BIM 技術在超高層建筑安裝工程施工中的應用管理

馮鵬舉 成都檢驗檢測園區投資運營有限公司 四川 成都 610000

概述

BIM 即Building Information Modeling,中文為建筑信息模型,它具有可視化、協同性、信息集成等優點,是工程領域正在大力推廣的新技術,在機場、隧道、建筑、水電站、裝配式等多個領域得到廣泛的應用。在工程實踐中,BIM 信息模型既可以由設計單位在設計階段建立,也可以由施工單位在施工階段建立。建立BIM 信息模型,不僅有利于專業間協同設計,減少圖紙錯誤;也利于依據項目實際情況深化設計,應用可視化更加精準指導施工。本文案例主要探討建筑機電安裝單位為實施核心的BIM信息模型應用及管理。

1 工程概況

某公司運營基地項目位于成都市高新區新川創新科技園。工程占地面積為3.1 萬m;總建筑面積24.4 萬m,其中,地下建筑面積12萬m,地上建筑面積12.4萬m。地下4 層,深度約17m,負一層為車庫及設備用房(變配電間、制冷及空調熱水機房、生活熱水鍋爐房、消防水泵房、氣體滅火間、柴油發電機房),負二、三層為地下車庫,負四層局部為人防地下室。地上共有2棟樓,其中1#樓地上42層,建筑高度206m,使用功能為科研用房,分別在11層、22層、32層設置避難及設備層。2#樓地上11層,建筑高度57.2m,1～4層為商場,5～11層為酒店式自用公寓。

本項目機電安裝工程涉及專業眾多,主要有給排水工程、電氣工程、暖通工程、設備工程等。其中,給排水工程包括室內給水系統、室內排水系統、室內熱水系統、雨水系統、消火栓給水系統、自動噴淋系統、中水系統、室外管網系統等;電氣工程包括有室外電氣、供電干線、電氣動力、電氣照明等;暖通工程包括有送風系統、排風系統、防排煙系統、冷凍水系統、冷卻循環水系統等;設備工程包括冷水機組、熱水鍋爐安裝等。

2 在安裝工程施工管理中的應用

2.1 工程難點

本工程建設類型復雜,既有超高層辦公寫字樓,也有商場、酒店式公寓、公園地庫等類型,涉及的安裝工程種類多樣,如消防系統不僅包括了消火栓滅火系統、自動噴淋系統,還設置有管網式七氟丙烷氣體滅火系統;空調系統商業區域設置VWV 冷熱水式空調系統,則采用了VRV 空調系統。涉及管線多樣且復雜,設備種類及數量較多。1#樓所有垂直方向管線集中在核心筒,水平方向管線在核心筒電梯廳出口附近集中交錯,需合理安排管線位置,豎向孔洞需結合土建施工做好各專業預留預埋,水平方向滿足凈空要求存在難度。2#樓酒店式自用公寓眾多管線集中于走廊布設,部分管線需穿鋼梁以保證凈空,需要提前確定穿鋼梁孔洞位置、標高、大小,并反饋至鋼結構制作公司對鋼梁結構安全進行驗算,對鋼梁孔洞位置進行加固處理。同時由于項目地塊小,建筑體量大,施工場地狹小,工程量大,土建施工與機電安裝交叉作業,材料堆放及預制場地缺乏、施工材料運輸調度存在困難,需要統籌解決。

圖1 項目效果圖

2.2 BIM 應用管理

本項目在施工招標階段就明確了采用BIM 建筑信息模型,實行BIM 信息化管理。為了使BIM 模型能得到落地應用,機電安裝單位進場后,建設單位即組織設計咨詢、監理單位和機電安裝單位建立了BIM 應用管理小組,明確了人員組成,制定了BIM 工作計劃,明確了BIM工作質量要求。

2.2.1 人員專職化配置

本次機電安裝施工單位組建了項目級BIM 技術中心,配備4 名專職BIM 工程人員負責BIM 信息模型建立,深化及應用。3名專職BIM 工程人員分別負責給排水、電氣、暖通等專業的管線建模,1人擔任BIM 工作總協調,負責管線綜合協調工作。同時機電安裝單位總部已設立企業總部BIM 技術中心,為下屬工程項目提供業務指導,技術規范和模型審核等功能。本項目充分利用施工單位央企總部的人員技術力量,項目BIM 技術中心接受施工企業總部BIM 中心的技術指導和規范。

