BIM技術(shù)在安裝工程中的應(yīng)用研究

文/天津天房麗山置業(yè)有限公司 趙 川

天津市天房科技發(fā)展股份有限公司 時(shí) 嶺

趙 川，天津天房麗山置業(yè)有限公司工程師

時(shí) 嶺，天津市天房科技發(fā)展股份有限公司工程師

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是以建筑工程項(xiàng)目中各相關(guān)數(shù)據(jù)作為參數(shù)，將項(xiàng)目中的各種相關(guān)信息進(jìn)行整合，是對(duì)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的一次“預(yù)演”，具有可視化、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性和可出圖性五大特點(diǎn)[1]。21世紀(jì)初期，在國(guó)外建設(shè)領(lǐng)域中，開始掀起了行業(yè)技術(shù)革新的浪潮。KORMAN T M等將學(xué)術(shù)研究和建筑工業(yè)聯(lián)系起來(lái)，運(yùn)用BIM思想創(chuàng)建了一個(gè)建筑協(xié)調(diào)系統(tǒng)，綜合分析了水、暖、電等各專業(yè)對(duì)建筑施工的影響，以便設(shè)計(jì)師對(duì)安裝工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，能夠綜合考慮各專業(yè)相互協(xié)調(diào)的問題[2]。目前我國(guó)BIM技術(shù)的應(yīng)用與研究還處于起步階段，但其對(duì)建筑行業(yè)將是一個(gè)劃時(shí)代的變革。張建平等針對(duì)我國(guó)施工管理特點(diǎn)，提出BIM施工應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)，將BIM與4D技術(shù)相結(jié)合，研究施工項(xiàng)目管理軟件，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值[3]。在國(guó)家“十一五”規(guī)劃中，BIM技術(shù)研究已經(jīng)被列為國(guó)家科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目[4]。

在建設(shè)施工領(lǐng)域中，往往涉及多個(gè)專業(yè)分支，各個(gè)專業(yè)相互交叉，其信息量共享成為一項(xiàng)難題。尤其在建筑安裝工程施工領(lǐng)域，設(shè)備管線多，錯(cuò)綜復(fù)雜，極易出現(xiàn)管線碰撞問題，也是最容易出現(xiàn)返工的地方，造成經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤[5-6]。本文以天津市某在建工程為研究對(duì)象，將BIM與機(jī)器人全站儀放線相結(jié)合的技術(shù)應(yīng)用到建筑施工領(lǐng)域，采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一放線、統(tǒng)一安裝的形式進(jìn)行施工，達(dá)到優(yōu)化施工方案、降低施工成本、提高施工效率及保證施工質(zhì)量的目的。

1 工程概況

天津市海河沿線某重點(diǎn)工程在建項(xiàng)目，形狀近似長(zhǎng)方形，東西長(zhǎng)約260m，南北寬約50m，占地面積近1.3萬(wàn)m2。總建筑面積約4.5萬(wàn)m2，其中地上面積3.2萬(wàn)m2，地下建筑面積約1.3萬(wàn)m2。該項(xiàng)目建成后將成為天津市海河沿線重點(diǎn)景觀工程之一。項(xiàng)目模型如圖1所示。

鑒于該項(xiàng)目安裝工程面積大，工期要求緊，管線種類繁多，空間關(guān)系復(fù)雜，同時(shí)還要注重美觀要求，為節(jié)約造價(jià)，避免安裝工程出現(xiàn)返工現(xiàn)象，保證工程進(jìn)度和質(zhì)量要求，本項(xiàng)目針對(duì)安裝工程采用BIM技術(shù)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，對(duì)復(fù)雜的管線布置進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工優(yōu)化。

2 BIM深化設(shè)計(jì)

機(jī)電安裝工程深化設(shè)計(jì)是將施工圖設(shè)計(jì)階段完成的機(jī)電管線進(jìn)一步綜合排布，根據(jù)不同管線的性質(zhì)、功能和施工要求，結(jié)合建筑裝修使用功能的要求，對(duì)管線位置統(tǒng)籌排布。在施工過程中，施工圖設(shè)計(jì)階段的平面圖紙、系統(tǒng)圖紙和主要管廊的剖面圖紙已無(wú)法滿足機(jī)電施工要求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)專業(yè)間交叉碰撞、拆改現(xiàn)象。因此，基于BIM的機(jī)電管線綜合排布工作就變得越來(lái)越重要。

首先利用初始BIM模型，通過Navisworks軟件將各專業(yè)鏈接進(jìn)行碰撞檢測(cè)，找出原設(shè)計(jì)圖紙中的碰撞問題，根據(jù)施工原則進(jìn)行統(tǒng)一排布，對(duì)所有機(jī)電管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。機(jī)電深化設(shè)計(jì)前期以主管線綜合設(shè)計(jì)為主，中期以分支管線綜合設(shè)計(jì)為主，到后期在主管線的線路完成深化設(shè)計(jì)后，需要考慮綜合支吊架的設(shè)計(jì)，該部分工作反映在BIM模型中則需建立綜合吊架的BIM模型。深化設(shè)計(jì)完成后繼續(xù)通過Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，整改模擬施工中出現(xiàn)的碰撞，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，以降低施工難度，減少施工變更，控制建設(shè)成本。通過機(jī)電專業(yè)BIM模型的深化設(shè)計(jì)，合理排布機(jī)電工程各專業(yè)管線的位置，最大限度地實(shí)現(xiàn)施工圖設(shè)計(jì)階段與施工階段的過渡。

