高校科研樓BIM技術應用實例分析

李蘋

（汕頭市政府投資項目代建管理中心）

1 項目概況

廣東以色列理工學院北校區科研樓，承載著學院重要的科研功能，包括35間專業實驗室和32間功能待定實驗室，實驗室面積約8000m2，35間專業實驗室，均需按照科研團隊的要求進行設計與配置，每個實驗室都是獨一無二的。

由于科研樓實驗室和公共走廊管線十分復雜，含專項設計共計達7個系統，局部走廊管線數量最多達29條（含三條截面較大的通風系統管道），為在已有建筑結構和管線基礎上解決管線合理排布、保證凈高等問題，在設計階段就引入了建筑信息模型（BIM）技術[1]，并在施工階段根據實際情況進行調整，保證了項目的正常實施。

2 BIM技術的實施情況

BIM作為一種應用于工程設計、建造與管理的數據化工具，實現建筑信息化的交互，如果數據齊全、工作深入，不僅能夠在設計、施工階段提供很大的幫助，更能在建筑后續維護工作中發揮作用，提高運維的工作效率[2]。

2.1 工作流程

在設計階段，BIM團隊就介入工作，首先根據項目特點制定了服務方案，確定了工作流程，如圖1。

圖1 BIM工作流程圖

多專業BIM模型搭建完成后，BIM團隊首先針對空間狹窄、管線密集的區域，進行了管線預排，模擬其可實施性，并針對性提出了優化方案，協助設計單位完成了數次設計修改。

2.2 出屋面風管位置的調整

已完成的建筑物設置了多個管道井，根據實驗室要求，有多條通風管（立管）需要布設在管道井內，從屋面梁板結構伸出屋面。原設計的風管截面尺寸均較大，若按此排布，則多處與天面橫梁碰撞，無法穿過，如圖2、圖3所示。

圖2 1-6交1-7軸的風管示意圖

圖3 2-2交2-3軸的風管示意圖

針對此問題，在駐場專業設計人員的配合下，在三維可視化的環境下，對八層風管的布置方案進行局部修改，相應調整水平管的截面尺寸和管道井中數根立管的位置，這是管線的第一次深化。之后，進行全盤管線的施工深化，即管線二次深化。所有管線均在滿足設計和規范要求、考慮施工便利性、結合后期運維需求的前提下，在BIM模型中完成了排布和翻轉。管線深化BIM模型完成后，BIM團隊從模型中導出各種深化圖，標明了每根管線的平面定位和管底標高，用于各專業參照進行施工。深化圖包括各系統平面施工指導圖、各實驗室管線綜合圖、走廊管線綜合圖、各實驗室穿墻管線開孔圖等。

2.3 水平管線的布設調整

科研樓含專項設計共計達7個系統，除常規的消防、強電、弱電、排水系統，還有純水及冷凍水供應系統，空調、排風通風系統及變風量控制系統，氣體（氮氣、氧氣、燃氣等）供應系統，局部走廊管線數量最多達29條。在607實驗室及其附近走廊是整棟科研樓管線最密集的部位，如圖4，在面積約200m2、吊頂要求2.7m的實驗室里存在19條管線。原設計圖上，有新風風管（630×400）和恒溫恒濕風管（800×400）沿著六樓走廊敷設，接入607實驗室。該處走廊已有管線最低標高只有3.2m，新建吊頂設計為3.1m，僅考慮上述兩條管道截面尺寸已是無法實現的。

圖4 走廊原狀

為了滿足設計對吊頂凈高的要求，BIM團隊把607室內和附近走廊的管線排布進行整體考慮，來獲取最優解決方案。通過BIM模型多次分析與模擬，從管線繁雜的607室中擠出了寶貴的空間，把上述新風風管和恒溫恒濕風管改為從607室內排布，立管作相應調整。此深化方案既保證了607室內2.7m的吊頂高度，也實現了走廊3.1m的設計吊頂凈高要求，如圖5。

圖5 深化圖紙

3 應用效果和問題分析

科研樓通過BIM技術前置，解決了大部分的設計缺陷，減少了施工過程的遷改和返工。管線的施工深化工作在三維可視化的環境下，讓各參與方皆可直觀高效地參與進來，使深化成果更具合理性與可操作性。在BIM團隊的配合下，各施工班組按照深化圖進行施工，基本消除以前復雜安裝工程中經常出現的各系統“打架”、先行施工的工種“搶地盤”、不按深化方案施工、存在大量拆改返工等現象，大大減少了建設方監管、統籌與協調的工作難度。

存在問題：

⑴維修的困難仍然存在。雖然通過BIM優化，解決了管道布設問題，但是，由于在走廊位置的管道仍然有三至四層，而且管道之間的間距較小，日常巡查的視線、視角受到阻礙，無法觀察清楚；同時，如果有管線或者接口出現問題，維修困難較大，可能需要把下層或同層的管道先移除，才能對目標管道進行維修。

⑵管道位置的調整可能產生新的問題。由于現有走廊寬度受到限制，部分應布設在走廊的管道調整到實驗室內布設，雖然解決了標高、管道距離、管道上下層關系等問題，但可能產生新的問題。即有些管道是不合適在實驗室內行走的，因為管道本身的特性所決定，或者實驗室屬于相對封閉的環境而不允許其他管道的進入，或者造成維護不便。

如果在建筑方案階段，就讓BIM介入，可以有效地解決上述兩個問題。

4 運營維護的相關情況

理想狀態，是通過整個BIM數字模型，在線監控整體實驗室的運行狀態，其中，所有運行產品的信息都可以監控，包括風機、風閥、風量信息、風壓信息、各種傳感器的信息，這些都可以通過網絡實現在線觀察控制開關，通過建設中植入的數據采集器即時發現安全隱患并報警[3]。目前，學校的科研樓交付使用已經超過20個月，電鏡實驗室已投入使用，成立了健康與醫學科學與工程研究中心、機器人研究中心等科研機構，運行效果良好。

在運營中還是發現了不少問題，根據科研團隊的需求，校方對實驗室進行全面維養、逐一地處理或改造，包括全部實驗室進行空調通風系統的第三方檢測、電房新增低頻磁屏蔽系統、新增氣路系統等，此時，已有的BIM模型數據就可以發揮很好的作用。所以，BIM的使用，從設計、施工一直到運營階段，對于高校實驗室，是非常必要和有效的。

5 小結

理工類科研實驗室，對于實驗室的要求是多方面的，其管道系統具有多樣、交叉、獨特性，采用BIM技術可以很好地解決相關問題。如果在建設策劃、建筑方案階段，BIM就參與其中，能夠提前處理很多問題。運營階段，BIM模型持續發揮作用，如果能夠植入數據采集器、傳感器等，整個大樓的基本信息都在掌握之中。