基于BIM技術(shù)的綜合管線施工質(zhì)量控制

劉紅霞 徐明霞 何靜

摘要：現(xiàn)代建筑工程的要求越來越嚴苛，為了更好的滿足人們的需求，需不斷增加建筑設(shè)施的使用性能，改變建筑設(shè)施的固化結(jié)構(gòu)，合理的使用建筑空間，及時開展綜合管線的設(shè)計及布置工作。BIM技術(shù)有利于開展綜合管線的布置工作，并能顯著提高建筑設(shè)計質(zhì)量。基于此，文章首先闡述了BIM技術(shù)和綜合管線，接著分析了BIM技術(shù)在建筑工程綜合管線管理過程中的應(yīng)用，以期對建筑工程施工質(zhì)量進行管控，促進建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);綜合管線;施工質(zhì)量;碰撞檢測

中圖分類號：TP39：TU990.3

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0109-04

BIM（Building Information Modeling）又稱建筑信息模型，是在快速發(fā)展的數(shù)字化時代以信息為基礎(chǔ)的專用技術(shù)，其通過將建筑工程項目的相關(guān)信息整合匯總于3D模型中，實現(xiàn)空間立體化模型建立[1-2]，整體把控工程項目，最終為工程管理者提供決策支持。

城市化進程的逐步加快帶動了建筑行業(yè)及其關(guān)聯(lián)型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)建筑物的數(shù)量也越來越多，因此人們對現(xiàn)代建筑設(shè)施的性能要求也越來越高，性能變得更加優(yōu)越與多樣化發(fā)展，進而建筑工程中處于重要地位的綜合管線的集成性也愈發(fā)復(fù)雜。傳統(tǒng)綜合管線在設(shè)計和施工過程中多處于混亂的管理狀態(tài)，各部門之間管線埋設(shè)資料相互隔絕，綜合管線實際可使用的空間范圍也越來越小。在進行維護和改建過程中，為確保施工方案的科學(xué)性，通常需開展單獨的探測工作，對探測設(shè)備和技術(shù)有著較高的要求。因此在建筑工程管理過程中運用先進的技術(shù)手段提升綜合管線施工質(zhì)量勢在必行。將BIM三維建模引入綜合管線研究中，有助于直觀地呈現(xiàn)管線的空間位置關(guān)系，解決傳統(tǒng)管線縱橫交錯的問題[3-4]，進而設(shè)計出最佳的空間分配與管線布置，減少在施工過程中存在的問題。因此，對于建筑各不同協(xié)作單位而言，通過合理應(yīng)用BIM技術(shù)有助于實現(xiàn)施工全周期的信息化和科學(xué)化運作，能實現(xiàn)施工的動態(tài)化模擬操作，進而從根源上提升各類管線布置的精確度以及施工的效率，為輔助綜合管廊建設(shè)、保障管線安全提供有效的技術(shù)支撐。

1 BIM技術(shù)

1.1 BIM技術(shù)介紹

BIM技術(shù)最早是由美國Autodesk公司提出，是一種借助于計算機設(shè)備，利用數(shù)字信息技術(shù)應(yīng)用于建筑工程設(shè)計建造管理的工具。它使傳統(tǒng)的、扁平的實際施工過程，向信息化、三維立體化的方向轉(zhuǎn)變。BIM技術(shù)實現(xiàn)了建筑工程數(shù)據(jù)的傳遞與共享，通過模擬整個工程的實施流程，實現(xiàn)了對項目各階段的有效管理[5]。與傳統(tǒng)二維施工圖設(shè)計相比，BIM技術(shù)組建的模型可為工程項目的管理人員提供直觀的數(shù)據(jù)信息，有利于設(shè)計人員直接獲取建筑相關(guān)節(jié)點、結(jié)構(gòu)信息的數(shù)據(jù)，具備很多傳統(tǒng)管理模式不具備的優(yōu)點。

1.2 BIM技術(shù)優(yōu)勢

1）可視化。BIM技術(shù)具有可視化的特征[6]。在建筑工程設(shè)計過程中，傳統(tǒng)的平面化的施工圖紙或者設(shè)計方案不僅無法給人以直觀的形象，而且難以反映建筑工程的重難點區(qū)域。借助BIM技術(shù)構(gòu)建的三維立體實物使平面化的設(shè)計方案更加直觀，促使項目管理處于可視化狀態(tài)，因而能較為清晰地觀察建筑設(shè)計的全生命周期流程，為設(shè)計人員提供準確的數(shù)據(jù)參考，進而確保了整個工程項目設(shè)計的合理性和易操作性。