3 碰撞檢測(cè)分析

隨著對(duì)建筑物使用功能的要求越來(lái)越高，機(jī)電安裝也變得越來(lái)越復(fù)雜。工程中常見的機(jī)電安裝系統(tǒng)有暖通空調(diào)系統(tǒng)、強(qiáng)弱電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)、樓宇控制系統(tǒng)和安防系統(tǒng)等。通過BIM平臺(tái)，把各專業(yè)建立好的模型整合到一起。利用BIM技術(shù)強(qiáng)大的空間計(jì)算能力，能夠快速、準(zhǔn)確計(jì)算出各專業(yè)設(shè)備或管線之間存在的碰撞現(xiàn)象。這些碰撞位置、類型都會(huì)顯示出來(lái)，并把這些碰撞點(diǎn)匯總，形成碰撞檢測(cè)報(bào)告。

針對(duì)本工程，通過BIM技術(shù)共發(fā)現(xiàn)管線碰撞點(diǎn)幾百個(gè)，其中包含管線之間的碰撞、管線與建筑物之間的碰撞等。在遵循管線避讓的原則下，為節(jié)約成本并實(shí)現(xiàn)靈活施工，通過BIM技術(shù)對(duì)碰撞部位進(jìn)行二次優(yōu)化調(diào)整，避免管線之間出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。調(diào)整結(jié)果如圖2所示。

圖1 項(xiàng)目模型

圖2 碰撞優(yōu)化對(duì)比

4 吊架綜合設(shè)計(jì)

結(jié)合本工程管線復(fù)雜、排布集中的特點(diǎn)，在安裝工程施工之前，利用BIM軟件有針對(duì)性地對(duì)管道進(jìn)行綜合排布，在保證建筑使用功能的前提下，本著“先主后支、先上后下、先大后小、先無(wú)壓后有壓”原則將相關(guān)各專業(yè)管道進(jìn)行最優(yōu)化布置。優(yōu)化布置后，對(duì)管道支吊架進(jìn)行統(tǒng)一安裝設(shè)計(jì)，力求達(dá)到美觀統(tǒng)一的效果，選用的鋼材型號(hào)必須符合相關(guān)專業(yè)規(guī)范要求。依據(jù)近年來(lái)在公用、民用建筑施工中常用的支吊架安裝形式，結(jié)合BIM技術(shù)制定詳細(xì)的施工方案。其綜合排布如圖3所示。

5 施工方案

本工程采用BIM一站式放線技術(shù)進(jìn)行施工放樣。該系統(tǒng)包括BIM放樣全站儀和三維激光掃描儀。BIM放樣全站儀支持主流三維BIM模型（如Tekla、Sketchup、Revit、Ac等），能夠快速完成異形建筑測(cè)量放樣工作，且能在施工現(xiàn)場(chǎng)和辦公室高效管理所有放樣的分層數(shù)和點(diǎn)數(shù)據(jù)，按照需求創(chuàng)建控制點(diǎn)和作業(yè)線，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)100%無(wú)紙化作業(yè)，單人操作放樣即可。

在施工過程中，要求實(shí)現(xiàn)BIM放樣全站儀和三維激光掃描儀交互作業(yè)，制作采集現(xiàn)場(chǎng)模型。三維激光掃描儀采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)形成BIM模型，能夠無(wú)縫導(dǎo)入BIM放樣全站儀進(jìn)行放樣。要求整個(gè)施工應(yīng)用系統(tǒng)能夠達(dá)到BIM to Field，以BIM模型為依據(jù)，精確、快速指導(dǎo)施工放樣，同時(shí)還要求能夠?qū)崿F(xiàn)Field to BIM，能快速、精確采集現(xiàn)場(chǎng)模型，并通過后處理軟件快速建立BIM模型。將現(xiàn)場(chǎng)模型與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比分析，由現(xiàn)場(chǎng)模型指導(dǎo)下一步施工放樣，形成一整套完整的BIM指導(dǎo)施工應(yīng)用流程。

圖3 吊架綜合排布

6 結(jié)語(yǔ)

1）運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)安裝工程進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì)，可快速模擬管線碰撞。通過及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，避免由此帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，提高施工效率和施工質(zhì)量，取得較好的綜合收益。

2）依據(jù)BIM深化設(shè)計(jì)成果，將支吊架進(jìn)行統(tǒng)一排布安裝，不僅能優(yōu)化凈空、美化安裝成果，還能快速提高施工效率，有效避免在施工過程中因多專業(yè)交叉施工產(chǎn)生的碰撞問題。

3）將BIM放樣全站儀和三維激光掃描儀相結(jié)合實(shí)現(xiàn)一站式放線，能夠快速完成測(cè)量放樣工作，提高施工效率和放樣準(zhǔn)確性，降低人工成本，對(duì)保證安裝工程質(zhì)量和工期進(jìn)度等具有重要的指導(dǎo)意義。

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