BIM技術在綜合管線排布中的應用

摘 要：蘭州奧體中心運動員公寓項目規模較大，造型獨特，結構較復雜，綜合管線系統包含通風空調、消防噴淋、強弱電等多個系統，傳統的綜合管線設計已無法滿足現階段高質量施工的要求。鑒于BIM技術的可視化、一體化、參數化、仿真性等特點，在綜合管線排布安裝施工中結合BIM技術創建三維模型，較好解決了管線碰撞、部分專業功能損失、樓層凈高不滿足使用要求，施工質量和效率低等問題，而且還通過BIM技術對管道綜合支吊架的受力情況進行分析計算，從而對綜合支吊架的選材和用量作出指導。最后，結合BIM技術在蘭州奧體中心運動員公寓項目綜合管線排布施工中的應用，對BIM技術在公建項目綜合管線排布安裝中的應用提出了一些思考。

關鍵詞：BIM；公共建筑；綜合管線；模型

中圖分類號：TU745.5

1 引言

綜合管線排布的實施一直是結構復雜的公共建筑施工中的一項核心工作，它對建筑物最終的觀感質量和整體使用效果起決定性作用。蘭州奧體中心運動員公寓項目屬于兼辦公、體育訓練、酒店、配套商業于一體的新型綜合公共建筑，且該項目規模大、造型復雜，屬于異形結構，施工工期緊，機電安裝工程包含系統多，其中室內公共走廊吊頂部位包含的機電安裝系統有生活給水系統、生活污水系統、生活廢水系統、消防自動噴淋系統、消火栓系統、防排煙系統、送排風系統、空調風管、蒸汽管道、冷凝水管道、冷凍水管道、冷卻水管道、強電橋架、弱電橋架及動力和照明系統的配線管等，有限的空間內管線排布極為復雜。傳統的管線綜合設計工作任務量大，施工計劃無法做到完善完美，無法全部提前規劃、協調各施工工序，常常出現管線碰撞、預留洞口位置偏移、安裝空間不足等問題，且二維圖紙具有局限性，無法對施工空間進行系統直觀的判斷，導致管線綜合質量的控制難度進一步增大，無法滿足機電安裝工程質量的總體要求[1]。蘭州奧體中心運動員公寓與體育產業用房項目引進BIM技術，統籌考慮設計和施工等方面的要求，從根源上解決以上提出的問題，提高項目的管理水平，從而達到高質量施工的目的[2]。

2 項目概況

蘭州奧體中心項目位于蘭州市七里河區崔家大灘片區，南濱河西路以南，T092#規劃路以東，S096#規劃路以西，分為南北兩區，其中運動員公寓與體育產業用房項目位于整個項目用地的南區。運動員公寓及體育產業用房位于南區西側，總建筑面積約26萬m2，為一類高層建筑。建筑主體在地上分為A棟（共21層）和B棟（共17層）兩部分，建筑面積約14萬m2，主要包括商業、辦公、酒店。地下建筑面積約12萬m2，共2層，主要功能為運動員配套體能訓練用房、員工餐廳及廚房、汽車庫及設備用房等，綜合管線排布較為復雜[3]。

3 BIM技術在蘭州奧體中心運動員公寓項目綜合管線排布中的應用

3.1 機電管線排布凈高分析

蘭州奧體中心運動員公寓項目屬綜合性公共建筑，涉及建筑、結構、幕墻、防排煙系統、強弱電系統、通風空調系統、消防系統、人防等專業，管線較多且較為復雜。專業人員應根據各專業圖紙的管線設計對管線尺寸較大且排布密集的部位進行初步分析，然后運用Revit軟件建立三維模型，通過對該項目模型的凈高分析，繪制管線凈高空間排布圖，再一次針對管道排布密集、管道翻彎較多、引出支管較多且樓層凈高較低的位置，遵循“分支管讓主干管、有壓管讓無壓管、給水管讓排水管、氣體管讓水管、橋架讓風管”等的原則，進行設計優化，提前排查裝修階段吊頂施工完成面的高度是否能滿足使用需求，保證使用功能，并最大程度確保觀感質量，為后期管線安裝施工一次到位提供技術保障，避免返工，節約成本，節省工期[4]。

