，實現了對建筑設計、施工、運營等全生命周期的管理，提高項目的效率和質量［2］。

1 BIM技術在鋼結構建筑凈高提升中的技術研究

采用該方法，提高了樓層凈高，同時大大減少了各管線安裝時的翻彎彎頭，以及固定吊鉤的長度，節約了安裝材料成本，同時基于BIM模型深化后的橋架，安裝時更便捷，節約了人工成本。

2 BIM技術深化設計研究

通過應用BIM技術，進行全專業BIM模型創建，基于原始模型編制深化方案，基于方案進行全專業BIM模型碰撞檢查及深化設計，提交設計單位驗算復核，并經各方審定后實施。從而在圖紙及模型深化、鋼結構吊裝、管線安裝等方面有效解決了美觀性、樓層凈高提升、工期緊張等難題，大大降低了成本﹑提高了作業效率。

3 BIM技術的可視化與協同設計研究

可視化與協同設計是BIM技術的核心優勢之一。如何更好地實現各專業之間的協同設計，以及如何將BIM模型與實際施工過程更好地對接，是需要進一步研究的課題。

4 應用案例

本項目通過BIM技術全方位模擬碰撞檢測，對鋼結構與水電安裝系統圖紙進行深化，在鋼結構加工時便對水電安裝走向進行定位，保證安裝效率與精準率，避免了定位錯位造成的返工，節約了施工工期。通過BIM模型深化，將橋架安裝高度從傳統的貼鋼梁底部安裝，提升到穿過鋼梁腹板進行安裝，不僅有效提升樓層凈高，而且減少了橋架翻彎，有效降低橋架用量及吊頂安裝用量，節約材料、人工等成本。

4.1 綜合管線設計

在鋼結構廠房中，各種管道和線路的設計和布局是一個復雜的問題。BIM技術可以通過創建三維模型，直觀地展示各種管道和線路的布局，包括管道的走向、形狀、大小、位置等，使設計更加合理、精確。從而優化設計，減少碰撞和沖突。

4.2 碰撞檢測與優化

碰撞檢查則是使用 BIM技術減少施工過程中的失誤與變更。工程中實體相交定義為碰撞，實體間的距離小于設定公差，不能滿足特定要求定義為碰撞，利用BIM技術的碰撞檢測功能，可以在設計階段檢測到管道和線路之間的沖突，從而提前進行優化，避免施工過程中的返工［3］。

4.3 施工協調

通過BIM模型，各專業團隊可以更好地進行施工協調，確保施工過程中的各項工作都能有序進行。通過施工前的BIM建模，可將建筑、結構、機電等專業模型整合，更能方便地進行深化設計，再根據建筑專業要求及凈高要求將綜合模型導入相關軟件進行機電專業和建筑、結構專業的碰撞檢查，發現問題進行調整，避讓建筑結構［4］。

4.4 施工模擬

利用BIM技術可以進行施工模擬，從而提前發現和解決施工中可能出現的問題，提高施工效率和質量。

4.5 基于BIM技術的圖紙深化及樓層凈高提升

4.5.1 基于原始設計圖紙的BIM模型分析

依據原始設計圖紙，BIM技術團隊分專業建立BIM模型，再將各專業BIM模型進行整合梳理，從而進行樓層凈高分析（圖1～圖3）。

通過BIM模型分析發現：橋架、風管、水管均從鋼梁下方通過，樓層凈高僅為2 300 mm，不能滿足規范要求的2 400 mm正常使用凈高，且原設計圖紙未留有設備檢修空間，這將會嚴重影響該鋼結構建筑后期的使用及管線的維護工作。

4.5.2 基于BIM模型深化方案的凈高提升方法

4.5.2.1 BIM模型深化方案的編制

項目技術團隊及公司專家團隊通過反復的現場勘察，并多次召集項目設計工程師、鋼結構專業分包隊伍等相關人員，通過多次的開會討論，集思廣益，并經過反復驗算復核，最終確定深化方案：在鋼梁腹板上開孔并加固，并將橋架從孔內穿過進行安裝（圖4、圖5）。

通過此深化方案，可將樓層凈高由2 300 mm，有效提升至2 600 mm，不僅提高了樓層凈高，也解決了原設計對管線后期維護不便的問題。

4.5.2.2 基于BIM模型的鋼梁深化數量及范圍統計

鋼梁開孔根數：25根。

鋼梁型號：均為H800×250×14×14，走廊范圍：2-1至2-11軸交2-C至2-D軸、2-16至2-23軸交2-C至2-D軸、2-22至2-23軸交2-D至2-F軸、2-23至2-27軸交2-E至2-F軸、2-26至2-27軸交2-C至2-E軸。區域總面積：570 m2。

