BIM技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用分析

劉 敏

(中鐵四局集團(tuán)有限公司,安徽 合肥 230023)

0 引 言

以往的機(jī)電安裝工程大多根據(jù)平面圖完成,缺乏彈性,易受到施工環(huán)境、經(jīng)費(fèi)預(yù)算、人員變動等因素的制約,造成機(jī)電設(shè)備及管道安裝錯誤且難以調(diào)整。建筑信息模型(buildinginformationmodeling,BIM)是一種基于3D數(shù)字技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計、施工和管理的新技術(shù),可以將工程規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)營等各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息匯總至3D建筑模型中,確保建筑設(shè)計的各個環(huán)節(jié)信息的準(zhǔn)確性、全面性,從而提高機(jī)電安裝工程建設(shè)效率。工程人員可利用BIM技術(shù)對各工序進(jìn)行細(xì)致檢查,根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況靈活調(diào)整施工設(shè)計方案,確保機(jī)電安裝工程整體質(zhì)量。

1 項(xiàng)目概況

某新建機(jī)場航站樓,建筑面積約為10.47萬m2,為地下一層、地上三層(局部四層)結(jié)構(gòu),建筑高度為30m,耐火等級為一級。相對于一般的公共建筑,航站樓機(jī)電安裝工程工藝要求更高、功能更為復(fù)雜,主要包括給排水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、動力照明配電系統(tǒng)、自控及智能化系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、直梯及扶梯系統(tǒng)、航班播報系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、自動步道系統(tǒng)、行李分揀系統(tǒng)等,各專業(yè)子系統(tǒng)管線種類多、數(shù)量大、材質(zhì)各異,涉及大量的管線交叉施工。為保證工程質(zhì)量、降低造價、縮短工期,實(shí)現(xiàn)施工方案的可行性、工程實(shí)體的美觀性以及運(yùn)營維護(hù)的便捷性,在提高施工人員工藝水平的同時,使用技術(shù)手段即BIM技術(shù)進(jìn)行機(jī)電安裝工程的深化設(shè)計亦必不可少。

2 BIM技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用

2.1 設(shè)計驗(yàn)證

收集機(jī)電安裝各子系統(tǒng)以及建筑結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)圖紙。采用Revit工具,根據(jù)二維平面設(shè)計圖,按不同的專業(yè)劃分,構(gòu)建整體工程的初步建模和構(gòu)建資料庫。鑒于該工程規(guī)模龐大,工程設(shè)計中將設(shè)計圖劃分成不同的分區(qū)進(jìn)行分區(qū)建模,在統(tǒng)一標(biāo)高和軸線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,確保各模型的相對定位精度。采用集成的三維建模方法,對原有設(shè)計中的機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間調(diào)整,查找機(jī)電安裝管道結(jié)構(gòu)中存在的錯誤和疏漏,從而提升整體設(shè)計質(zhì)量,大幅減少后期返工產(chǎn)生的資源浪費(fèi)和工期延誤,可視化的表達(dá)方式也便于施工單位與設(shè)計單位之間的協(xié)調(diào)與交流。

2.2 碰撞測試

進(jìn)行管道整體布設(shè)前必須進(jìn)行管道碰撞測試,以找出可能存在的管道碰撞問題。在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計中,由于各專業(yè)的不同特點(diǎn)容易出現(xiàn)管道碰撞問題,若不能在施工前進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化,很可能導(dǎo)致工期延誤,成本上升。BIM的HIBIM插件具有碰撞檢測功能,能夠完成基于3D模型的碰撞檢測和碰撞報告生成。

(1) 確定碰撞構(gòu)件,設(shè)定碰撞目標(biāo)及參量,確定碰撞準(zhǔn)則。在碰撞測試中,必須分別選取同一專業(yè)、不同專業(yè)進(jìn)行碰撞測試;選擇碰撞方式時,若為“硬碰撞”則無須設(shè)定各構(gòu)件間隔距離,若為“軟碰撞”則必須按要求確定各構(gòu)件的安裝間距。該機(jī)電安裝工程建模類型較多,所有樓層同一時間進(jìn)行碰撞檢測可能會導(dǎo)致計算機(jī)卡死,因此要進(jìn)行分層碰撞測試。

(2) 將碰撞測試結(jié)果生成碰撞報告,報告內(nèi)容主要包含碰撞專業(yè)、軸網(wǎng)位置、構(gòu)件ID編號,碰撞位置,并在模型中自動生成碰撞點(diǎn)剖面框。