地下2層公共走廊機電管線較多，且管道尺寸較大，設計層高為4 000 mm，局部位置梁的尺寸較大，為600 mm×1 400 mm，550 mm×850 mm等，為避讓大尺寸的框架梁，公共走廊綜合管線排布完成后，導致吊頂標高達不到設計要求，且管道之間距離較近，最上部管道距離梁底部的空間太小，局部位置甚至無操作檢修的空間或管道支管引出空間不足，達不到施工驗收規范要求，無法滿足使用功能，故而成為管線排布和施工的難點。針對此問題，管道排布三維圖繪制過程中蘭州奧體中心項目監理部聯合施工單位BIM工作室成員，利用Fuzor對管線排布復雜部位的凈高進行分析，并生成分析報告，根據報告管線整體排布順序，如調整橋架的位置，將其放在最上層，再次檢查是否具有施工可行性，凈高是否能達到設計要求，是否滿足使用功能，是否便于后期運營過程中的檢修操作。

經過管線綜合排布前后對比和分析，對負2層東北角位置的管線共進行3次排布，2次優化調整，在滿足規范要求和不影響使用功能的前提下，通過設計院出具設計變更洽商單，更改橋架和一路空調水管管線，最終將此部位管道完成面凈標高由第1次排布的2 018 mm優化至2 468 mm，使管線達到最優排布，充利用了建筑空間，保證了使用功能，同時也預留了充足的檢修空間。如圖1、圖2所示（兩圖均是采用BIM技術優化管線安裝凈標高，圖1用Fuzor軟件進行分析并2次優化調整管道排布標高，圖2是對調整后此部位的綜合管道三維模型顯示）。

3.2 機電管線碰撞檢測

蘭州奧體中心項目監理部收到設計圖紙后，立即組織BIM組人員通過建立各專業模型，盡早發現綜合管線排布存在的問題，并及時以圖紙會審紀要形式將相應意見和建議反饋至設計院予以明確，將圖紙存在的問題在施工前期得到有效解決，減少或者盡量避免因設計變更、返工等導致的工期延長、費用增加等一系列問題。做到運用BIM技術創建三維模型能快速高效審圖，將問題在管線安裝施工前發現并解決。

施工過程中的碰撞檢查分為專業內碰撞檢查和專業間的碰撞檢查，利用Navisworks軟件對模型進行碰撞檢測，導出碰撞檢測分析報告，根據碰撞檢測結果再優化調整。將調整的最終結果與現場實際施工相結合考慮，若可行，則反饋至現場設計代表，需要由設計院調整的部位出具相應的變更優化設計圖。如此反復，直至全部完成碰撞檢測。經統計，1～5層及地下室公共走道碰撞點較多，層碰撞點260余處，現階段蘭州奧體中心運動員公寓項目的機電綜合管線模型已全部創建并優化完成，累計處理碰撞問題約3 200多處。在檢測碰撞過程中，部分碰撞可忽略，如因需預留洞口而檢測到的碰撞問題。

3.3 模型指導施工

蘭州奧體中心項目運動員公寓項目規模大，機電安裝工程所含系統多，結構設計層高較低，局部位置梁尺寸較大，凈空要求嚴格，綜合管線尺寸較大且排布密集，安裝困難是遇到的問題之一；本建筑為異型結構，曲面形狀較多，圓弧位置管道與管道、橋架與橋架之間等的連接施工復雜，難度大。針對項目管理過程中遇到第一類問題，BIM技術組人員利用BIM技術建立三維可視化模型，發現建筑功能與結構之間的矛盾，圖紙標注不一致，尺寸不正確，不同系統管道碰撞等一系列問題，及時與設計院溝通解決，將這些問題解決在施工之前；第二類問題是借助BIM協同作業的方式建立三維模型，通過對建筑圓弧位置管道、橋架連接模型進行測量，并進行相應的計算，最后根據測量計算得出的結果和用BIM技術創建的三維模型對圓弧位置的管道、橋架的尺寸進行實地加工或提供至專業工廠加工，確保了綜合管線安裝工程在建筑物圓弧部位的觀感質量，成功地解決了二維圖紙中無法提前考慮和解決的技術難題。如圖3—圖5所示（3張圖均為運用BIM模型指導現場管線安裝施工，圖3按設計標高排布后發現風管安裝標高與消防管道預留洞口標高有沖突；圖4通過運用BIM技術，采取翻彎等措施對風管標高進行調整；圖5根據Revit生成的機電管線三維模型指導現場施工）。

在施工過程中，通過優化綜合管線設計排布，確認最優施工方案，做到管線排布不僅符合規范要求、觀感質量好，同時也合理地節省了空間，節約了材料、減少了專業間的協調工作量，提高了管理工作效率，而且對復雜部位安裝施工還可采取可視化技術交底的方式，提高了安裝效率和安裝質量[5]。綜合管線安裝完成后，可在三維模型的基礎上進行系統調試，從而提高了機電管線安裝工程的整體施工質量。

