BIM技術在超高層建筑機電安裝工程中的應用

文／楊倫鋒、趙啟榆 浙江協力建設有限公司 浙江杭州 310030

引言：

BIM 信息技術也就是建筑管理模式科學技術,又稱之為建筑物信息化管理系統,通過對建筑物內所有信息數據的采集與整理,并利用相關的計算機技術對建筑內所有真實信息進行仿真建模分析,之后再進行三維可視化建模分析,進而完成物業、機電設備財務管理、工程化財務管理。BIM 技術需要同時具備信息內容的統一性、完整性、關系、協調度、模擬性、可視性、可出圖性、優化性能等諸多特征。

近些年來,BIM 技術也逐步地在建筑行業獲得了應用,并且由于其普及面的不斷擴大,其全新的應用理念也逐步地被建筑行業所接受,應用,其實用價值也逐漸地在近幾年的建筑施工中得以全面的應用。BIM 技術與常規施工技術有很大不同，在建筑設計和施工工藝上都有很大的改進。雖然傳統建筑模型可以根據現場實際施工情況做了一些調整，但現在在線大數據分析技術可以用來為實際施工情況做總體規劃。所以,怎樣通過BIM 技術,讓建筑的機電產品設計與施工流程都能夠獲得更多效益,是機電專業的學員們需要仔細考慮的問題。

40 層高以上,或者高度超過100 公尺以上的建筑都可以被認為超高層建筑。由于建筑樓層的增加,超高層房屋的機電施工難度也將會相應提高,而如果機電線路發生了問題,將會嚴重影響消費者的居住感受,在情況極其糟糕的狀況下,極有可能出現惡性事故。所以,在開展超高層建筑房屋機電安裝施工操作中,就需要運用BIM 技術,在建筑信息模型的幫助下,細化每一施工過程,以提高機電安裝施工的順利進行。

1、某超高層建筑機電安裝工程概況

某市新城區的商業綜合建筑體,是一個商住二用的建筑物群。其上1～5 層為商業區,并采取了中空環繞型的建筑設計,6～24 層則為賓館房間;25、26 二層為賓館復試食堂;27、28、29 三層為賓館辦公室;30、31 二層為電氣設備調試房間,每層層高度均為3.8 米,在建筑地面上方建筑物主體的總標高均為128.7 米,建筑面積達到了71257.59 平方米。另外,工程還包括共二層的地下室建設范圍,地下室第一層為大規模商品商場;地下二層則為車房。該超高層工程建筑物的總綜建筑面積高達108357.68 平方米高。在機電安裝工程開始啟動以前,中國建筑總施工公司就對該超高層工程建筑物進行了實地勘測,并發現的施工困難包括:首先,由于建筑物構造及其復雜性,使得很多的機電管道都處在"穿插"狀態,且機電管道布置的空間密度很大;第二,在具有各種用途的建筑物樓層間的機電管道協調上出現了很大問題;第三,在機電工程正式啟用以前,該超高層經商者對住宿二用房屋就已進行過大量幕墻工程的安裝,使得部分樓的拐角處和其他部分地區被大量幕墻支撐構件"擠占",造成了機電安裝的施工空間狹窄,對施工隊伍的技術要求也很高;其四,根據業主單位對樓層吊頂尺寸的規定,應當保證0.3 米的準確性,而不能產生偏差。總體而言,在實施該超高層工程機電安裝工程項目時,仍存在著許多問題。所以,為提高施工方案設計的完備性,并防止由于考慮不周而造成返料問題,故工程安裝單位決定采用BIM 施工信息模擬軟件系統,虛擬出超高層建筑物的建筑格局和重要機電管路結構布置情況,對主要道路的建筑方向、重要機電設備的結構布置情況等進行了多次論證。另外,工人在開展室外作業時,所用的支架等輔助設施的具體技術參數,都必須采用BIM 模式進行設計,最終目的就是確保建筑品質與施工人員安全,并在規定期限內完工。

2、將BIM 技術運用在超高層機電設計上的優點解析

采用BIM 技術后，我們系統地測試和總結了本文所選摩天大樓的機電安裝設計，其總體優勢如下:首先，BIM 建筑信息模型系統用于優化設計方案，顯著解決安裝和運行成本。最重要的是，由于摩天大樓的總高度接近130 米，樓層總數為33 層(包括地下部分)，安裝隊人員不參與摩天大樓的設計和施工,故而對其結構的熟悉程度還不夠。雖然后經實地考察,設計出了施工的設計藍圖,但由于時間倉促,且受建筑物層高的影響,難免會存在出錯、遺漏、瑕疵、突發狀況等問題。而通過運用了BIM 技術,則使得超高層工程建筑物中所有與機電裝配相關的參數“躍然紙上”。例如在30 層以上的機電管道敷設時,工人必須在工程物體外圍完成部分作業,而隨著建筑物的高度升高,支撐設備自身的重量對整體工程的影響也逐步增加。而通過BIM 數字施工模式的自動統計功能,得出的支撐設備施工成本相對于較預期的整改值下降幅度達到了40%,整體施工成本的節省程度也達到了10%,由此緩解了長期困擾工程安裝隊伍的一個重要問題。

