超高層項目機電安裝BIM+應用

王　瑞　何春雋　劉智榮　蘇　曦

(中建三局安裝工程有限公司(西北)，西安　710075)

超高層項目機電安裝BIM+應用

王瑞何春雋劉智榮蘇曦

(中建三局安裝工程有限公司(西北)，西安710075)

【摘要】建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化，協調性，模擬性，優化性和可出圖性五大特點[1]。永利國際金融中心項目是一幢典型的核心筒加鋼結構的超高層建筑，機電專業涵蓋空調水、通風排煙、電氣、給排水、消防等，傳統方式無法完成本項目深化設計工作，故采用BIM技術對全專業進行深化設計；在應用的過程中，項目團隊不斷創新，踐行“BIM+”的理念，陸續探索了多項用于施工管理的新技術，大幅提高了管理水平。本文重點介紹BIM技術在該項目的實施情況。

【關鍵詞】超高層；機電安裝；BIM；深化設計

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.02

1工程概況

1.1項目簡介

永利國際金融中心項目位于陜西省西安市高新技術開發區，東臨丈八一路、北臨錦業一路，是一棟超高層綜合辦公樓，也是西安西高新區的地標型建筑。項目工期要求從2014年5月16日開始至2017年3月16日結束。工程總造價為7 560.85萬。項目質量要求為確保長安杯，爭創魯班獎。永利國際金融中心項目總建筑面積134 229.7 m2，建筑總高度204 m。地上部分46層建筑面積105 953.8 m2。地下部分3層建筑面積28 275.9 m2：地下1層(局部設置夾層作為自行車庫)，主要作為機電設備間，局部分布有機動車停車位及員工餐廳、物業辦公等輔助設施；地下2層、3層主要作為機動車停車庫。主樓1層為辦公入口大堂以及部分商業；副樓2層為餐飲；3層及以上為辦公，其中16層，31層為避難層。

建筑專業模型和結構專業模型如圖1所示。

1.2工程特點和難點

1.2.1機電統籌深化設計

(a)建筑模型　　　　　　　　　　(b)效果圖　　圖1　建筑專業模型和項目效果圖

(1)綜合深化集成圖紙工作量大，圖紙共計1 000余張，涉及專業較多(包括土建、鋼構、幕墻、給排水、采暖、通風、弱電、消防等)，各專業間相互交叉點較多，交叉面較廣。

(2)地下室、設備層和屋面結構復雜且機電管線設備多，對機電總承包單位協調工作及深化設計能力要求較高。

(3)本工程為超高層辦公樓，對空間使用率要求較高，業主對標準層公共區域標高要求為2.85m，辦公區為3m。

1.2.2超高層垂直運輸和物料平衡

(1)設備及物料吊運量大，種類多，物料起到終點多且散。

吊運高度高，垂直吊運主要依賴塔吊和施工電梯，方法單一，吊運效率低，易形成物流運輸瓶頸。

(2)場地狹小，現場中轉場地少，場地分時使用情況多，物料耗用速度和進場速度協調要求準確，保證現場物流平衡，否則易引起連鎖積壓，導致工期拖延。

(3)分包單位多，各單位使用吊運機械(主要是電梯和塔吊)協調難度大。

1.2.3機電聯合調試

機電系統多，各系統關聯性強，參與施工機電分包商較多，機電各專業工程參與單位協作能力要求高。系統容量大，能源需求大，系統運行效率要求高。系統初次運行，故障幾率大，對人員、設備安全及經濟影響大。

