BIM技術(shù)在機電裝修工程深化設(shè)計中的應(yīng)用研究

李燕粉 王文灝

(1.中鐵十五局集團城市建設(shè)工程有限公司 河南洛陽 471000；2.鄭州大學(xué) 河南鄭州 450002)

1 工程簡介

成都地鐵6號線一、二期機電裝修工程5標，包含人民北路站、梁家巷站、前鋒路站、建設(shè)北路站的動力照明、通風(fēng)空調(diào)(不含多聯(lián)機)、給排水消防及裝飾裝修(不含藝術(shù)站公共區(qū)裝修)、路引、站外牌及附屬設(shè)施防火封堵等工作內(nèi)容及相關(guān)附屬工作，建筑面積105 870 m2。作為屬地管理單位，模型需要集成由業(yè)主專業(yè)分包的各系統(tǒng)標及設(shè)備廠家(含設(shè)備基礎(chǔ)、設(shè)備管線接入口、預(yù)留預(yù)埋)等相關(guān)專業(yè)內(nèi)容。

項目實施難點:(1)地鐵車站設(shè)備區(qū)面積相對于其它項目小，設(shè)備區(qū)管線眾多，尤其是走廊內(nèi)，綜合管線排布非常困難；(2)各專業(yè)(通信、信號、多聯(lián)機、站臺門、BAS、FAS、氣體滅火系統(tǒng)等)眾多，且變更頻繁。業(yè)主要求各專業(yè)的預(yù)留孔洞溝槽、各系統(tǒng)末端位置、天花及地磚排布、機房內(nèi)各專業(yè)按鈕布置等均需布置在模型上。由業(yè)主牽頭、監(jiān)理主持，所有進場施工單位一起進行模型審核，所有空間協(xié)調(diào)問題、進場施工順序問題，都要提前解決布置好。模型審核不通過，各施工單位不能進場施工，而關(guān)門工期已定，施工單位壓力巨大。

2 BIM技術(shù)深化設(shè)計目標及流程

2.1 深化設(shè)計目標

(1)綜合管線合理布置，滿足車站建筑凈空高度，做到符規(guī)范、無碰撞、高凈高且美觀、省材料、好施工[1]。

(2)綜合排布設(shè)備區(qū)、機房、站臺層、站廳層機電各專業(yè)管線和末端，協(xié)調(diào)機電與土建、精裝修專業(yè)的施工沖突。避免現(xiàn)場打亂仗，杜絕二次拆改損失，大幅度減少現(xiàn)場施工協(xié)調(diào)工作量。

(3)確定管線和預(yù)留洞、槽的精確定位，減少對結(jié)構(gòu)施工的影響；優(yōu)化裝修和各種設(shè)施布置，打造精品工程。

2.2 BIM技術(shù)深化設(shè)計實施流程(見圖1)

圖1 BIM技術(shù)深化設(shè)計實施流程

3 準備工作及模型構(gòu)建

3.1 準備工作

搜集建模依據(jù)，包含施工圖紙及設(shè)計變更單、各系統(tǒng)標和設(shè)備廠家提資及其變更、業(yè)主要求、相關(guān)標準等；學(xué)習(xí)元件、系統(tǒng)原理，熟悉CAD圖紙和業(yè)主的各項要求；電氣圖紙有強電、智能化、消防弱電、消防強電四種類型，應(yīng)了解配電房、消控室的位置；熟悉橋架的型號、規(guī)格、連接方式，以便在項目建模階段進行材質(zhì)設(shè)定；給排水圖紙含消防水、給排水、空調(diào)水系統(tǒng)，含集水井壓力排水、衛(wèi)生間污水廢水、雨水、冷凝水、消火栓系統(tǒng)，應(yīng)了解水泵房、消防水箱的位置，熟悉每個系統(tǒng)用的管道型號、材質(zhì)、規(guī)格，在建模階段能準確無誤繪制；暖通圖紙應(yīng)了解各風(fēng)機房的位置，空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)了解空調(diào)機房位置，風(fēng)管通常有排煙、排風(fēng)、送風(fēng)、新風(fēng)、回風(fēng)等系統(tǒng)，各個系統(tǒng)風(fēng)管選用的材質(zhì)、規(guī)格都應(yīng)該熟悉，在建模過程中應(yīng)分別進行設(shè)置。

