談3D建模解決機電安裝問題

范 旭 紅

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

談3D建模解決機電安裝問題

范 旭 紅

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030024)

針對機電安裝工程中常出現的一些問題進行了研究，提出了使用3D建模技術的方式進行解決，并總結了該技術在加快施工進度、保證工程質量、提高經濟效益等方面的應用優勢，以促進其在工程中的推廣應用。

3D建模技術，CAD圖，設計，施工

近年來隨著國民經濟的飛速發展，城市建設進入了一個黃金發展期，涌現出無數的高層建筑甚至超高層建筑，伴隨著人們生活水平的不斷提高，這些建筑的使用功能在安全性、舒適性、便利性、信息性和文化性等方面得到了空前的提升。為實現這些強大的功能，不同的設計專業(建筑、結構、給排水和消防、通風空調、電氣、智能……)都融入到一個設計案例中，雖然設計的過程中為了避免誤差各專業進行了協同配合，但根據目前多個建設項目的施工中發現，傳統的二維設計圖紙在指導施工中仍不可避免的產生交叉干涉碰撞等問題。使得施工中多走了彎路，窩工、返工和材料浪費嚴重，無形中拖延了工期、加大了施工成本，而這些矛盾尤以施工后期的機電安裝較為突出。如何能合理優化設計，減少上述問題達到提前預控的目的，成為現在施工企業努力解決的重要內容之一。3D軟件的出現，使不同專業基于同一個模型進行工作，簡捷快速的實現了三維集成協同設計，使精益化施工成為可能。

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的英文縮寫,該技術是對建筑工程實體與其功能的數字化表達。我們可以簡單理解為“可視化的三維數字模型”。該技術的應用將成為未來建筑行業發展的趨勢。由于該系統涉及的領域與涵蓋的范圍之廣，且受專業人才，軟件開發維護，硬件基礎建設與培訓投資等多方面的因素影響，建立全面完整高效運行的BIM系統成為了一項系統龐大的工程，一般的中小建筑企業難以實現，甚至一些大型建筑企業在引入BIM系統時同樣面臨諸多難題，難以在短期實現。但是，隨著計算機3D軟件的發展，3D建模技術對機電安裝施工過程中的問題提供了另外一種解決方案，3D軟件的掌握較BIM軟件更簡單、易懂，施工中更能快速、有效投入使用。而實際上BIM系統中核心的重要組成部分之一就是基于計算機3D數字模型的建模，因此，在我們掌握計算機3D建模技術的同時，也是在掌握BIM技術的重要組成部分之一，為明天BIM系統的導入提供了技術基礎。

作為安裝施工項目組成員，在工程施工中，使用了一款3D設計軟件Pro/E，通過結合藍圖和業主對工程施工的一些要求，對工程進行了二次深化設計，完美的解決了在實際安裝施工中常出現的幾個問題,并通過應用總結了其發揮的作用與意義。

1)能夠對二維藍圖轉化為3D空間模型形成更加直觀的表達；對安裝施工的管道系統、通風空調系統、強弱電橋架及線路敷設的空間排布進行全面的核查，管線綜合布置技術得以實現。

對于施工藍圖，或我們所使用的二維CAD圖紙，有它的局限性——即不能直觀的反映出施工建設的實際情況，圖紙管線的位置排布與標高的確定在實際施工中存在重合干涉問題，例如，二維水暖施工圖的管道系統的位置與標高可能與通風系統圖紙的風管或配電系統圖紙的電纜橋架出現重合干涉問題，而實際施工中，只能依據圖紙而不按照圖紙的要求進行施工，這種情況，往往根據專業施工人員的經驗來解決問題，或是施工隊伍根據實際施工情況自行解決，上述解決問題的方式有可能因諸多其他因素考慮不周，而出現新的問題，這樣的情況將造成項目資金、施工人員、時間的浪費，而產生這些問題的源頭之一是圖紙的設計問題。研究表明，設計決定了產品成本的70%～80%，上游設計失誤對成本的影響將以不斷放大的形式向下游傳播，根據美國波音公司的統計分析結果表明，這一逐級放大的比例甚至達到1∶1013[1]。因此，設計不合理引起的技術和經濟性方面的先天不足，要想在生產過程中通過質量和成本控制措施挽回，要付出相當大的代價。 而且，圖紙由多個設計專業的不同設計人員綜合而成，“不可避免”的產生交叉干涉碰撞等問題，雖然施工前進行施工圖紙會審，但所有圖紙由于不會在同一時間對每一處相同位置逐一進行全面檢查，最終導致上述問題的出現。而3D建模設計的出現，會使上述問題出現的概率降至最低，這是因為各個專業的工程圖紙將形成完整統一的3D建模數據，使得管線綜合布置技術真正意義上得以實現。通過計算機系統的自行檢查干涉功能配合操作人員的判斷，從設計的源頭根本性的解決安裝施工中的這些問題。