1.2.4減震及噪音控制

本工程為超高層建筑，使用功能多樣，對消聲隔震要求較高。一般辦公室噪聲控制標準要求NC40，展示、活動區、會議室、私人餐廳噪聲控制標準為更高要求的NC35。

2BIM組織與應用環境

2.1BIM應用目標

建立全生命周期的BIM服務，基于BIM的全專業深化設計，為整個施工及運維管理提供高效、有力的技術支撐，并成立了項目BIM小組。

2.2 BIM小組崗位職責

(1)貫徹執行國家頒的法規、規范，嚴格執行合同文件的有關條款要求及管理規定。

(2)依據圖紙數據、規劃設計圖紙、圖紙說明等其他文件，對整個項目的施工及場地布局進行BIM 模型設計和模擬。

(3)依據創建的BIM模型，對項目整體設計中各專業圖紙數據的準確性進行驗證，同時對專業間和專業內的沖突干涉問題進行檢測分析，通過合理的排布調整，統籌協調減少沖突；調整后出具相應的深化設計圖紙，全面指導施工。

(4)在創建的BIM模型中對各個施工關鍵點進行施工模擬，配合工程部門對關鍵施工點進行論證。依據創建的BIM模型，配合工程、物資部門結合施工圖紙和工程施工進度計劃，編制年、月物資需用計劃。

(5)通過 BIM 模型對施工過程的數據信息進行集成和共享，獲得實時的可視化施工進度信息，并輸出已完成工作的工程量，為進度的監測提供準確的實時度量數據，實現對項目施工進度的有效控制。

(6)基于 BIM 技術的模型系統，利用工程算量軟件計算出施工各階段相應的工作量，配合計劃部門計算出預算生產成本估計或資金計劃，得到成本動態模型，在進度控制的前提下實現成本控制[2]。

2.3團隊組織

本項目的BIM團隊主要由項目管理人員組成，由公司技術總工擔任深化設計顧問，在BIM工作的策劃和實施階段提出建設性的意見。項目經理為項目BIM工作第一責任人，各專業工程師高效開展BIM工作(如圖2所示)。

圖2　BIM團隊組成

2.4應用措施

為解決超高層機電專業深化設計難題，本項目BIM小組探索出了一條基于BIM技術的整體解決方案：

項目開工后，由施工單位搭建BIM平臺，制定切實可行的工作計劃，并建立各專業模型，校核無誤后對各專業進行綜合排布，結合現場實際對原設計中不合理處予以消除，并繪制管道聯合支架。隨后組織各單位對深化設計成果進行聯合評審，BIM團隊針對評審提出的合理建議進行完善。若無異議，由甲方代表簽字，送遞至設計院進行確認，并出圖作為深化設計后的施工圖紙[3]。

該流程可簡單概括為6個步驟：建立模型、系統校核、綜合排布、支架設計、聯合評審、出圖施工，如圖3所示。

圖3　項目BIM實施流程圖

2.5軟硬件環境

(1)硬件環境：配備高性能的臺式電腦作為協同深化設計的服務器(見圖4)。BIM小組成員均配備了配置較好的筆記本電腦，滿足建模和深化設計的需求。

圖4　硬件配備

為了確保協同工作的順利開展和無縫對接，實現各項信息的讀取和傳遞，BIM小組制定統一的工作標準，包括文件夾體系的建立、文件的命名、專業代號、系統顏色設置標準等(如圖5所示)。

圖5　統一工作標準

(2)軟件配置：本項目所應用的軟件主要包括：Revit、SolidWorks、NavisWorks、3DS MAX、Luban BIM Explorer、AutoCAD等。

Revit系列軟件是專為BIM構建的，可幫助建筑設計師設計、建造和維護質量更好、能效更高的綜合類軟件。在本工程使用過程中主要用于模型的建立及對整體模型的分析。

SolidWorks為達索公司設計的一款機械設計軟件。本工程使用過程中主要用于對支架的受力分析及校核，并為支架后期的預制加工出詳圖。

NavisWorks是一款3D/4D協助設計檢視軟件，針對建筑的項目生命周期，能提高質量，提高生產力。在本工程使用過程中主要用于模型的碰撞檢測及施工進度的動態模擬。

Luban BIM Explorer 是魯班公司研發的建筑信息模型瀏覽器。通過BE，工程項目管理人員可以隨時隨地快速查詢管理基礎數據。在本工程中用于材料采購流程、限額領料流程、分包管理、成本核算、資源調配計劃等方面及時準確的獲得基礎數據的支撐。

