BIM技術(shù)在機(jī)電工程項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

王鐘箐 盧紅燕

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 四川 成都 610106)

如今的大中型建筑工程中，對建筑性能要求愈加繁復(fù)，導(dǎo)致建筑的機(jī)電設(shè)備管線愈加復(fù)雜，機(jī)電工程安裝也愈加困難，存在著嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染現(xiàn)象，造成二次施工、工期延誤與成本損失結(jié)果。BIM技術(shù)則響應(yīng)了建筑業(yè)各方的需求，為解決機(jī)電安裝問題提供了有效的新技術(shù)與新方向，大力提高建筑工程的質(zhì)量，確保工程工期，節(jié)約成本，在建筑工程的機(jī)電工程中發(fā)揮了很大的作用，有著廣泛的應(yīng)用。

一、工程概況

工程項(xiàng)目為四川某公共建筑的地下室工程，總建筑面積21263.73M2，地下層數(shù)一層，地下室層高3.9m，機(jī)電停車位586輛，非機(jī)電停車位1076輛。

該工程項(xiàng)目包含了機(jī)電三大專業(yè)系統(tǒng)

給排水系統(tǒng)有：生活給水系統(tǒng)、生活廢水系統(tǒng)、壓力廢水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

電氣系統(tǒng)有：10KV橋架、強(qiáng)電、消防強(qiáng)電、弱電，消防弱電。

通風(fēng)系統(tǒng)有：排風(fēng)(排煙)系統(tǒng)。

本工程項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)眾多，管道錯(cuò)綜復(fù)雜，使用了BIM技術(shù)對機(jī)電項(xiàng)目進(jìn)行了碰撞檢查、優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了凈高分析、預(yù)留洞口、精確化施工出圖等工作。

二、機(jī)電項(xiàng)目優(yōu)化設(shè)計(jì)

(一)模型構(gòu)建

優(yōu)良精確的三維工程項(xiàng)目模型是進(jìn)行后續(xù)工作的必備基礎(chǔ)。基于Revit軟件，構(gòu)建了本工程的土建模型、給排水模型、電氣模型以及通風(fēng)系統(tǒng)等模型。如圖1所示。

(a)土建三維模型

(二)碰撞檢查

在施工前通過碰撞檢查預(yù)先發(fā)現(xiàn)并解決不同專業(yè)的干擾與沖突，是BIM技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電安裝施工管理中的關(guān)鍵應(yīng)用[1]。碰撞檢查又分為硬碰撞和軟碰撞[2]。

硬碰撞為結(jié)構(gòu)梁與管道、管道與管道之間在空間上方發(fā)生的實(shí)體交集與碰撞。軟碰撞為實(shí)體之間并不存在交集，但有些管道需要保溫層與檢修空間，而兩者之間的距離過小，不能滿足管道間的最小間距。進(jìn)行軟碰撞檢查時(shí)需要設(shè)定一個(gè)臨界值，比如給排水管道保溫層厚度為100mm，則應(yīng)以管道外壁100mm為碰撞臨界點(diǎn)。

影響機(jī)電施工的碰撞以硬碰撞為主，因此利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查時(shí)，多是指各種管道之間、管道與設(shè)備、管道與結(jié)構(gòu)、管道與橋架之間的硬碰撞。在已構(gòu)建的三維可視化工程BIM模型中，設(shè)置相關(guān)檢查參數(shù)，模擬工程管線的實(shí)際布置情況，在土建模型、機(jī)電模型間進(jìn)行管道碰撞檢查。

碰撞結(jié)果表明，本工程優(yōu)化前的管線之間的碰撞多達(dá)6320處，這將對施工形成極大的困難，不僅會(huì)造成機(jī)電安裝的二次施工、還會(huì)延誤工期，在施工成本浪費(fèi)的同時(shí)還會(huì)影響建筑的功能。

(三)管綜優(yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)電工程的管綜優(yōu)化設(shè)計(jì)是由施工企業(yè)確定供應(yīng)商后，提供相應(yīng)的設(shè)備族與管件族，交由專業(yè)的BIM技術(shù)人員按設(shè)計(jì)圖紙和施工方要求進(jìn)行二次的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決設(shè)計(jì)圖紙的問題并優(yōu)化管線，將二次返工率降低到零點(diǎn)后，向施工方出示最后的施工圖紙。

1.電氣橋架優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于原始設(shè)計(jì)圖紙和碰撞結(jié)果，在優(yōu)化總體原則“橋架和水管在同一高度時(shí)，平行分開布置時(shí)；在同一垂直方向時(shí)，橋架在水管上方布置；風(fēng)管布置在橋架和水管的下方(除噴淋外)；綜合協(xié)調(diào)，充分利用可用的空間”指導(dǎo)下，遵從“風(fēng)管為主，橋架次之，水管為輔，小管讓大管，有壓管讓無壓管”的排布原則[3]，首先對電氣橋架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。如圖2所示。