2.2.2 制定BIM 專項工作計劃

為有效管理BIM 工作進度,項目機電安裝單位制定了BIM 專項工作計劃。BIM 專項工作計劃,充分利用項目土建施工和機電施工之間的時間差,在土建工程施工開始后,機電工程大面積開始施工前,計劃在4個月的時間內完成BIM 模型的建立、深化調整及標準化出圖等工作。結合工程項目總進度工作計劃,對BIM 專項工作計劃進行細致分解,明確分階段工作任務,每月每周工作任務,分工程區域分樓層建立細分完成節點。按照土建施工順序,先地下后地上,逐層建立模型,制定BIM 工作節點計劃。

2.2.3 多部門協作

每周二組織機電BIM 專題會,建設單位、監理單位、造價咨詢、設計咨詢、施工單位機電專業工程師及相關負責人共同參加。針對BIM 模型創建工作中發現的如圖紙疏漏、管線碰撞、室外管網坡度埋深沖突等問題,由施工單位項目BIM 技術中心逐一梳理匯總,在專題會上提出,由建設單位、監理單位、設計咨詢、施工單位會商后給出問題處理建議,需要出具設計變更的,建設單位負責統籌提出設計變更需求到設計單位,由設計單位按照設計變更流程出具《設計變更通知書》。

2.2.4 出圖標準化

圖21 #樓負一層二維標準化綜合出圖

在BIM 模型建立前,在BIM 工作方案中要求實現BIM 成果出圖標準化。標準化出圖要求分專業出二維管線圖紙和多管線綜合二維圖紙,并利用BIM 模型精準的特點,在圖紙中標注各管線標高、平面位置、翻彎節點位置、坡度、管徑、材質、設備及管線附件位置等信息,并在1#樓核心筒出入口、機房豎井、車庫上層、機房出入口和2#樓酒店式自用公寓走廊過道等復雜節點處根據需要給出剖面圖,結合機電管線平面圖綜合展示各類管線空間位置,實現標準化出圖的信息準確、直觀,確保施工可方便使用。所有標準化出圖圖紙均須經過設計單位簽字確認,確保圖紙信息無誤,具備使用效力。

2.3 BIM 應用成果

2.3.1 碰撞分析及管綜調整。項目運用BIM 技術建立了地下車庫、1#樓、2號樓整體的BIM 模型,通過對模型的梳理,發現管線碰撞點1374處,發現圖紙圖示不明26處,圖紙管線遺漏32處。完成模型的碰撞分析后,組織建設單位、設計單位、總包單位和專業分包單位相關負責人參加會議,施工單位結合碰撞報告和三維模型對綜合管線的碰撞情況進行匯報,由參建方根據相應規范及項目實際情況,協商確定出基本的管綜調整原則及質量安裝標準等。管綜調整原則為盡可能保證樓層凈空,有壓管讓無壓管,小管道讓大管道,冷水管讓熱水管,附件少的讓附件多的管道。管線豎向排布原則為:熱介質管道在上,冷介質在下;氣體介質管道在上,液體介質管道在下;保溫管道在上,不保溫管道在下;高壓管道在上,低壓管道在下;不經常檢修管道在上,經常檢修管道在下。在必要且滿足安全情況下,可通過混凝土梁預留穿梁套管、鋼梁工廠制作時預留穿梁孔洞等方式進一步保證樓層凈空要求。

圖3 項目機電管線BIM 模型

2.3.2 深化設計

圖4 室外管綜BIM 模型

本項目包含超高層辦公樓和商業裙樓,為滿足實際辦公和商業需要,需要在保證功能性的前提下盡可能地兼顧舒適性和美觀性,因此對機電管線和設備機房的深化調整要求較高,必須考慮完成后的空間效果。尤其是商業部分,需要根據業主商務部門的需要和定位,對空調管線、新風管線及相應出風口回風口的位置,噴淋頭位置進行調整深化,同時為后續商鋪使用者預留裝修改造空間。此外,項目對制冷機房、鍋爐房、配電房、氣體滅火間、報警閥間、發電機房、生活水泵房等都進行了深化設計。設備機房需要根據廠家提供的設備信息和管線要求,進行二次深化。設備機房的排布方案要綜合考慮動線、維修等對空間的需求。此外本項目施工圖設計中,排煙風管、新風管道等管線往往位置和標高數據不夠精準,需要對相應管線進行深化設計,給出精準標高位置數據。項目BIM 小組根據模型中橋架、水管、風管等的調整,確定了各管線準確位置和標高。像地下車庫排煙風管,施工圖僅僅考慮了規范對的防火分區、排煙距離等的要求,會出現風管沿行車道布置的情況,影響使用體驗。為了后期使用的舒適性和美觀性,在滿足相應規范要求的情況下,項目BIM 小組結合車行道、停車位的設計布局對風管管線進行了二次深化設計調整,將風管調整至停車位上方,實現了行車道的整潔有序立體的空間效果,行車視線得到了保證。