2）協(xié)調(diào)性。在實際施工過程中遇到突發(fā)情況時，可以利用BIM技術(shù)來提升數(shù)據(jù)信息傳輸能力，提供良好的信息化管理環(huán)境。在此基礎(chǔ)上減少設(shè)計變更，協(xié)調(diào)業(yè)主、設(shè)計、施工等多方關(guān)系，協(xié)調(diào)好不同部門的各項矛盾問題，確保建筑工程施工能夠順利展開。

3）模擬性。建筑工程是一項涉及專業(yè)較廣、規(guī)范要求較高的復(fù)雜工程，因而所需工程量巨大，僅憑二維圖紙進行建設(shè)可操作性不大。而BIM技術(shù)能夠完善這個不足之處，通過模擬三維立體的形式展示整個項目的數(shù)據(jù)信息，完成實踐過程中不容易完成的一系列工作，如對建筑施工的節(jié)點布置和建筑外觀等進行模擬。除了模擬建筑物模型，還可模擬節(jié)能、熱傳導(dǎo)等，在指導(dǎo)實際施工的同時，顯著降低了施工成本。利用BIM系統(tǒng)模擬出的效果，在現(xiàn)場交底環(huán)節(jié)，也有直觀準確的作用，管理相關(guān)人員能夠預(yù)先掌握和了解項目的空間關(guān)系，準確進行判斷。

4）優(yōu)化性。建筑工程，特別是復(fù)雜形態(tài)的建筑工程，在實施過程中會產(chǎn)生較多多元化的信息，但多數(shù)時候人們對這類信息的應(yīng)用度不高，因而難以全面反映建筑工程的施工情況。利用BIM模型，能夠全面匯總建筑工程信息的并實現(xiàn)快速運算，優(yōu)化建筑工程全生命周期過程并給出合理方案。

2 綜合管線介紹

綜合管線是建筑機電工程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，因而管道的綜合性要求關(guān)系到建筑工程的質(zhì)量效果。因此大型公共建筑在設(shè)計和施工中都需考慮管線綜合使用功能的完備性和安全可靠性，并且保證各分部管線的施工質(zhì)量。由于管線種類多，交叉點數(shù)量龐大，且管線敷設(shè)空間有限等情況[7]，綜合管線設(shè)計一直是建筑工程的重難點。管線綜合協(xié)調(diào)圖的設(shè)計，一般需滿足以下4個基本要求：①滿足管線交叉要求，包括滿足各專業(yè)本身和其他專業(yè)之間交叉敷設(shè)的要求，如凈距要求，空間排布要求，檢修維護要求等;②滿足凈高要求，尤其是將部分需要裝飾的區(qū)域納入考量范疇，如吊頂區(qū)域的高度要求;③解決成本的要求，管道自身盡可能地減少翻彎;④滿足圖紙的整潔、美觀。

因而管線綜合布置工作是重中之重，主要是為了實現(xiàn)管線布局的科學(xué)合理化。對綜合管線的高度值進行合理調(diào)整，一方面能夠減少工作人員在布置管線的過程產(chǎn)生的不當(dāng)操作所造成的各類違規(guī)問題，另一方面可提升其美觀程度。根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整支吊架使用的數(shù)量和位置，能夠使得組合式管線支吊架的布設(shè)更合理和實用，也相應(yīng)地降低了工程項目的不必要成本，增加了建筑工程不同部門工種之間的協(xié)作性和配合性，并且實現(xiàn)了優(yōu)化綜合管線管理的目的。

3 BIM技術(shù)在綜合管線管理中的價值

3.1 直接價值

早期建筑工程的施工圖紙一般是通過整理數(shù)據(jù)形成的二維平面圖紙，難以達到形象、直觀的目的，因而難以達到現(xiàn)場施工的需要。這些二維圖紙無法對工程中所涉及的環(huán)節(jié)、專業(yè)進行有效的銜接，因而易給各管線施工質(zhì)量管理工作帶來不利的影響。借助BIM技術(shù)的三維建模可探明并解決管線綜合空間碰撞等問題，確保施工方案的順利開展。同時由于各專業(yè)管線影響因素眾多，不可避免出現(xiàn)各專業(yè)的交叉、重疊、施工順序倒置等問題，通過BIM技術(shù)的可視化和智能化特征，對施工工序進行模擬，能快速且有效的處理好管線空間的分布瓶頸問題，節(jié)約施工成本。

3.2 間接價值

借助BIM技術(shù)錄入整個項目的數(shù)據(jù)信息，借此構(gòu)建綜合管線模型，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的自動化提取操作，完成數(shù)據(jù)的傳遞共享，為工作人員開展各項信息管理工作提供了便捷性。數(shù)據(jù)管理是建筑工程管理工作開展的重要基礎(chǔ)工作，因而其是比較重要的內(nèi)容。BIM模型可及時且全面的把控項目工程中變化的數(shù)據(jù)信息。如某專業(yè)管線信息改變時，其他管線可根據(jù)BIM信息數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容重新修改各管線的設(shè)計方案[8]，極大程度上確保了整個工程數(shù)據(jù)信息的準確性。

