基于BIM技術(shù)的機(jī)電系統(tǒng)管線碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)

張淑靜，柯 耿，廖春成

(1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.北京師范大學(xué)總務(wù)，北京 100875)

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國的建筑項(xiàng)目對于綠色建筑的要求越來越高，利用BIM技術(shù)就是要在建筑的全生命周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑[1]。而目前大多數(shù)的建筑項(xiàng)目在機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化施工過程中，各專業(yè)之間的溝通協(xié)同出現(xiàn)信息差，使得各方付出更多的人力、物力、財(cái)力，嚴(yán)重的要影響工期進(jìn)度，出現(xiàn)窩工返工[2]。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)意義

大型建筑物地下車庫的各類機(jī)電設(shè)備管線紛繁復(fù)雜，路由走向交叉分布，多層排布又會影響密集區(qū)域的凈高要求，數(shù)量多，種類復(fù)雜，各專業(yè)之間穿插交錯，綜合支吊架無法排布，預(yù)留孔洞無法準(zhǔn)確布置，是機(jī)電系統(tǒng)最為突出的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的二維CAD在制圖設(shè)計(jì)過程中雖然體現(xiàn)出了快速出圖的要求，但是因?yàn)槊總€專業(yè)由不同的設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)，在很大程度上存在二維平面難以發(fā)現(xiàn)的問題和各專業(yè)之間溝通出現(xiàn)信息差等問題，導(dǎo)致施工過程中的圖紙存在在設(shè)計(jì)階段就需要解決掉的難題，尤其對于一些工期非常緊迫的項(xiàng)目，由此而引起的窩工返工所帶來人財(cái)物的損失是不可預(yù)估的[3]。基于上述種種問題，在設(shè)計(jì)過程中就采用BIM技術(shù)，同步跟蹤建立三維信息工程模型，即可很大程度減少各專業(yè)之間施工過程中的協(xié)調(diào)優(yōu)化過程[4]。BIM技術(shù)可很好地解決機(jī)電專業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)之間的預(yù)留孔洞問題，避免后期大量的后開洞破壞結(jié)構(gòu)安全和建筑美觀等問題，以及提前完成機(jī)電系統(tǒng)各類管線預(yù)排布，避免施工過程中的返工和資源浪費(fèi)，還可以進(jìn)行綜合支吊架的排布，既美觀又可節(jié)省資源，完整的BIM工程模型，包含建筑物各專業(yè)以及各類構(gòu)件的所有信息，可為建筑的全生命周期管理提供信息庫[5～7]。

3 BIM技術(shù)在建筑業(yè)機(jī)電管線優(yōu)化布置中的應(yīng)用

3.1 某建筑物全專業(yè)BIM建模

針對項(xiàng)目施工過程中的各類問題，本文以BIM技術(shù)在某建筑物地下車庫中機(jī)電管線施工優(yōu)化應(yīng)用為例展開研究。

根據(jù)施工圖紙建立三維機(jī)電模型如圖1所示，整個地下車庫管線錯綜復(fù)雜，碰撞交叉點(diǎn)密布各個角落，這就給施工過程帶來巨大困擾，尤其在各類消防泵房、空調(diào)機(jī)房、配電房等的進(jìn)出口位置，重疊交叉，凈高空間嚴(yán)重不足，設(shè)計(jì)過程中各專業(yè)設(shè)計(jì)人員單獨(dú)設(shè)計(jì)出現(xiàn)信息差，施工過程中各專業(yè)施工人員之間溝通不到位，引起施工過程中的返工現(xiàn)象，造成材料工期的浪費(fèi)(圖2)。