3DS Max是Autodesk公司開發的基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。本工程用于三維立體模型的效果渲染。

AutoCAD為自動計算機輔助設計軟件，本工程中用于用于深化后的管道支架繪圖、詳圖繪制。

3BIM應用

本項目中，指導現場施工作為BIM技術的出發點和落腳點，通過協同管理平臺來整合BIM信息，進行全方位大后臺管理；深化設計作為指導施工的指揮棒，在每個分部分項施工30天前完成深化設計并審核出圖，在現場管理方面以深化設計后的圖紙和模型作為驗收標準，以iPad和手機等為輔助工具，進行施工現場管理。基于精準的BIM模型，項目部對風管和冷凍機房采用工廠化預制加工的施工工藝，大幅提高施工效率。此外，項目在造價管理方面進行探索，自主研發了用于物資和人員管理的智能系統(圖6)。

3.1BIM建模

本項目開工之初，由各專業BIM工程師逐層進行精細化模型建立[4][5](圖7)。

圖6　項目BIM運用方向及運用深度

3.2BIM應用情況

本項目的BIM的應用主要有以下5個部分：

(1)電深化設計

該流程可簡單概括為：建立模型、系統校核、綜合排布、支架設計、聯合評審、出圖施工(圖8)。

消防模型　　　　暖通模型　　　　給排水模型　　　　電氣模型　　　　建筑模型圖7　本項目各專業模型

圖8　機電深化設計

(2)現場施工輔助管理

BIM技術來源于現場，凝結了眾人的智慧，最終目的還是為了指導施工。除傳統BIM工作的深化設計外，還采用一些新的軟件和技術來輔助現場施工管理。

①BIM360現場可視化軟件。Autodesk BIM 360是一款基于云的iPad軟件，用戶可以在項目的全生命周期中隨時隨地訪問BIM項目信息。對于本項目現場管理人員來說，BIM 360是他們施工驗收的重要幫手，可快速找到所處位置，并對該處管線、預留洞口等進行實地檢驗(如圖9～10所示)。

圖9　將項目模型導入BIM360

圖10　利用BIM360進行現場驗收

②CAD快速看圖軟件。除了iBan，還可以在手機上存儲CAD圖紙，實現“人在哪，圖在哪”的數字化辦公(如圖11～12所示)。

③勞務隊管理。基于施工勞務人員數量大、流動頻繁的特點，團隊起初采用二維碼技術對勞務人員進行管理，只需拿出手機對著安全帽一掃，就能獲取他的主要信息，包括身體狀況、所學技能、接受交底情況等，以便科學合理地分配施工任務。但經過項目的實踐之后，發現二維碼存在易磨損、儲存信息量小、不易更改等缺點，項目人員將其進行了優化，采用了RFID芯片技術，代替了之前的二維碼，使上述缺點均得到了改良(如圖13所示)。

圖11　CAD快速看圖軟件　　圖12　CAD快速看圖軟件

(a)手持終端及RFID芯片

(b)掃描RFID芯片獲取勞務人員信息圖13　勞務智能管理系統

(3)工廠化預制加工

隨著BIM技術向縱深推進，作為施工能力和效率重要體現的預制加工技術也逐漸受到廣泛地關注和重視。本項目創新性的將BIM技術與3D打印技術結合起來，從而更為有效地指導工廠化預制加工技術(如圖14所示)。