(a)優(yōu)化前橋架局部三維圖

通過優(yōu)化前橋架局部三維圖與優(yōu)化后橋架局部三維圖對比，優(yōu)化之后的橋架布置無碰撞，且更加合理，更便于打支吊架，降低了成本。

電氣橋架的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)具體情況具體分析，不同的碰撞情況發(fā)生時(shí)應(yīng)從各方面綜合考慮，要有大局觀。

2.管道、風(fēng)管優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)橋架優(yōu)化后再進(jìn)行水管、風(fēng)管的管綜布置。風(fēng)管是機(jī)電系統(tǒng)中面積尺寸最大的一個(gè)專業(yè)，因此其造價(jià)也相對其他兩個(gè)專業(yè)更高，所以當(dāng)三者發(fā)生互相碰撞時(shí)，應(yīng)盡量不翻彎風(fēng)管，且噴淋應(yīng)布置在風(fēng)管上方。由于風(fēng)管布置在最下層，因此風(fēng)管支管應(yīng)采用底平齊。當(dāng)水管與橋架相撞時(shí)，因根據(jù)不同情況分析。若少數(shù)水管與多數(shù)橋架相撞，應(yīng)翻彎水管，反之亦然；若兩者數(shù)量相同，應(yīng)根據(jù)尺寸大小情況做相應(yīng)的調(diào)整，小讓大；若兩者數(shù)量與尺寸皆相同，則翻彎橋架，水管盡量不翻彎，以便水流順暢。

優(yōu)化后的管道和風(fēng)管局部模型圖如圖3所示。

(a)優(yōu)化前局部三維模型圖

經(jīng)過管綜優(yōu)化設(shè)計(jì)，對不同專業(yè)的管線進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，從局部優(yōu)化到綜合設(shè)計(jì)最優(yōu)，有效減少管線碰撞，避免沖突，減少后續(xù)返工現(xiàn)象，大量節(jié)約施工成本。

(四)凈高分析

對于地下室有凈高要求的工程項(xiàng)目，可在相關(guān)軟件中設(shè)置檢查參數(shù)，繪制凈高分析圖，得出整個(gè)地下室的實(shí)際凈高情況。對于不滿足凈高要求的地方可以再次查看修改。也可運(yùn)用3D漫游軟件進(jìn)行檢查，模擬真人在建筑里查看的真實(shí)場景，可以更直觀的觀察到樓梯、坡道處的管線，進(jìn)行凈高分析。

對本項(xiàng)目進(jìn)行凈高分析發(fā)現(xiàn)，在樓梯、坡道處，由于管道的水平布置，導(dǎo)致凈高不符合要求。在剖面圖下，對涉及管道進(jìn)行了折線和傾斜處理，滿足凈高要求(圖4)。

圖4 坡道處凈高分析

(五)預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)

利用BIM技術(shù)，可在施工前根據(jù)機(jī)電管綜優(yōu)化模型，對工程管道的預(yù)留預(yù)埋進(jìn)行事前設(shè)計(jì)，并可根據(jù)工程施工需要，進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋施工詳圖出圖，避免在現(xiàn)場臨時(shí)進(jìn)行施工，不僅加快施工進(jìn)度，同時(shí)節(jié)約了施工成本(圖5)。

(a)預(yù)留洞口三維圖

(六)工程數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)

基于創(chuàng)建的工程項(xiàng)目三維模型，利用Revit明細(xì)表可以統(tǒng)計(jì)出機(jī)電施工所需的材料種類、數(shù)量以及參數(shù)，如電纜橋架、管道、風(fēng)管、管件等，為工程成本預(yù)算提供了可靠依據(jù)。按照施工進(jìn)度對物資供應(yīng)方案隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保了材料的按時(shí)供應(yīng)。

三、結(jié)語

BIM技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電項(xiàng)目中，主要有如下應(yīng)用：

(1)大幅減少隱藏在圖紙內(nèi)的管線沖突，彌補(bǔ)原設(shè)計(jì)的不足之處，提高施工現(xiàn)場和施工圖紙的一致性，減少因此造成的各種成本損失和工期延誤。

(2)合理運(yùn)用BIM模型的可視化性質(zhì)，輔助機(jī)電與其他專業(yè)的作業(yè)協(xié)同，進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，保證各專業(yè)施工的有序進(jìn)行。

(3)通過BIM技術(shù)進(jìn)行建筑凈高分析，有效避免其二次施工問題。

(4)通過BIM模型所搭建的信息數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確得出管道、管件的種類、尺寸及數(shù)量，提出完善的材料設(shè)備清單，輔助材料設(shè)備采購

通過BIM技術(shù)在機(jī)電項(xiàng)目中的應(yīng)用，節(jié)約施工成本，控制空間成本，降低時(shí)間成本，確保了機(jī)電安裝施工能高效有序的完成。