4 BIM技術(shù)在綜合管線中的具體應(yīng)用

4.1 綜合管線三維信息模型的建模流程

以BIM技術(shù)為手段，對工程設(shè)計圖紙進行數(shù)據(jù)分析，通過構(gòu)建的三維可視化模型對建筑工程周邊區(qū)域內(nèi)的綜合管線狀況進行模擬預(yù)演，對建筑施工中對綜合管線造成不利影響的各項因素進行實時檢測，開展合理的數(shù)據(jù)化分析，以期制定解決方案。通過BIM技術(shù)對建筑施工過程中需提前預(yù)留的綜合線路管道等進行檢測與識別，全面且直觀地找出并弄清不同專業(yè)工種圖紙之間的施工難點，以便于管理人員能夠根據(jù)不同情況提前做好準備，并制定相應(yīng)的解決方案，提高項目工程的施工質(zhì)量。BIM技術(shù)應(yīng)用于綜合管線三維信息模型時，相關(guān)技術(shù)人員能夠更加迅速的找出綜合管線施工癥結(jié)所在，做好準備工作，根據(jù)模型信息對綜合管線布置加以優(yōu)化改進。管線碰撞檢測步驟大致如圖1所示，主要包含如圖l所示。

1）物探。物探的最終目的是為BIM技術(shù)應(yīng)用于三維建模奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。該流程主要是根據(jù)建筑施工現(xiàn)場的實際情況選用合適的物探設(shè)施獲取所需工程項目的各項數(shù)據(jù)信息，以便完成準確且高效的探測工作。同時需格外注意在開展該項工作時要利用好原有的圖紙數(shù)據(jù)。

2）建模。利用相關(guān)軟件，以不同專業(yè)工種施工圖紙數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行3D建模，然后對不同專業(yè)工種綜合管線部件的各項參數(shù)進行調(diào)整確認。當(dāng)對某一參數(shù)數(shù)值的進行調(diào)整時，綜合管線構(gòu)件的信息也會相應(yīng)發(fā)生改變。通過建模能夠有效實現(xiàn)現(xiàn)場施工過程中不同部門的差異化要求。3D建模的具體步驟如下：①通過BIM技術(shù)對不同專業(yè)工種的綜合管線設(shè)置合適的標高;②根據(jù)專業(yè)工種的不同，分別構(gòu)建模型;③對不同專業(yè)工種的模型進行匯總，初步形成3D模型并進行綜合展示。在建模過程中，工作人員可根據(jù)實際情況先行記錄綜合管線碰撞等各項問題，對所有出現(xiàn)的異常狀況進行標記匯總，然后根據(jù)匯總分類后各樓層的實際情況同初始施工設(shè)計圖紙進行比較分析，對各綜合管線的實際施工情況進行考察，判別其是否達到各項設(shè)計的標準規(guī)范。

3）管線的碰撞檢測。該流程的實際操作如下：①根據(jù)上述采集的各項信息完成建模，并完成建模;②對提交的各項成果進行審核、審核不通過的成果進行初步修改，修改完善后再次提交;③各項準備工作完成后，開始管線的碰撞檢測試驗，輸出此次試驗結(jié)果并提供相應(yīng)的檢測報告;④發(fā)現(xiàn)檢測報告中的不足之處，對3D模型進一步優(yōu)化提升;⑤重復(fù)上述4個步驟，直至管線碰撞的檢測結(jié)果達到要求為止。相關(guān)工作人員根據(jù)BIM碰撞檢測完成后的各項信息開展實際施工現(xiàn)場復(fù)測工作。當(dāng)現(xiàn)場復(fù)測后的實際埋設(shè)情況與綜合管線碰撞檢測試驗結(jié)果不相符合時，需綜合對比分析，對錯誤的部分予以訂正，使得管線碰撞檢測結(jié)果真實、可靠，能夠同實際埋設(shè)分布地點沒有原則性的差異。開展復(fù)測工作能夠大大降低早期施工方案設(shè)計不夠完善所造成的破壞，并且減少不必要的返工工序，一定程度上節(jié)約了建筑工程施工的各項成本，進而為下一步的施工奠定良好的基礎(chǔ)。

