基于BIM 的地下車庫機(jī)電管線優(yōu)化設(shè)計(jì)

張?jiān)骑w,張朔楠,孫 航,李周浩,賀心怡

(西安培華學(xué)院,陜西 西安 710199)

0 引言

如今,建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家得以普及,但我國建筑領(lǐng)域?qū)IM 技術(shù)的應(yīng)用僅僅處于初期階段。我國之所以會(huì)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用BIM 技術(shù),主要是因?yàn)橐酝ㄖ袠I(yè)使用的平面(Two Dimensional,2D)施工圖紙存在比較嚴(yán)重的信息流失狀況,建筑工程師之間因圖紙而導(dǎo)致溝通不協(xié)調(diào)。BIM 技術(shù)以三維圖(Three Dimensional,3D)形式展示建筑施工圖紙,工程師能夠根據(jù)BIM 技術(shù)所建立的模型展開詳細(xì)討論,達(dá)到信息共享和交流的目的。

1 BIM 技術(shù)在地下車庫機(jī)電管線方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 地下車庫機(jī)電管線應(yīng)用BIM 的優(yōu)勢(shì)

為保障出行方便,居民開始大量購置私家車,私家車數(shù)量的增長導(dǎo)致停車位與道路的配比均存在失衡問題。建筑公司開始承接車庫修建項(xiàng)目,尤其是地下車庫的項(xiàng)目承接量越來越大[1]。但是,地下車庫修建需要包含數(shù)量龐大且專業(yè)性極強(qiáng)的各類建筑構(gòu)件,依靠傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙無法解決地下車庫修建期間的各項(xiàng)專業(yè)構(gòu)件銜接沖突。為此,需要尋找優(yōu)化地下車庫機(jī)電管線的設(shè)計(jì)方法,借助先進(jìn)技術(shù)梳理龐大且復(fù)雜的地下車庫機(jī)電管線,讓地下車庫各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)件均能滿足車庫的修建需求。我國經(jīng)濟(jì)正從高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展,建筑行業(yè)也需要進(jìn)入轉(zhuǎn)型狀態(tài),建筑利益相關(guān)方需要加強(qiáng)前期信息溝通并對(duì)后期驗(yàn)收提出更高的質(zhì)量要求[2]。為強(qiáng)化建筑項(xiàng)目管理工作,在建筑施工期間融入BIM 技術(shù),以該種方式降低項(xiàng)目施工中的各項(xiàng)信息溝通錯(cuò)誤,實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目管線的綜合調(diào)整。根據(jù)實(shí)踐表明,BIM 技術(shù)能夠在建筑工程項(xiàng)目的全生命周期中產(chǎn)生較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3]。而BIM 技術(shù)被運(yùn)用到機(jī)電安裝工程中以后,有效彌補(bǔ)了2D 設(shè)計(jì)圖紙中信息表現(xiàn)不足的問題。BIM 技術(shù)能使機(jī)電工程的管線設(shè)計(jì)更加優(yōu)化,能夠直觀地向負(fù)責(zé)的工程師傳遞設(shè)計(jì)信息,規(guī)避人力資源或物力資源浪費(fèi)問題,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電安裝工程的優(yōu)化,能夠強(qiáng)化對(duì)機(jī)電工程安裝現(xiàn)場的監(jiān)管和控制,有效壓縮機(jī)電工程工期[4]。總體而言,建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠讓原本的二維圖紙變成3D可視化圖紙,讓工程師更加直觀地尋找到管線的具體分布狀態(tài),BIM 模型的建立讓工程師尋找管線密集排布的關(guān)鍵點(diǎn),尋找連接管線的有效途徑。BIM 技術(shù)讓各個(gè)流程的工程師聚集在一起展開交流與討論,避免實(shí)際施工階段產(chǎn)生工程沖突問題。