第二，對建筑施工全過程信息管理具有很好的輔助功能。在BIM 軟件系統中還自帶了格式轉換功能,當順利地虛構出建筑物模式后,將其轉化成VRP 格式,并采用了佩戴3D 顯像眼鏡的方法,將三維或立體形式的建筑物模式清晰地展示于施工面前。尤其是在與機電管道布設相關的地方,當科技人員親臨工程現場時,盡管可以實現精細化觀測,但切入的視野卻常常受到影響,而形成了局限。當在技術上的困難問題獲得了系統化的解答以后,技術人員組織者了工作人員開展參觀,并對在某些地方使用的特殊手段做出了說明,改善了傳統的技術交底模式。可以發現,在BIM 工程模型和BIM 機電建模中,主要組成部分都以灰、白、灰三原色表示。而技術人員所見到的色彩一旦為黑白,則表示在當前角度下,目標管道位于"迎光"的方位;出現了灰色,就表示視線方向已經和初始的觀察方位出現了很大偏離。正基于此,在使用BIM 技術輔助機電安裝時,相關技術必須關注機電管道以及管線中明暗程度的改變狀況,以避免遺漏,不然,將會產生新的問題。合理運用自主研發的E-BIM 總包管理平臺，將BIM 模型構建過程中生成的唯一二維碼與BIM 模型緊密融合在一起，確保機電安裝施工管理人員只需要通過手機、平板電腦等移動終端設備掃描二維碼信息，即可及時的完成對模型信息、物資驗收、問題標注等相關內容的查詢，確保了超高層建筑機電安裝施工的順利進行，促進了建筑機電安裝管理效率的有效提升。

第三,利用BIM 的虛擬超高層建筑設計模式,對管線和支吊掛件等設施實行預制加工。然后運用BIM 信息技術,在完成模型設計后,再利用C4D 應用軟件中的body-painter應用軟件,對機電線路設計實行虛擬控制,然后可以導出IFC格式設計的數據信息問題。經過計算,在BIM 信息技術的幫助下,在機電安裝施工中僅管線施工這項內容,就降低了近六成的現場工程量。而且,在預加工以后,很多的管道材料可以進入現場后直接完成施工,也大幅度降低了危險作業頻次。而經過計算,近9 成以上的危險作業得以減少,為高空作業者額外支付了一項成本費用,節約幅度達到5%。充分發揮BIM 技術的優勢，建立透明、可復制、可核查、可持續的協同工作環境，為建筑工程項目全生命周期中各方的及時溝通與信息共享提供技術支持。

第四,通過可視化設計提升空間利用水平。所謂視覺設計，是指設計師合理利用三維空間模型，規劃項目，研究和討論仿真參數的合理化，同時改變非理性區域。空間三維模型設計便于機器源輸送機的空間布置，通過機器源輸送機的各個方向的三維模型，可以更好地研究機器源輸送機的空間布置，同時可以合理地分析和討論由RevitMEP 模型產生的物體輪廓,同時還可以通過利用剖面模型所帶有的材質、技術參數等信息,更好地模擬出原機電管道的立體位置。這樣建立的可視化模式,既可以對剖面、平面、三維模型等都有一種更加直接的展示,以便更好地表達設計師的設計理念,又可以使工作人員更加清晰地了解設計者的意圖,從而促進相關信息更為精準地傳達,從而減少了因為圖紙不清晰所造成的施工效果較差,甚至施工效果低下。

第五，通過聯合作業不斷完善工程模型設計。聯合作業首先要求與施工者全面的協調,施工人員一起針對每一種工程模式展開分析研討,然后再針對實際情況開展工程模式的工程設計調整,終于大家共同完成了一套基本成形的建筑工程模式。而RevitMEP 模式則成為一種由軟件建設的共享平臺,首先要求多個工程設計人員共同完成了各機電管道的方案設計,之后大家依次將自身的方案及設計進度上傳到了RevitMEP 網絡平臺上,終于,工程設計人員一起針對大家早已上傳的總體設計方案展開了研究討論,利用自身知識儲備共同完成了總體設計方案的進一步完善,之后大家再一起共同努力對最后的總體設計方案做出了定稿,并力求以最大化合理性實現管線的整體空間排布。采用協同合作的方法,不但可以有效提升整個建筑設計的效率,還可以對不同學科實現最佳價值呈現,進而創新出最佳設計方案,提升建設品質。

第六，族庫本地化有利于滿足個性化要求。目前,隨著時間的前進,技術的發展,全新的形象塑造技術已經層出不窮,業務范圍也在逐步得到擴展,但傳統的工藝技術卻早已無法滿足時代要求,也無法適應市場高質量的技術要求和人性化的應用思維。所以,若要把BIM 技術更好地運用于施工及機電管線工程設計中,就可以有效地對施工品質產生提升,從而提高工程使用者的信心。

