基于BIM技術在空調設備吊裝方案優化

鐘愛軍 張聞 王國慶 王效玲 趙龍祥 王林

（1.揚州職業大學 225000 2.江蘇揚建集團有限公司二公司 225000 3.江蘇省揚州技師學院交通工程系 225000）

引言

在當前建筑工程施工中，大型空調設備的吊裝方案還主要依賴吊裝人員的經驗經過詳細的現場勘察后確定，由于人的局限性，最終確定的吊裝方案往往不是最優方案，隨著施工現場狀況和建筑物體型趨向復雜，這種依賴經驗和現場勘查的優選方法越發顯得困難。

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，該技術是以建筑信息集成為理念，運用三維數字化技術建立項目的數字化模型[1～2]。BIM模型對項目的設計、施工和維護等都具有很強的輔助作用[3～4]。

本文將BIM技術應用于大型空調設備的吊裝方案的選擇，運用BIM技術提供的數字化模型模擬吊裝過程并進行碰撞分析，能實現盡可能多地初選出可能吊裝方案，然后運用綜合評分法進行方案優選，旨在規避現場勘察尺寸數據粗糙、復雜狀況下難以優選方案的缺陷。

1 工程概況及施工面臨的問題

1.1 工程概況

揚州市職業大學綜合體育館，直接蒸發式空調外機設置在設備層之上、鋼屋面之下，因此正常施工順序應該是在鋼屋面施工之前完成空調外機吊裝。但由于直接蒸發式空調后期單獨招標滯后，為不致影響整個工程施工進度，先行進行鋼屋面施工，這違反了正常的施工工序，給后期的空調外機吊裝帶來了很大挑戰。

1.2 施工面臨的問題

1.2.1 工期問題

該項目進展至空調吊裝階段，進度已經落后計劃很多，由于空調安裝存在較多后續工作，因此，為不致影響后續工作，業主方對吊裝施工時間要求較緊。

1.2.2 費用問題

直接蒸發式空調單獨招標時招標文件中未涉及施工安裝要求，后經協商總包單位同意免費吊裝，因此如何降低吊裝費用是總包單位重點考慮的因素。

1.2.3 鋼屋面預留洞口問題

由于不同品牌的空調外機尺寸有一定的差異，在未確定設備品牌情況下，鋼屋面上預留的部分空調外機洞口尺寸偏小。

1.2.4 設計缺陷問題

由于裝飾專業設計師和暖通專業設計師沒有足夠的溝通，導致部分主鋼龍骨剛好穿過鋼屋面預留洞口中部，給主機的吊裝帶來很大困難。

1.2.5 路面保護問題

根據施工進度計劃，建筑物四周的消防環道將于空調吊裝前一天完成瀝青鋪設，監理單位建議所用吊車不要超過200t汽車吊。

2 基于BIM技術的吊裝方案初選

本工程6臺空調外機位置，如圖1所示。由于1號機和5-6號機位置吊頂主龍骨穿過上方洞口，不經過處理不能作為吊裝洞口。空調外機吊裝入口：1-4號機從B區吊裝，5-6號機從A區吊裝。運用ArchiCAD軟件進行建模和碰撞模擬，確定可能吊裝路徑。下面以A區吊裝為例，說明初選過程。

圖1 直接蒸發式空調外機布置

2.1 側吊方案

2.1.1 路徑分析

由于女兒墻頂與鋼桁架下口間凈高為2200mm，而設備本身高度2670mm，運用ArchiCAD軟件模擬側面吊裝，可清楚顯現空調外機與女兒墻碰撞情形，如圖2所示，因此從側面吊裝需要拆除一部分女兒墻，拆除高度700mm，拆除長度2800mm。該方案優勢是吊車臂短，額定起重量低，吊車租賃費低，有利于保護消防環道。

圖2 空調外機北側吊入碰撞分析

2.1.2 費用及工期分析

根據建筑施工圖，拆除女兒墻的同時還要拆除外側的玻璃幕墻，幕墻拆除高度取為1700mm，拆除長度取為4400mm。根據節點詳圖，拆除、恢復女兒墻施工工作內容應包括：搭設、拆除砌墻腳手架、加氣混凝土砌塊墻拆除、砌筑、粉刷、油漆、玻璃幕墻拆除、安裝。

玻璃幕墻拆除后材料還可以利用，但要考慮到拆除施工時材料損耗，損耗率取為8%。至于工期計算，為簡化分析，沒有區分吊裝前工作和吊裝后工作，實際上吊裝前工作并不影響總工期，綜合上述分析，將女兒墻拆除與恢復費用[5]和工期[6]列于表1中。

2.2 頂吊

2.2.1 路徑分析

在洞口尺寸和鋁板吊頂主龍骨的限制下，5號外機和6號外機均不能從各自洞口吊裝。要實現從上部吊裝，可拆除5號外機洞口和6號外機洞口之間的鋼屋面，將兩小洞口合并成為大洞口，為驗證該想法的可行性，運用ArchiCAD軟件模擬出拆除后洞口，詳見圖3，同時進行吊裝碰撞分析，該大洞口能夠滿足設備吊裝要求。

表1 A區側吊安裝費用、工期分析

圖3 5號外機和6號外機洞口合并

2.2.2 費用及工期分析

拆除5號外機洞口和6號外機洞口之間的鋼屋面，具體尺寸為2360mm×4400mm，鋼屋面拆除、安裝費用[5]、工期[6]分析詳見表 2。

表2 A區頂吊安裝費用、工期分析

3 吊裝方案優選

根據施工背景和現場情況，方案優選主要考慮兩個因素：①吊裝工期；②吊裝費用，以期兼顧到業主和施工方的雙方利益。由于考慮因素多余一個，為了使選擇方案達到各方利益均衡點，應用綜合評分法[7]。

3.1 權重系數

根據各評分指標重要程度，確定其所占的權重，本工程吊裝工期權重系數取為0.45，吊裝費用權重系數取為0.35，路面保護權重系數為0.20，如表3所示。

表3 權重系數

3.2 評價等級和標準

首先制定各項評價指標統一的評價分值范圍，本工程均為100分，然后制定每項評價指標評分標準，詳見表4所示。

表4 評分指標打分標準

3.3 綜合評分

根據指標和評分標準，結合各吊裝路徑施工工期和施工費用分析結果評出各自分值，具體見表5。根據綜合評分，A區空調外機吊裝方案為：合并洞口后從上部洞口吊裝，該方案費用低，工期短，與從南側吊裝和散件進場組裝相比均有明顯優勢。

表5 綜合評分值

4 結論

本文運用ArchiCAD軟件，全面考慮吊裝過程中的各方面因素，對各種吊裝可能路徑進行碰撞分析，篩選出可能路徑。ArchiCAD軟件能做到精確、快速的模擬吊裝過程中遇到的各種工況，完全規避了人工現場勘察的數據粗糙、復雜狀況下難以初選的缺陷，對各種吊裝路徑進行了精確模擬，提高工作效率，節約時間成本；方案優化綜合考慮工期、費用、路面保護三方面的因素，根據三個因素的重要性不同賦予不同的權重系數，對每一個初選方案進行了綜合打分，由于有ArchiCAD軟件的幫助，可以準確的選擇出足夠多的吊裝初選方案，確保了確定的最優方案的可靠性。