1.2 BIM 技術(shù)在地下車庫機(jī)電管線的應(yīng)用中存在的問題

盡管目前BIM 技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)具備較為明顯的發(fā)展優(yōu)勢(shì),獲得建筑行業(yè)專業(yè)人士的肯定。但在落實(shí)到具體工程項(xiàng)目中時(shí),BIM 技術(shù)的應(yīng)用依然存在比較明顯的問題:(1)目前在借助BIM 技術(shù)創(chuàng)建模型時(shí)呈現(xiàn)出族庫不完整的情況,雖然不少工程都根據(jù)自身所整理的信息數(shù)據(jù)創(chuàng)建族庫,但該種族庫創(chuàng)建與我國建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)明顯不匹配的情況,其中管件類別、機(jī)電管道以及機(jī)械設(shè)備等族庫均布符合中國建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的要求[5]。(2)雖然很多建筑工程中都已經(jīng)開始使用BIM 技術(shù),但這些應(yīng)用均以參數(shù)方式呈現(xiàn),在落實(shí)到設(shè)計(jì)流程、概預(yù)算流程等時(shí),參數(shù)過多反而會(huì)影響數(shù)據(jù)修改,導(dǎo)致BIM 軟件中出現(xiàn)信息冗余的問題。(3)盡管在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中借助BIM 技術(shù)創(chuàng)設(shè)單體構(gòu)筑物模型,但該種模型只適合在第一次參考時(shí)作為依據(jù),無法被二次利用,不僅無法設(shè)置項(xiàng)目變量,還容易因模型移動(dòng)而出現(xiàn)管路連接中斷的問題[6]。

2 BIM 技術(shù)在地下車庫機(jī)電管線項(xiàng)目中的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 工程項(xiàng)目概況

本次項(xiàng)目位于北京市,西側(cè)是首鋼工業(yè)遺址,東側(cè)與北辛安西紅線相接,南側(cè)與北辛安一街北紅線,西側(cè)到京門公路東紅線,屬于功能型住宅,總體建筑滿級(jí)為125 000 m2,地下建筑為4 層,主要功能包含機(jī)動(dòng)車車庫以及設(shè)備用房。根據(jù)工程項(xiàng)目概況,發(fā)現(xiàn)本次地下車庫機(jī)電管線項(xiàng)目施工如下特征:(1)本次項(xiàng)目范圍龐大,涉及的專業(yè)構(gòu)件眾多,原本的2D 圖紙中雖然對(duì)管線設(shè)計(jì)進(jìn)行深化,但呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)深度無法滿足機(jī)電管線優(yōu)化要求,且因利益相關(guān)方的需求處于不斷變化狀態(tài),設(shè)計(jì)圖紙也要隨時(shí)做出調(diào)整。(2)此次地下車庫項(xiàng)目中包含的機(jī)電管線分布非常多,且不少施工作業(yè)都處于交叉作業(yè)狀態(tài),安防系統(tǒng)、警報(bào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備監(jiān)控等都相互穿插,不少預(yù)制構(gòu)件的初步模型都需要碰撞檢查,因此,需要進(jìn)一步優(yōu)化和梳理設(shè)計(jì)圖紙。(3)本次工程項(xiàng)目的工程程序非常復(fù)雜,不僅管線分布比較密集且安裝程序煩瑣。鑒于上述工程特征,本次項(xiàng)目擬定引入BIM 技術(shù)。

2.2 BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 團(tuán)隊(duì)架構(gòu)

由于已經(jīng)確定好需要修建的項(xiàng)目,應(yīng)用BIM 技術(shù)就是要根據(jù)該項(xiàng)目的信息數(shù)據(jù)建立BIM 模型,此時(shí)即便是利益相關(guān)方想要根據(jù)自身需求更新項(xiàng)目數(shù)據(jù),也可直接將更新數(shù)據(jù)輸入BIM 軟件,直接重新加載BIM模型。此時(shí)為了保障BIM 模型順利更新落實(shí),建筑企業(yè)需要針對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用制定完整的團(tuán)隊(duì)架構(gòu)。按照BIM 技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況,可將團(tuán)隊(duì)架構(gòu)劃分為機(jī)電和土建兩個(gè)方面,機(jī)電方面包含暖通、給水排水、電氣等專業(yè),而土建則包含了土木工程建筑的各項(xiàng)施工環(huán)節(jié)[7]。此時(shí)為了以BIM 技術(shù)來對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的管線進(jìn)行梳理,建筑企業(yè)專門設(shè)置BIM 團(tuán)隊(duì)。具體而言,安排一位項(xiàng)目經(jīng)理、一位項(xiàng)目副經(jīng)理、一位BIM 經(jīng)理。其中項(xiàng)目副經(jīng)理下轄土建、機(jī)電負(fù)責(zé)人,而BIM 經(jīng)理下轄BIM 培訓(xùn)人員、BIM 機(jī)電工程師以及BIM 土建工程師。如此安排,處于BIM 技術(shù)條件下的各個(gè)專業(yè)負(fù)責(zé)人需要各司其職,按照工程項(xiàng)目的需求安排團(tuán)隊(duì)作業(yè)。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