(a)利用BIM建立泵組模型

(b)工廠預制泵組

(c)現場拼裝泵組圖14　工廠化預制加工技術

(4)造價管理

依據BIM技術，針對造價管理，本項目主要應用在以下3個方面：

①工程量統計。結合項目深化設計模型，采用BIM軟件進行不同階段的物料統計，出具相關專業材料統計表，用于指導現場材料采購，合理安排和調配各項資源。

②物資盤點。采用條形碼對數量較大的物資進行管理，每次進料或撥料，都可以在手持終端上進行快速盤點，大大減輕了材料員繁瑣的物資盤點工作(如圖15所示)。

(a)登陸界面　　　　　　　(b)打印物資條形碼

(c)掃描物資信息圖15　物資智能管理系統

③全生命周期建筑信息。對于身份唯一、價值較高的材料，采用RFID芯片技術進行動態管理，保證其安裝準確性，也為后期檢修提供了便利(如圖16所示)。

(a)設備維保界面　　　　　　　(b)獲取設備維保信息圖16　智能管理系統用于維保管理

4應用效果

本項目的BIM運用在施工管理方面起到了積極地推動作用，大幅提高了管理效率和施工質量，節約了管理成本，創造了良好的經濟和社會效益。項目部榮幸承辦了中建三局、中國建筑、陜西省三級的2015年安全文明施工現場觀摩會，提高了企業的社會美譽(如圖17所示)。

圖17　承辦省部級文明工地觀摩會

以風管為例，工廠化預制加工技術大幅縮減了工期，降低了人工，在材料損耗上有了明顯下降(如圖18所示)。

圖18　風管工廠化預制加工

5總結

5.1創新點

為指導工廠化預制加工，項目部引入3D打印技術，將冷凍機房的模型以1：30的比例進行打印，不僅讓相關人員在視覺上對機房內各系統有直觀認識，在指導下料、預制組裝上也有明顯的指導意義(如圖19所示)。

圖19　3D打印技術指導工廠化預制加工

5.2經驗教訓

(1)以解決實際問題為出發點。BIM技術應該擺脫施工行業技術“花瓶”的頭銜，不能僅停留在宣傳片、效果圖層面，要落地生根，到項目實體中進行檢驗甄選，著眼于解決實際問題。

(2)勇于創新，直面挑戰。BIM的先進之處不在于它的工具性，而是體現在其先進的管理理念，它必將掀起建筑行業新一輪改革浪潮，只有勇于嘗試的人才能在這場變革中乘風破浪。

(3)眾人拾材火焰高。任何技術的發展都不是一個人的成果，而是所有從業者共同的智慧結晶。在本工程的BIM技術應用中，得到了各單位提出的寶貴意見，這些“金點子”加快了BIM技術的推進。

參考文獻

[1]百度文庫.建筑信息模型技術(BIM).

[2]劉占省,趙雪峰.BIM技術與施工項目管理[M].中國電力出版社，2014.

[3]劉廣文，牟培超，黃銘豐.BIM應用基礎[M].同濟大學出版社，2013.

[4]Autodesk Asia Pte Ltd.Autodesk Revit 族達人速成，2014.

[5]劉慶.Autodesk Navisworks 應用寶典，中國建筑工業出版社，2015.

BIM+Technology in the Application of Mechanical and Electrical Installation of Super High-rise Building

Wang Rui，He Chunjun，Liu Zhirong，Su Xi

(ChinaConstructionThirdEngineergingBureauInstallationEngineergingCo.,Ltd.(Northwest),Xi′an710075,China)

Abstract:Building Information Modeling sets up the building model based on the various relevant information and data of construction projects and simulates the real information of constructions by digital information simulation.The modeling is visualized and coordinated and can be imitated，optimized and plotted.Yong Li International Financial Center Project is a typical super high-rise building with core tube and steel structure inside.Its mechanical and electrical engineering contains chilled water，ventilation，electric，drainage，fire protection and so on，and the traditional method could not meet the detailed design need of the project，thus，BIM technology is adopted to deepen the design in the specialty.In the application of the technology，the team of this project continues to innovate.Bearing the idea of “BIM+”in mind，the team has found many new technologies for construction management，which greatly improves the whole management level.The article mainly introduces the implementation of BIM in this project.

Key Words：Super High-rise Building; Mechanical and Electrical Installation; BIM; Detailed Design

【作者簡介】王瑞(1991-)，男，助理工程師，主要從事機電安裝BIM運用研究； 何春雋(1985-)，男，工程師，主要從事機電總承包模式下BIM運用研究。

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)03-0006-08