3、將BIM 技術運用在超高處機電施工時的監控重點進行分析

3.1 BIM 建模實施過程

在建筑設計領域中,BIM 科技并不算一種很新穎的事情,但早已成為了一種很常用的建筑設計重要性輔助建造技術手段。在第一步,首先由建筑設計方提出了BIM 建筑設計模式,將建筑物中特定部位的建筑設計思路、形體特點等信息全面反映到建筑建模當中,然后再將之提交給后續承擔建設的企業。在承擔機電安裝工作的企業拿到BIM 建筑設計模式以后,針對建模特征,再根據企業的實際調研,產生了側著重于機電裝配的BIM 機電模塊。在此時,由于建筑物的總體格局已經開始建立,而一些無法改變的地方也已清晰標注,因此機電安裝公司需要按照規定性的情形開展下第一步管理工作。然后,施工方在BIM 機電建模的技術基礎上,對原建筑圖紙加以了細分,并把在實地考察中得到的有價值的信息加入建模當中,從而使建模過程得以更加的精細。

3.2 基于BIM 技術的超高層建筑物及機電管線綜合優化分析

在超高層工程建設機電安裝過程中,所面臨的困境就是:一旦發生了機電管線或者是管線沖突現象時,如果只是根據傳統的管理規范避讓總原則上,如“電讓水、水讓風、小管線讓大管線、冷管線讓溫水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優先”等原則上予以解決,問題非但沒有解決,而且反倒會受到超高層工程建設結構設計的特殊性的影響,將問題進一步擴大化。在BIM 軟件系統中,Navisworks 功能可以根據建筑物中各個系統間的“矛盾”提問進行解決。例如在本文所選取的超高層建筑物機電安裝案例中,利用BIM 軟件Navisworks 功能測量出的多控制系統間的矛盾多達6000多處,其中,在僅僅二層建筑地下室和五樓區域中,機電專用管道的方向就發生了“糾纏”、“沖撞”等主要問題的近1200 處,機電管道和結構構件出現矛盾處也多達近160 處。若照搬中國傳統的問題處理方法,每出現一個問題就解決新問題一處,不但工作量龐大,而且在“解決問題”的過程中,很可能產生新問題。故采用了BIM 機電模式,對管線的“纏繞”現象進行梳理,找出“互不影響”、“節約空間”的最優化方法,使問題得以實質性解決。

3.3 BIM 技術在施工協調中的應用

因為工程設計技術人員無法利用設計圖紙正確的表述和理解在超高層施工中的管井、十字相交節點、大型設備機房、局部分層較多的廊道等位置施工順序的關系。所以,建筑機電安裝施工公司在工程施工開始之前,就必須合理利用BIM技術實現對建筑機電安裝施工全部工序的數字化建模,并通過對設計模型施工節點的合理劃分,提出有針對性的建筑機電安裝施工方法,為今后建筑機電安裝施工的順利進行作好了充足的準備。施工人員在建筑機電施工過程中,則需要使用移動終端設備查詢復雜建筑節點上的管道布置,以檢測管線的高度、直徑、翻彎部位和標高等,并引導工作人員完成機電裝置的管道布設等作業。

3.4 BIM 技術在二次結構預留預埋中的應用

如果建筑工程中機電安裝施工僅僅單純的使用傳統二維圖紙分析和研究工程中機電安裝管線布置方法的話,不但無法在機電安裝工藝進行之前準確的判斷二次結構中墻體留坑部位的尺寸,同時，由于不能準確預測機電安裝過程中可能出現的任何類型的問題，預留基坑區域不能滿足機電安裝過程的要求。根據該問題，工程機電安裝及施工單位使用BIM技術調整數字構建模式，準確繪制墻面上二次結構預留套管和孔洞定位圖，根據該標準進行機電安裝項目的建立，不僅保證了套管的安裝和位置的準確，還實現了機電安裝的效果與質量。

結語：

本章通過對BIM 技術的基礎描述,以及對其在建筑設計過程和施工流程中的關鍵技術探討,揭示了BIM 技術對施工機電技術方面的優越性,對機電管道的空間化排布、工程前期對機電管道的方案設計等工作都具有相當積極的意義,可以有效的提升工程項目的執行效果,從而縮短了工程項目執行步驟,保持場地建設順序，優化建筑物建設質量，減少機電管線方案設計引起的成本增加，避免機電和電氣管線設計問題引起的成本增加。因此，BIM 技術應該在設計過程中得到更廣泛的推廣，以有效地推動建筑物機電和電氣管線的設計和建設。

總之,換句話說，采用BIM 技術，建立了數字化摩天大樓建設模式，提供了強有力的技術支撐，使中國工程機電安裝行業的發展更加高效環保。因此，建筑機電設備和施工公司需要進一步研究和探索。通過控制機電設備控制整個建筑工程周期，BIM 技術在中國摩天大樓機電設備建設中的應用策略，實現了摩天大樓機電設備的安全穩定運行。