按照項(xiàng)目對(duì)BIM 技術(shù)的需求,項(xiàng)目施工流程推進(jìn)期間,需要制定BIM 技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),確保BIM 技術(shù)應(yīng)用能夠嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。BIM 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)主要指處于BIM 軟件中的文件目錄和文件命名。因此,在文件目錄設(shè)置方面,需要考慮到項(xiàng)目模型的具體類型,保障文件目錄設(shè)置能夠符合項(xiàng)目需求,在特定的平臺(tái)中創(chuàng)建屬于項(xiàng)目模型的文件目錄。具體如圖1 所示。

文件命名也是BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容,BIM 技術(shù)呈現(xiàn)的信息化特征非常明顯,但也是因?yàn)樾畔⒒奶卣饕驜IM 模型在創(chuàng)建之前需要根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求創(chuàng)建規(guī)范的命名。例如,在工程量統(tǒng)計(jì)方面,需要按照工程前期各個(gè)構(gòu)件的實(shí)際情況進(jìn)行嚴(yán)格命名。如果該流程命名不規(guī)范,可能在后續(xù)以軟件方式進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果不細(xì)化的情況,從而影響B(tài)IM 技術(shù)的應(yīng)用效果。因此,需要強(qiáng)調(diào)BIM 命名規(guī)范問題,保障項(xiàng)目后續(xù)信息整理與統(tǒng)計(jì)時(shí)的結(jié)果更加科學(xué)合理。例如,S-F1-厚800-C4-P 10-筏板基礎(chǔ)-人防,該命名中S 代表的是建筑專業(yè);F1 代表的就是樓層;名稱/尺寸代表的是構(gòu)件的名稱或者是構(gòu)件的尺寸;厚800 就是構(gòu)件的名稱和尺寸;C4 代表的是砼標(biāo)號(hào)/砌體強(qiáng)度/抗?jié)B等級(jí);人防代表的是構(gòu)件類型。

2.2.3 應(yīng)用流程

圖紙審查是BIM 技術(shù)應(yīng)用的第一個(gè)步驟,BIM 專業(yè)負(fù)責(zé)人需要針對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行梳理,了解圖紙的版本型號(hào)與工程項(xiàng)目是否對(duì)等,了解圖紙中的各項(xiàng)問題清單,確保圖紙信息保持統(tǒng)一。完成圖紙審查以后,需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行樣板模型構(gòu)建。該次樣本模型構(gòu)建是由BIM 機(jī)電負(fù)責(zé)人和土木負(fù)責(zé)人共同負(fù)責(zé)完成的,分別依據(jù)二維圖紙所創(chuàng)建的項(xiàng)目模板,形成的文件格式屬于RTE(Revit Project Template)格式,該樣本模型中包含了項(xiàng)目的標(biāo)高、族庫以及軸網(wǎng)等信息。隨后,BIM 負(fù)責(zé)人開始創(chuàng)建視圖模型以及中心文件并嚴(yán)格遵從工作集的使用原則完成項(xiàng)目模型構(gòu)建[8]。隨后BIM負(fù)責(zé)人將就模型展開碰撞檢查,了解在BIM 模型梳理下管線綜合設(shè)計(jì)方案的選擇,確定管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后,對(duì)管線設(shè)計(jì)布置進(jìn)行校準(zhǔn)核對(duì),出具BIM 圖紙,并在BIM 技術(shù)三維視圖中進(jìn)行信息交流,讓負(fù)責(zé)工程建設(shè)的工程師了解圖紙情況和施工現(xiàn)場情況,強(qiáng)化對(duì)施工現(xiàn)場的監(jiān)督和管理。

2.3 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用亮點(diǎn)

本次工程項(xiàng)目中所涉的機(jī)房主要有數(shù)據(jù)機(jī)房、動(dòng)力機(jī)房、排水機(jī)房、換熱機(jī)房、消防泵房和空調(diào)機(jī)房等。機(jī)房內(nèi)管道規(guī)格較大,且需要與機(jī)電設(shè)備進(jìn)行連接。針對(duì)各種管線,盡量成排布置,并合理安排管道走向,盡量減少管道在機(jī)房內(nèi)的交叉、返彎等現(xiàn)象。在一些管線較多的部位,通過計(jì)算制作聯(lián)合的管道支架,既節(jié)省空間,又可以節(jié)省材料,把整個(gè)機(jī)房布置得合理整齊。

3 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn),城市地下空間的開發(fā)需求日趨增加,對(duì)干大型地下車庫的興建需求隨之增大,在 BIM 技術(shù)發(fā)展迅速的背景下,眾多設(shè)計(jì)師和學(xué)者均同意將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于工程建筑項(xiàng)目中的各階段,可以產(chǎn)生較大的效益。