4）管線空間的優(yōu)化處理。該流程可直接運用Navisworks軟件中的沖突檢測功能。利用該軟件可對不同專業(yè)工種的管線進行參數(shù)調(diào)整，以便便捷地完成檢查工作。該流程是在復(fù)測作業(yè)完成之后開始實施，主要是對不同管線碰撞的情況進行分類記錄與處理，以期實現(xiàn)綜合管線的優(yōu)化調(diào)整。對部分管線較少通過肉眼即可觀察記錄的簡單項目，可通過相關(guān)軟件直接進行操作修正。對于那些管線數(shù)量較多且較為復(fù)雜的碰撞點則需要在構(gòu)建的3D模型基礎(chǔ)上，借助于Revit同步之后再完成管線碰撞檢測試驗。對于那些綜合管線布置相對密集的區(qū)域，管線之間碰撞的可能性較大，因而需對其進行調(diào)整，以充分利用有效空間。管線碰撞的情形有：①主體結(jié)構(gòu)同管線之間的碰撞;②不同專業(yè)工種管線之間的碰撞。文章中所說的管線空間優(yōu)化主要是對管線與主體結(jié)構(gòu)之間的碰撞進行處理，優(yōu)化調(diào)整一般需遵循“電讓水、水讓風(fēng)、有壓讓無壓、重力排水管優(yōu)先”的原則例，合理設(shè)置好管道的排列順序。在這一原則下，設(shè)計人員能夠保障排水系統(tǒng)管線、暖通系統(tǒng)管線、消防系統(tǒng)管線等的布設(shè)符合規(guī)范和工程要求。

4.2 BIM技術(shù)在綜合管線施工質(zhì)量管理中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)的建筑工程管理模式比較落后，缺少實用性，不能夠保證建筑工程的質(zhì)量，因而難以跟上現(xiàn)代社會人們對建筑設(shè)施的更高要求。文章以BIM技術(shù)為主要手段對綜合管線施工進行控制，一定程度上能夠減少影響工程質(zhì)量的不良因素，提升建筑工程的管理效率。文章中BIM技術(shù)在綜合管線管理中的應(yīng)用大致如下：①在充分考慮建筑施工實際情況的基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)協(xié)助完成編制建筑工程中應(yīng)當(dāng)遵循的技術(shù)規(guī)范等;②通過BIM技術(shù)充分掌握和了解建筑工程施工中所用的構(gòu)建物型號等項目信息，并且及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的不合理情況，并做出相應(yīng)舉措;③能夠根據(jù)BIM模型中反饋的各項信息，與實際情況進行對比分析，完成優(yōu)化調(diào)整，減少不必要的返工和材料浪費，及時的實現(xiàn)了對整個施工質(zhì)量的管理與控制，確保質(zhì)量管理工作的效率。借助BIM技術(shù)可視化優(yōu)勢可實現(xiàn)建筑工程中數(shù)據(jù)信息的實時傳遞和共享，因而被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計各環(huán)節(jié)。

5 BIM技術(shù)在綜合管線管理中出現(xiàn)的問題

5.1 設(shè)計問題

綜合管線管理包含通風(fēng)、供電、人防等多項系統(tǒng)的布置工作，其所涉及的范圍較廣，因而各項工作比較復(fù)雜。BIM技術(shù)的應(yīng)用降低了管線綜合的管理難度，但BIM技術(shù)的推廣使得各單位對建筑施工工作人員的要求也日趨嚴格。當(dāng)然也存在一些設(shè)計人員自身經(jīng)驗比較欠缺，缺少管線綜合規(guī)劃的理念，同時對BIM技術(shù)的了解不夠深入，因而可能會在管線初始設(shè)計時造成設(shè)計不規(guī)范的問題，嚴重影響了管線的布置問題。

5.2 現(xiàn)場施工問題

在開展實際管線布置工作時，首先需調(diào)整好各管線的位置，對其進行遮擋以免影響到其他部件。特別需要注意遠離電動機、配電盤等位置。其次人防門在設(shè)計安裝時可能會間接性的影響到管線空間，因而要根據(jù)實際調(diào)整人防門的安裝參數(shù)數(shù)值等。在安裝防火卷簾時，需合理設(shè)計防火卷簾安裝尺寸，以免對管線綜合的布置造成影響。

6 結(jié)語

總體來說，建筑工程綜合管線管理中借助BIM手段為建筑施工質(zhì)量管理提供可靠的數(shù)據(jù)，因而能夠更加清晰地判斷各管線的實際埋設(shè)地點，顯著提高了項目工程的管理效率。當(dāng)進行管線碰撞檢測時的精確度也大大提升，減少了建筑項目范圍內(nèi)可能會出現(xiàn)的各類突發(fā)問題，實現(xiàn)了建筑信息的實時交流與共享，以便各方能迅速決斷，加快了建筑施工的速度。

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作者簡介：劉紅霞（1972-），女，漢族，陜西興平人，碩士研究生，高級實驗師，主要從事土木工程施工、BIM技術(shù)教學(xué)、科研工作。

基金項目：陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研計劃項目（Gfv19-23）