3.2 分專業(yè)模型搭建

將CAD圖紙鏈接到BIM建模軟件中，作為底圖進行翻模，將2D圖紙轉(zhuǎn)化為三維立體圖形。在繪制前，先對項目中涉及的各個系統(tǒng)、管道進行分類設(shè)置，包括管道的材質(zhì)、系統(tǒng)縮寫、布管配置，不同的系統(tǒng)設(shè)置不同的顏色，在模型中加以區(qū)分。通過建模來審圖，發(fā)現(xiàn)并統(tǒng)計設(shè)計圖紙錯、漏、碰、缺問題，及時與專業(yè)工程師和專業(yè)設(shè)計確認解決。

4 管線綜合深化設(shè)計

采用的基本方法為在原有設(shè)計基礎(chǔ)上做到最大凈高；管線翻彎越多，施工難度相對越大，需減少翻彎數(shù)量，降低施工難度、節(jié)約部分成本；必要時犧牲部分凈高。當以上均不滿足時，考慮管線管路從走廊內(nèi)向兩側(cè)房間分流，在不改變截面面積的情況下改變風(fēng)管高寬尺寸比，但需和設(shè)計協(xié)商確定[2]。

4.1 管線綜合設(shè)計原則

(1)基本原則

大管優(yōu)先、小管讓大管；有壓管讓無壓管；壓力流管讓重力流管；低壓管讓高壓管；常溫管讓高溫、低溫管；可彎管線讓不可彎管線、分支管線讓主干管線；附件少的管線避讓附件多的管線；電氣管線避熱避水，在熱水管線、蒸氣管線上方及水管的垂直下方不宜布置電氣線路。預(yù)留管廊內(nèi)柜機、風(fēng)機盤管等設(shè)備的拆裝空間；管廊內(nèi)吊頂標高以上預(yù)留250 mm的裝修空間；租賃線以外400 mm距離內(nèi)盡可能不要布置管線，用作檢修空間；各防火分區(qū)處，卷簾門上方預(yù)留管線通過的空間，如空間不足，選擇繞行。充分參考業(yè)主已審核通過的項目模型資料，可以避免走不少彎路。

(2)其它避讓原則

氣體管道讓水管；金屬管讓非金屬管；一般管道讓通風(fēng)管；施工簡單的避讓施工難度大的；工程量小的讓工程量大的；技術(shù)要求低的讓技術(shù)要求高的；檢修次數(shù)少、檢修方便的讓檢修頻繁、檢修難度大的；非主要管線避讓主要管線；臨時管線避讓永久管線；新建管線避讓已建成管線。

4.2 站臺層管綜排布原則

(1)風(fēng)管與橋架的位置:風(fēng)管在靠近屏蔽門一側(cè)，橋架在風(fēng)管下方或者在風(fēng)管另一側(cè)。

(2)HF/PY風(fēng)管的側(cè)風(fēng)口當無空間放置時，可與設(shè)計溝通后改為下風(fēng)口。

(3)衛(wèi)生間與屏蔽門之間的走廊，當凈高不滿足時，橋架移動至衛(wèi)生間。

(4)屏蔽門安裝需要的空間:風(fēng)管支吊架下邊緣至完成面3 500 mm以上，或者風(fēng)管外邊緣(保溫厚度要計算在內(nèi)，可以理解為保溫外邊緣)至軌頂風(fēng)道＞400 mm。