4.5.2.3 BIM模型深化設計流程

（1）通過全專業BIM模型深化，在模型中對鋼梁腹板進行開孔并對開孔部位四周加固，精準定位開孔位置和高度，并調整橋架標高，讓橋架從鋼梁的開孔部位穿過。

（2）基于確定的開孔高度，對機電各專業模型進行初步的深化設計調整，去除初步碰撞，美化布局。

（3）通過BIM軟件對全專業模型進行初步深化設計后，可在模型的任意位置設置剖切，并進行局部三維觀察，合理調整管線的標高和相對位置關系，再對全專業BIM模型進行碰撞檢測，全面檢測并找出管線之間、管線與鋼結構之間的所有碰撞問題（圖6），并按照既定的原則在模型中進行深化設計調整，調整完成后出具基于深化模型的施工圖，經各方審定認可后用于指導現場施工，避免現場出現錯漏和返工。

通過這樣的深化設計流程，可將橋架安裝高度合理提高，再通過綜合調整，可使得水管和風管等的安裝高度也隨之提高，從而達到提升樓層凈高的目的，同時也可提升管線排布的美觀性。

4.5.3 鋼結構施工過程

通過前期BIM技術分析，對鋼結構梁上開孔部位作相應計算。通過查閱GB 50017-2017《鋼結構設計標準》，受彎構件的強度以及腹板開孔的相關要求，根據式（1）、式（2）計算得出在鋼結構梁上開孔后，在孔四周增加與鋼結構梁腹板同型號同規格的井字加強板即可滿足設計要求。

MxrxWnx+MyryWny≤f（1）

τ=VSItw≤fv（2）

將全模型調正深化后的圖紙提交加工廠進行加工，按照深化圖紙加工好后送至現場后按照鋼結構吊裝方案進行吊裝工作。

4.5.4 施工質量

傳統工藝，影響樓層凈高，管線安裝不能精確定位，返工率高，固定各管線時造成多處打孔不能使用，影響建筑物美觀。BIM技術的提前判斷出樓層層高不足，各個管線安裝中的碰撞問題，能精準定位各管道位置，避免管線固定孔不準確。

4.5.5 施工進度

傳統工藝，不能提前預知管線碰撞，管線繞梁或降低管線吊鉤長度過長，施工工藝相對發展、繁瑣，影響施工進度。BIM技術使鋼結精確定位管線位置，減少吊鉤長度且不用下繞鋼梁，節約了吊鉤加工工期及安裝工期。原計劃橋架安裝進度工期50天，實際提前10天完成了該項工作。

4.5.6 施工成本

傳統施工工藝：因設計圖紙表達不清晰等原因，易造成較高的錯漏和返工，導致施工周期較長，工程的管理成本較高。BIM技術提高了樓層凈高，同時大大減少了各管線安裝時的翻彎彎頭，以及固定吊鉤的長度，節約了安裝材料成本，同時基于BIM模型深化后的橋架，安裝時更便捷，節約了大量人工成本，本項目共計節約成本約11萬元。

5 結論與展望

BIM技術在鋼結構廠房綜合管線中的應用與研究具有重要的現實意義和長遠的發展前景。未來需要進一步深化對BIM技術的研究和應用，以提高鋼結構廠房的建設效率和質量，推動建筑行業的數字化轉型。同時也應看到，BIM技術的應用和發展仍面臨著諸多挑戰，如技術標準、成本效益等問題需要持續關注和研究。需要不斷探索和實踐，以推動BIM技術在建筑領域的廣泛應用和發展。

參考文獻

［1］ 劉琨.基于BIM+IOT的裝配式混凝土構件智能管控研究［J］.工程技術研究，2021（19）.

［2］ 梁斌.BIM技術在地鐵換乘站的設計和造價管理的應用研究［D］.河南科技大學，2019.

［3］ 李道杰.BIM技術在工程項目中的應用與探討［J］.城市建設理論研究（電子版），2015（40）.

［4］ 朱記偉，楊黨鋒.基于BIM 4D的綜合管廊工程施工進度管理［D］.西安：西安理工大學，2018.

［作者簡介］黃皓炳（1988—），男，本科，研究方向為科技研發及BIM管理。