2.3.3 工廠化預制

工廠化預制的優點是節省工期,質量穩定,能減少因安裝人員個體差異導致的安裝質量不穩定現象。工廠化制作的難點是必須根據精確的數據制作,否則可能出現制作好的管道運到現場后無法安裝,產生材料的浪費。項目通過整合機電模型,完成管道碰撞分析及調整后,可以實現精準的數據輸出。在預制加工階段,以深化設計階段所建立的BIM 模型為基礎,對接管道制作工廠,把精準的管線數據導入機械設計軟件中,通過必要的數據轉換、機械設計以及歸類標注等工作,將BIM 模型轉換為預制加工設計圖紙,實現指導工廠預制加工的目的。既保證了管道制作的高品質,又能快速組對安裝,節省工期和人力。減少了管道現場制作加工,實現了100%的風管管道工廠化預制。

2.3.4 施工計劃的制定

項目BIM 應用小組在建立的模型中選取了一個管線復雜,有代表性的區域,建立了虛擬模型樣板。利用BIM 模型對管線工程量進行統計分解,可對不同管線安裝進行統籌安排,避免不同施工班組施工交叉擁堵。項目結合虛擬樣板對施工工序進行分析,制定樣板建設施工方案和計劃,之后按照方案和計劃制作實體樣板。實體樣板完成后,將實體樣板的建設和虛擬樣板模型計劃進行對照分析,再綜合制定項目安裝的總體計劃,提高了施工計劃的精準性和指導作用。特別是將重難點的施工區域用三維模型展現出來,即便是施工難度大、管線復雜的部位,三維模型也能一目了然,可更科學、有效、迅速地安排施工,保證施工按計劃進行。

2.3.5 可視化交底

BIM 模型建立后,項目安排對施工人員進行了可視化技術交底。可視化交底的作用是使施工人員及施工管理人員形成可視化的安裝形象,同時通過模型中包含的大量數據,如位置,間距,標高等,更好地控制閥門、設備、儀表等安裝精度。同時結合斷面圖、平面圖等多種出圖形式,借助手機、平板電腦等顯示工具,進一步建立一線人員對管線安裝工作的空間認知。

2.3.6 精確算量

BIM 模型也可實現科學精準的算量。平面圖紙的管線,不能充分估計空間誤差,實際安裝中因梁柱等空間結構因素,會在實際安裝中產生額外的翻彎和穿梁套管,造成工程簽證的增加。往往會因為。BIM 模型經過碰撞分析調整,實際管線與模型數據基本一致,即使是復雜的空間也能十分精準地計算工程量,可有效避免可能出現的漏項和額外簽證。

2.4 問題及建議

目前工程建設領域行業相關主管部門正在大力推廣BIM 應用,大量工程建設項目開始在建設過程中引入BIM 技術,在應用中總結出了很多應用經驗,有力地支撐了項目的建設。但目前缺少統一的BIM 應用標準,如果建設單位在招標文件里做了明確要求,建設過程中加強應用管理,則能取得好的應用效果。如果建設單位在項目建設中引入了BIM 技術,但缺乏管理應用經驗,則難以起到應有效果。一些施工單位、設計單位僅僅將BIM作為一種投標時展示技術實力新工具,中標后受項目經費、工期、人員配置等各方面因素制約,不能實現對BIM應用過程的有效管理,導致BIM 應用流于形式。因此,要通過加強BIM 應用組織管理,制定周密的應用標準和計劃,采取行之有效的應用措施,以實現BIM 的落地應用,取得應用的效果。

結語

在超高層項目的機電安裝施工中,引入BIM 技術,通過加強管理,采取人員專職化、制定BIM 專項工作計劃、多部門協作、出圖標準化等措施,實現了管線碰撞分析、可視化交底、工程化預制、精確算量等應用效果,取得良好的應用效果。