(5)注意衛(wèi)生間的排水管是否穿底梁(建設(shè)北路站有污水管穿底梁)。

(6)開關(guān)柜室在站臺層時，橋架在站臺層板下通過。

(7)公共區(qū)域SF和HF/PY及橋架、水管保證底平。

4.3 設(shè)備層管綜排布原則

(1)當走廊調(diào)整不開時，部分風(fēng)管可移動到扶梯上方的天花內(nèi)，但是跨越扶梯上方時要安裝防火閥。

(2)設(shè)備層層高很高，房間內(nèi)風(fēng)管不宜設(shè)置太高，但是在走廊內(nèi)風(fēng)管要走高位，進入房間后降到4 000 mm左右位置，方便接風(fēng)口和保證送風(fēng)效果。

(3)開關(guān)柜室在設(shè)備層時，管線走夾層。

4.4 站廳層管綜排布原則

(1)公共區(qū)域送風(fēng)SF和回風(fēng)HF/排煙PY及橋架、水管保證底平，整齊美觀。

(2)氣瓶間上方夾層可以走管道。

(3)車控室不可被任何管線過路，進車控室的橋架，自防靜電地板下方進入車控室。

(4)設(shè)備用房(專業(yè)通訊設(shè)備室、不間斷電源UPS電池室)的風(fēng)口、多聯(lián)機室內(nèi)機、氣滅點位、燈具不能在設(shè)備上方。

(5)注意衛(wèi)生間排水是否與下層管線或者梁體碰撞。

(6)開關(guān)柜室在站廳層時，電纜走高位橋架進入開關(guān)柜室。

4.5 注意事項

(1)設(shè)備走廊排煙PY、排風(fēng)PF有下風(fēng)口時，放置低位。

(2)民用通信橋架放置在最下層，因其最后施工。

(3)氣滅不要走與其服務(wù)無關(guān)的房間和軌行區(qū)。氣滅點位不允許在機柜正上方移動原則:氣滅點位分上下噴，同一支管上下噴點位可以互換，假如房間內(nèi)有4個上噴和4個下噴，下噴和下噴要在一條線上，上噴排布同下噴。噴頭可以左右移動300～500 mm，噴頭接的彎頭至頂板最少250 mm。

(4)多聯(lián)機位置正上方300 mm高不能有管線；多聯(lián)機面板尺寸950×950 mm，多聯(lián)機尺寸840×840 mm。多聯(lián)機帶內(nèi)置泵，即冷凝水出室內(nèi)機位置可上翻，但是排至離壁溝位置時還需要坡度。

(5)氣滅弱電橋架進弱電井或弱電間(上、下層連通)、進氣滅鋼瓶間、進綜合監(jiān)控設(shè)備室(沿綜合監(jiān)控設(shè)備室從天花上下到地板下，再沿地板下到車控室主機)。

(6)氣滅強電橋架進強電井或強電間(上、下層連通)、進氣滅鋼瓶間。

(7)每個防護區(qū)門口氣滅模塊箱進線橋架，在墻內(nèi)暗埋至過道吊頂上后和氣滅弱電橋架相連。

(8)結(jié)構(gòu)片式消聲器頂置。

(9)防靜電地板自建筑完成面算起300 mm高，當建筑完成面150 mm時，防靜電地板距結(jié)構(gòu)面450 mm。

(10)通信機房風(fēng)管下墻位置不要擋住通信機柜開門。機房有專用通信設(shè)備室、公安通信設(shè)備室、ups電源室。

(11)從動力橋架或者消防橋架接到配電箱的，需要引橋架通到配電箱上，橋架尺寸視具體的功率:10 kW以下采用100×50 mm；11～60 kW的采用200×150 mm；80 kW及以上采用300×200 mm。