(3) 篩選碰撞報告,進(jìn)行碰撞歸類,例如,給排水系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)的管道碰撞、電力系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)的碰撞,為解決各種碰撞問題提供便利。

(4) 按照碰撞的類型及管道整體布設(shè)原理,優(yōu)化調(diào)整管道布設(shè)方案,然后再次進(jìn)行碰撞檢測,直至無碰撞問題。如圖1所示。

圖1 管道碰撞調(diào)整前后

2.3 管線深化設(shè)計

基于管道碰撞測試結(jié)果,在保證施工、維修空間的基礎(chǔ)上對管線進(jìn)行優(yōu)化。以Revit平臺為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)管線布設(shè)方案比較、安裝空間檢測、管線位置調(diào)整、管線高度調(diào)整等。該航站樓走廊區(qū)域管道眾多,部分自行步道有降板,各區(qū)域天花板設(shè)計高度有差異,因此,布設(shè)管道時必須兼顧安裝空間和凈高。在設(shè)計環(huán)節(jié)可采用改變風(fēng)管、橋架尺寸,適當(dāng)調(diào)整管道布設(shè)位置,以達(dá)到減少碰撞的目的。該航站樓行李分揀區(qū)機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)含量較高,托運(yùn)行李的鋼制站臺、托架密度大,存在大量斜拉吊臂支架。每一根吊桿都經(jīng)過精確計算,預(yù)埋件都已安裝完畢,不能改變其位置,且管道與鋼架、吊桿之間的交叉沖撞多。因此,可以將Revit支架結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入PKPM進(jìn)行計算與分析,并對支架結(jié)構(gòu)和型鋼種類進(jìn)行選擇,并依據(jù)支吊架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對管道的標(biāo)高、位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,降低施工難度。行李分揀區(qū)管線優(yōu)化如圖2所示。

圖2 行李分揀區(qū)管線優(yōu)化

2.4 凈高檢查

進(jìn)行整體布局后,如模型標(biāo)高發(fā)生較大變動,會導(dǎo)致不符合凈高要求的情況出現(xiàn),因此基于BIM優(yōu)化后需檢查各區(qū)域凈高。可利用HIBIM插件檢查凈高,如圖3所示。

圖3 凈高檢查

根據(jù)功能分區(qū)的不同,可以設(shè)定不同的凈高要求,找出不符合凈高要求的管道進(jìn)行再優(yōu)化。達(dá)到凈高要求后需再次進(jìn)行碰撞測試,確保模型能夠達(dá)到設(shè)計要求,防止后期安裝空間過小造成施工和檢修困難,節(jié)省施工成本,提高施工效率。

2.5 洞口預(yù)留

根據(jù)模型、施工圖可于主體施工前先進(jìn)行洞口預(yù)留、套管預(yù)埋。該航站樓機(jī)電安裝工程采用基于Revit的插件對模型中的管道穿墻位置進(jìn)行標(biāo)識。可自動生成洞口,確保預(yù)留洞口的數(shù)量、尺寸滿足后期施工需求,降低二次開鑿,大大提高施工效率。同時可利用BIM模型進(jìn)行套管規(guī)格型號及數(shù)量導(dǎo)出,提前下單預(yù)制。預(yù)留洞口如圖4所示。

圖4 預(yù)留洞口

2.6 支吊架預(yù)設(shè)

通過HIBIM插件預(yù)設(shè)支吊架,在預(yù)設(shè)單個專業(yè)支吊架時先預(yù)設(shè)單根支吊架,設(shè)置不同材質(zhì)管道的支吊架,然后選擇需布設(shè)的支吊架管道,按設(shè)定的間距自動布設(shè)支吊架;預(yù)設(shè)綜合支吊架時,可選需布設(shè)的綜合支吊架形式,如多層單列槽鋼等,再選擇需要布設(shè)的位置進(jìn)行放置,最后可以自動生成綜合支吊架計算書,驗(yàn)證預(yù)設(shè)的正確性。