3.4 綜合支吊架計算

利用BIM技術對機電管線進行綜合排布完成后，對各區域支吊架選型、計算并指導現場施工。

首先編制綜合支吊架施工方案，創建綜合支吊架三維模型，將綜合支吊架模型構件與各區域綜合管線BIM模型構件整合鏈接，根據具體情況，設定相應的布點原則，自動設置布點，進行碰撞檢測。然后根據碰撞檢測結果，分析并對設計的綜合支吊架模型作進一步修改，采用受力分析軟件驗算三維模型中綜合支吊架受力是否符合力學要求，根據受力驗算結果對綜合支吊架的初步施工方案進行修改，還可根據模型中綜合支吊架的受力分析計算結果，統計綜合管線支吊架材料用量及選型明細清單。

采用BIM三維模型可視化技術對施工技術人員、作業人員進行交底，再由BIM三維模型圖導出CAD二維施工圖，指導綜合管線實際安裝施工。

4 BIM技術在公建項目綜合管線排布中的應用思考

4.1 BIM各專業模型創建要緊密配合

BIM技術是現代建筑工程信息化管理和統一標準建立全專業BIM模型，利用BIM協同作業的方法指導不同專業的BIM工程師同步創建模型，各專業BIM工程師可通過各個系統與結構、建筑模型之間的鏈接方式對模型問題進行檢查，如預留洞口位置發生變化，管道尺寸發生變更，異形結構位置的設備安裝問題等，土建專業與機電安裝各專業BIM工程師應及時溝通，對預留洞口位置、管線排布順序、排布位置、管線尺寸等技術參數等作出調整，以免三維模型與現場實際不相符造成現場實際無法安裝等困難。BIM各專業模型相互緊密配合將使BIM模型信息能更好地貫穿和指導整個施工過程。

4.2 機電管線復雜節點優化設計

運用Revit軟件，對管線排布較為復雜的部位，各專業相結合綜合設計出圖，指導現場施工，保證管線之間的合理排布。針對異型構件多、碰撞節點多，構造復雜，現場質量不易控制等問題，通過BIM節點模型建立，對綜合管線排布復雜的節點進行優化，減少不必要的返工、提高工作效率、保證施工進度和施工質量[6]。

還可以考慮利用BIM技術的反向設計思維，復雜節點施工做法生成二維碼、工藝模擬、虛擬樣板等，形成BIM模型的輕量化，減少施工現場因制作樣板對人、材、機等的消耗，節約成本[7]。上傳云端后，供現場技術人員和施工人員隨時查閱。

4.3 BIM技術進行綜合管線排布必須與現場實際施工相結合

BIM模型建立過程中通常出現的問題是僅依據施工圖紙建立三維模型，并對綜合管線進行排布，忽略了施工現場的實際情況，導致結合BIM技術建立的三維模型和管線排布結果部分無法完全實現。因此，為保證運用BIM技術得出的綜合管線排布結果能較好地指導現場施工，在該工作實施前除依據施工圖之外，還必須充分考慮現場施工的實際情況。

5 結語

蘭州奧體中心運動員公寓項目在綜合管線排布施工中通過應用BIM技術對綜合管線的排布凈高分析優化、合理排布；通過應用BIM技術對綜合管線進行碰撞檢測；通過應用BIM技術創建三維模型指導現場施工；通過應用BIM技術對管線綜合支吊架的選材和用量進行技術指導等，優化了建筑物的空間布局，節省了工程施工成本，縮短了項目的施工工期，提高了工程的施工質量，體現了項目管理的優勢，讓更多的項目管理者和施工技術人員認識和體會到BIM技術的優勢所在，并在今后的項目管理及施工中更好地推廣和使用。

參考文獻：

[1]" 劉婧，鄭威，秦光. BIM技術在管線綜合排布中的應用[J].建設監理，2015（3）：22-24.

[2]" 郭迎花. BIM技術在工程設計中的運用和發展[J]. 現代物業（中旬刊），2018（11）：86.

[3]" 高陽洋，孟凡兵. 電廠余熱利用和節能技術在蘭州奧體中心應用分析[J]. 建筑熱能通風空調，2021，40（7）：78-81.

[4]" 傅明華，余洋. BIM和信息技術在有軌電車中的探索和應用前景[J]. 上海建設科技，2017（2）：11-15.

[5]" 冀程. BIM技術在軌道交通工程設計中的應用[J]. 地下空間與工程學報，2014，10（S1）：1663-1668.

[6]" 劉滿平. BIM技術在施工企業中的應用研究[D]. 北京：北京建筑大學，2016.

[7]" 吳強，李林鳳. BIM技術在奧體中心運動員公寓與體育產業用房項目中的施工應用[J]. 建設科技，2021（22）：70-73.