(12)氣滅所有的三聯(lián)盒，為保證門禁大小的放置，將距門邊300 mm修改為400 mm，如有氣滅盤，氣滅模塊箱及橋架也需隨之整體移動100 mm。

(13)后期出圖的時候所有氣滅管道開孔統(tǒng)一為200×200 mm的方孔。

(14)設(shè)備層設(shè)備用房的下排風(fēng)口，當滿足距離最近障礙物大于800 mm時，不需要靠墻，直接引下后追加風(fēng)口即可。

(15)無吊頂?shù)膮^(qū)域風(fēng)口吸附于風(fēng)管。

(16)走廊側(cè)送風(fēng)口高度小于吊頂下凈高1/2。

5 裝修排磚及成果輸出

5.1 裝修排磚

協(xié)調(diào)裝修專業(yè)、系統(tǒng)專業(yè)，在地面上排出設(shè)備基礎(chǔ)和裝修地磚，在天花上排出燈具、風(fēng)口、多聯(lián)機室內(nèi)機等末端設(shè)施的位置，滿足風(fēng)口不能在設(shè)備正上方、末端居中布置、磚縫對齊等美學(xué)要求[3]。

5.2 成果輸出

(1)根據(jù)深化設(shè)計成果，輸出綜合支吊架深化圖紙、凈高分析報告、結(jié)構(gòu)洞預(yù)留圖。

(2)BIM人員提供確定版綜合管線平面圖及橫縱剖面圖給支吊架廠家，支吊架廠家可根據(jù)管綜布置，結(jié)合規(guī)范要求和承重部位，進一步設(shè)計制造支吊架，后期運至現(xiàn)場實現(xiàn)裝配式施工[4]。

(3)通過模型提取明細表快速生成工程量清單，核定材料用量及采購計劃，如防火閥的具體尺寸根據(jù)管綜后的風(fēng)管尺寸統(tǒng)計訂購，尺寸正確、數(shù)量準確，實現(xiàn)成本預(yù)控[5]。

6 機電工程BIM應(yīng)用的特點和意義

BIM技術(shù)的三維模型方式，通過計算機高速運算、軟件技術(shù)、動畫技術(shù)、信息處理技術(shù)等[6]的完美結(jié)合，實現(xiàn)BIM管線綜合布置目的(見圖2)，具有如下優(yōu)勢[7]:

圖2 環(huán)控機房深化設(shè)計模型漫游

(1)直觀性強。在建筑機電設(shè)備安裝工程中，給排水、暖通、消防、強弱電、電纜橋架等系統(tǒng)繁多，各專業(yè)間碰撞多、各專業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)間碰撞多，安裝的復(fù)雜性較大；不僅如此，還有暗裝、暗敷、建筑與結(jié)構(gòu)洞口預(yù)留[8]，以及安裝時管道的綜合排布和凈高優(yōu)化等，技術(shù)難度高。應(yīng)用BIM技術(shù)后，三維模型立體直觀，施工便利，施工準確程度大幅度提升。

(2)效率高。借助BIM技術(shù)，直接添加各個設(shè)備的參數(shù)和數(shù)據(jù)，簡化整個設(shè)計環(huán)節(jié)和施工環(huán)節(jié)，讓過去難以發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)錯誤、管線布局的失誤快速地被發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)預(yù)制裝配[9]，工作效率大幅度提高。

(3)施工協(xié)調(diào)性好[10]。可以解決在大型的公建項目多家專業(yè)分包單位進行施工的復(fù)雜協(xié)調(diào)問題，通過使用BIM模型模仿機電系統(tǒng)與設(shè)備組裝工藝流程，使得管線及設(shè)備所需的安裝空間、作業(yè)順序得以合理安排，以確保其可實施性，讓工地施工更流暢。

(4)方便獲取工程量。調(diào)取明細表即可獲得分專業(yè)、分區(qū)域的個性化工程量，一鍵出量，便于施工單位進行成本控制。

(5)服務(wù)運維。通過BIM模型，可實現(xiàn)資產(chǎn)配置管理。可事先了解可能產(chǎn)生維修空間的沖突問題，設(shè)定維修人員及機具工作空間，不然會造成維修不便。例如，成都地鐵規(guī)定“所有風(fēng)機下面不能有風(fēng)管”，就是考慮風(fēng)機故障率高，維修更換時不需要拆除下方的風(fēng)管。