2.7 虛擬建造

根據(jù)BIM模型劃分軸網(wǎng)區(qū)域,進(jìn)行單個專業(yè)前后工序界定,同時統(tǒng)計單個專業(yè)、單個區(qū)域的工程量,根據(jù)區(qū)域內(nèi)的工程量計算工時,安排施工人員數(shù)量及施工周期,依據(jù)計劃開工時間及完工時間編制單個專業(yè)的施工進(jìn)度計劃。將機(jī)電安裝各個專業(yè)的施工進(jìn)度計劃整合為整個機(jī)電安裝工程的施工進(jìn)度計劃,并制定機(jī)電安裝工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

根據(jù)BIM模型及機(jī)電安裝工程施工進(jìn)度計劃,通過模擬軟件進(jìn)行機(jī)電安裝工程的虛擬建造,解決各工序之間的邏輯關(guān)系錯誤和同一時間同一區(qū)域各專業(yè)施工干擾問題,使各工序、各專業(yè)的施工安排更加合理有序,從而加快施工進(jìn)度。通過虛擬建造,機(jī)電各專業(yè)可以準(zhǔn)確提出本專業(yè)的材料需求到貨數(shù)量及時間,避免因材料供應(yīng)不及時而導(dǎo)致的工期延誤。

2.8 機(jī)房工廠化預(yù)制

根據(jù)設(shè)計圖建立設(shè)備機(jī)房管線BIM模型,對管線模型進(jìn)行調(diào)整,優(yōu)化機(jī)房設(shè)備、管線的空間布局,如圖5所示。精確導(dǎo)出管線和配件的加工清單和加工圖紙,并進(jìn)行工廠化預(yù)制,每一個配件對應(yīng)唯一的裝配編號(二維碼),實(shí)現(xiàn)物料跟蹤信息化。依據(jù)編碼在工廠進(jìn)行預(yù)裝配,檢驗(yàn)合格后,運(yùn)輸至施工現(xiàn)場一次性裝配到位,確保機(jī)房管線安裝的準(zhǔn)確性,極大提高了施工效率。

圖5 機(jī)房管線模型

2.9 可視化交底

技術(shù)交底是工程項(xiàng)目施工技術(shù)管理中不可缺少的重要組成部分。傳統(tǒng)的技術(shù)交底采用文字和二維圖的形式,不夠直觀生動,尤其在管線密集的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)區(qū)域,施工人員難以完全理解設(shè)計意圖。運(yùn)用BIM模型可進(jìn)行現(xiàn)場可視化交底,讓重要的信息內(nèi)容垂直傳遞,能起到更好指導(dǎo)現(xiàn)場施工的作用。

3 應(yīng)用效果分析

BIM技術(shù)在該航站樓機(jī)電安裝工程中得到了很好的運(yùn)用,實(shí)際應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1) 與常規(guī)的平二維一體化機(jī)電管線布設(shè)方式比較,基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計速度更快,設(shè)計用時縮短10%,設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確度提高20%。同時,利用BIM相關(guān)軟件進(jìn)行三維立體管線布設(shè),適用于管道交叉多、吊頂空間狹窄的場景,可有效確保吊頂設(shè)計高度。

(2) 集成了行李分揀模型,對機(jī)電系統(tǒng)管線布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化,確保行李分揀系統(tǒng)的運(yùn)行效能;提前發(fā)現(xiàn)并處理了200多處各專業(yè)之間的碰撞,避免后期大規(guī)模返工;有效提高了孔洞預(yù)留位置的準(zhǔn)確度,減少后期的二次開鑿。

(3) 機(jī)電設(shè)備安裝嚴(yán)格遵循基于BIM管線綜合設(shè)計圖紙和施工模型,簡化安裝施工環(huán)節(jié),使施工能夠迅速、平穩(wěn)地開展,確保了機(jī)電設(shè)備的安裝質(zhì)量,做到整潔美觀;同時利用BIM對支架進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計、預(yù)制、安裝;采用三維施工模擬技術(shù),使各個區(qū)域同時施工、交叉施工井然有序,施工效率提高15%。

4 結(jié)束語

綜上所述,利用BIM技術(shù)的碰撞測試、洞口預(yù)留、支吊架預(yù)設(shè)、凈高檢查、管線優(yōu)化等功能可有效降低企業(yè)的損失和風(fēng)險,同時還可以將BIM技術(shù)用于施工進(jìn)度管理、施工材料管理、施工過程模擬和施工成本管理等方面。在提高施工效率的同時,還可優(yōu)化施工管理方式,增強(qiáng)工程參與方之間的協(xié)作與交流,從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工管理。