2)可以提高材料在安裝施工中的位置精度，降低由于施工精度偏差造成的返工，更精確的計算出各種材料的規格與用量，便于更加全面,精確的提供材料計劃清單,使提出的材料計劃更具準確性。

編制材料計劃是成本控制的依據，但材料計劃僅是各種數據的匯總，有時只適合對項目進行宏觀控制，對過程生產卻起不到指導作用。比如，項目開工前預算書表明需用鋼材100 t，但卻不能說明某個部位所需鋼材的具體數量，施工人員只能根據總量控制原則編制采購計劃，如施工過程管理不善，很可能出現總量已用完，而項目未完工的情況出現；另一方面，由于建筑生產的不確定性決定了材料計劃可能發生改變，因此，材料計劃不能按照靜態的定額制作，但要合理確定材料在規定時間內的實際消耗額度時，工作量就比較大，因為不僅要求計劃按部位制定，而且要求每實施完一個工序后，就需計算出此工序的材料消耗量，并將實際用量與計劃量比較，確定消耗定額；再根據確定的消耗定額，對下一道工序的計劃進行調整。而計算機3D數據模型會為此部分工作提供強有力的幫助，操作人員通過選定的3D模型特征組件數據，定義為規定時間內材料實際消耗量，并形成指定的材料詳細信息清單，就可大幅提高工作效率，保證材料計劃的準確性。一般情況下，設計完成的3D建模數據將指導安裝施工，使各分項工程嚴格按照3D模型數據保持一致，這樣，就使得建設施工中理論材料的用量與模型計算相一致，并且基于3D模型提供詳細的空間尺寸，使安裝精度的提高來降低建筑工程因尺寸偏差造成施工返工的成本。 有時二維CAD圖的平面圖，截面圖或系統圖難以表達出建筑施工的全面詳細情況，因此依據二維CAD圖所提出的材料計劃并不完整，材料計劃的編制不僅依據圖紙，而且還要憑借施工中積累的經驗，甚至空間想象能力等多方面的考慮來確定材料的詳細計劃，基于上述情況，材料計劃編制人員有時會將材料清單計劃編制的多“一點點”，以保證在施工過程的損耗或估算的原因來確保材料在施工過程中的充足,但對于材料清單信息編制多出的這“一點點”究竟是多少，對施工過程中材料的成本控制影響有多大，這個問題值得我們思考。而計算機3D數據模型可以將整個建筑安裝工程中所用的各種材料，通過操作人員的指定操作，形成指定分部(項)的精確詳細的材料清單BOM。為施工提供更加全面,精確的信息,使提出的材料計劃更具準確性。

3)是設計更改，施工優化方案的可行性的依據，解決施工中面臨的各種難題的有效工具。

由于建筑生產的不確定性，安裝施工中難免會碰到設計更改的問題，在設計變更過程中，由于二維圖紙的局限性不能直觀的反映出施工建設的具體實際情況，或涉及更改的內容未完全考慮到對整體系統的影響，即不同專業的設計方案因為某一方面的設計更改而造成施工中新問題的出現。針對上述情況，使用3D數據模型首先對原方案進行數字建模，將涉及的所有專業圖紙的數據全部建立模型之后，再針對某項需要更改的內容進行更改，通過模擬由于技術更改后的“虛擬真實”的施工現場，分析確定更改方案的可行性，或對更改方案再進行優化設計，以便降低施工返工率，提高施工一次合格率。

4)成為施工設計文件的組成部分，配合技術交底文件，切合實際指導安裝施工工作。

有時，二維CAD圖提供的信息并不能表達出安裝施工的詳細要求，因此，技術交底文件成為施工中的技術資料指導相關人員施工，但通過繁多的文字來表達復雜的設計方案或嚴格的技術要求時，3D圖形無疑是解決上述問題的最好途徑之一。通過3D數據模型保存指定施工部位的最佳視角圖片，并打印生成彩圖，配合技術交底文件，成為安裝施工文件的組成部分，能夠切合實際的指導安裝施工工作。如圖1所示為某項目1號樓-1層采暖、噴淋(主管)、消防、自來水、強弱電橋架排布截屏。

綜上所述，3D建模技術在機電施工中對于加快施工進度,保證工程質量,降低工程成本,提高經濟效益具有十分重要的意義。在目前BIM軟件相對復雜，不易全面普及應用的同時，3D建模技術將是一個很好的選擇。

[1] 顏見雄.支持產品設計決策的成本信息分析[D].西安：西北工業大學碩士學位論文，2006.

[2] 薛 華.談3D建模在施工中的應用[J].山西建筑，2013，39(6)：254-255.

Discussion on 3D modeling solving mechanical and electrical installation problems

Fan Xuhong

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

The paper studies common problems occurring in mechanical and electrical installation engineering, applies 3D modeling technology for solution, and summarizes its application advantages in aspects of speeding up construction schedule, guaranteeing engineering quality and improving economic benefits and so on, with a view to promote its application in engineering.

3D modeling technology, CAD drawing, design, construction

2015-08-23

范旭紅(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0257-02

TP319

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