圖1 某建筑物地下車庫機(jī)電系統(tǒng)管線BIM模型

圖2 運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備機(jī)房管線優(yōu)化布置

3.2 BIM模型機(jī)電管線碰撞檢查優(yōu)化報(bào)告分析

3.2.1 碰撞檢查清單列表

應(yīng)用BIM模型碰撞檢查功能，檢測出典型問題如表1所示。

表1 BIM模型碰撞檢查典型問題清單

3.2.2 碰撞檢查報(bào)告分析

首先，將工程建筑，結(jié)構(gòu)，水，暖，電各專業(yè)BIM模型鏈接整合在一起。

其次，通過碰撞檢查設(shè)置個專業(yè)之間的的容差值，整個建筑信息模型第一次共有初始碰撞點(diǎn)6833處。

再次，除去建筑和結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型工程實(shí)體碰撞點(diǎn)，并對建筑和結(jié)構(gòu)信息完成修正，檢測出第二次碰撞點(diǎn)6695處。

最后，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和對模型結(jié)構(gòu)和碰撞點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息，發(fā)現(xiàn)有大部分是自動噴淋支管和其他管線的沖突，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及各專業(yè)溝通之后做了調(diào)整，第三次碰撞點(diǎn)共837處。

針對第三次碰撞檢查發(fā)現(xiàn)的837處碰撞點(diǎn)進(jìn)行分析，其中現(xiàn)場施工過程可規(guī)避問題572處，占到總數(shù)的百分比為68.3%，須上報(bào)設(shè)計(jì)單位協(xié)調(diào)解決的265處，占到總數(shù)的百分比為31.7%。

3.2.3 BIM技術(shù)碰撞檢查及凈高分析

(1)碰撞檢測結(jié)果可以快速查找定位發(fā)生碰撞的管線位置，通過雙擊碰撞點(diǎn)可在模型中快速查看碰撞點(diǎn)所在位置，并可直接在模型上調(diào)整修改，軟件支持導(dǎo)出碰撞報(bào)告，便于施工方會總匯報(bào)相關(guān)碰撞情況。

(2)凈高分析，首先設(shè)置檢測范圍，選擇某一個標(biāo)高作為凈高檢測的建筑完成面，其次設(shè)置檢測規(guī)則，支持不同的房間設(shè)置不同的凈高要求，最后設(shè)置檢測類別，方便設(shè)置參與凈高檢測的構(gòu)件。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電系統(tǒng)管線優(yōu)化的優(yōu)勢

本文通過對某建筑物案例進(jìn)行建模分析及實(shí)地調(diào)研，建立了機(jī)電管線優(yōu)化模型，并對模型的應(yīng)用成果進(jìn)行了闡述和檢驗(yàn)，研究證明如下。

(1)在該項(xiàng)目中，僅消防給水泵房等關(guān)鍵機(jī)房區(qū)域中應(yīng)用BIM技術(shù)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可減少變更以及返工成本費(fèi)用預(yù)估值為6萬余元。

(2)在該項(xiàng)目地下車庫機(jī)電安裝采購中，風(fēng)管和部分管道采用預(yù)制加工制作，通過風(fēng)管的集中化加工，大大提高了風(fēng)管施工的速度，有效地縮短風(fēng)管施工 工期約半個月。提高了施工質(zhì)量，減少了返工量，從而縮短機(jī)電安裝工期，保證項(xiàng)目按期完工。

(3)在該地下車庫的機(jī)電管線模型碰撞檢查中，發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)數(shù)千處，依據(jù)優(yōu)化模型施工，累計(jì)節(jié)約成本耗費(fèi)60余萬元，且提高了設(shè)計(jì)施工效率和建筑質(zhì)量。

(4)在該建設(shè)項(xiàng)目中，通過BIM技術(shù)在物資方面的應(yīng)用，節(jié)約材料預(yù)估約8%，控制材料的進(jìn)場計(jì)劃，減少了材料人員統(tǒng)計(jì)材料所需的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了材料局部可查、整體可控的目標(biāo)。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)在國內(nèi)目前處于蓬勃發(fā)展的階段，本項(xiàng)目中的機(jī)電管線優(yōu)化和管理模式率先采用了BIM技術(shù)，完成了BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用，并通過建立模型和效益分析證明了其應(yīng)用價(jià)值，也為我國建筑行業(yè)內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用和推進(jìn)做出了貢獻(xiàn)。