談3D建模解決機(jī)電安裝問題

范 旭 紅

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

談3D建模解決機(jī)電安裝問題

范 旭 紅

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

針對機(jī)電安裝工程中常出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了研究，提出了使用3D建模技術(shù)的方式進(jìn)行解決，并總結(jié)了該技術(shù)在加快施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面的應(yīng)用優(yōu)勢，以促進(jìn)其在工程中的推廣應(yīng)用。

3D建模技術(shù)，CAD圖，設(shè)計(jì)，施工

近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)黃金發(fā)展期，涌現(xiàn)出無數(shù)的高層建筑甚至超高層建筑，伴隨著人們生活水平的不斷提高，這些建筑的使用功能在安全性、舒適性、便利性、信息性和文化性等方面得到了空前的提升。為實(shí)現(xiàn)這些強(qiáng)大的功能，不同的設(shè)計(jì)專業(yè)(建筑、結(jié)構(gòu)、給排水和消防、通風(fēng)空調(diào)、電氣、智能……)都融入到一個(gè)設(shè)計(jì)案例中，雖然設(shè)計(jì)的過程中為了避免誤差各專業(yè)進(jìn)行了協(xié)同配合，但根據(jù)目前多個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的施工中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谥笇?dǎo)施工中仍不可避免的產(chǎn)生交叉干涉碰撞等問題。使得施工中多走了彎路，窩工、返工和材料浪費(fèi)嚴(yán)重，無形中拖延了工期、加大了施工成本，而這些矛盾尤以施工后期的機(jī)電安裝較為突出。如何能合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少上述問題達(dá)到提前預(yù)控的目的，成為現(xiàn)在施工企業(yè)努力解決的重要內(nèi)容之一。3D軟件的出現(xiàn)，使不同專業(yè)基于同一個(gè)模型進(jìn)行工作，簡捷快速的實(shí)現(xiàn)了三維集成協(xié)同設(shè)計(jì)，使精益化施工成為可能。

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的英文縮寫,該技術(shù)是對建筑工程實(shí)體與其功能的數(shù)字化表達(dá)。我們可以簡單理解為“可視化的三維數(shù)字模型”。該技術(shù)的應(yīng)用將成為未來建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢。由于該系統(tǒng)涉及的領(lǐng)域與涵蓋的范圍之廣，且受專業(yè)人才，軟件開發(fā)維護(hù)，硬件基礎(chǔ)建設(shè)與培訓(xùn)投資等多方面的因素影響，建立全面完整高效運(yùn)行的BIM系統(tǒng)成為了一項(xiàng)系統(tǒng)龐大的工程，一般的中小建筑企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)，甚至一些大型建筑企業(yè)在引入BIM系統(tǒng)時(shí)同樣面臨諸多難題，難以在短期實(shí)現(xiàn)。但是，隨著計(jì)算機(jī)3D軟件的發(fā)展，3D建模技術(shù)對機(jī)電安裝施工過程中的問題提供了另外一種解決方案，3D軟件的掌握較BIM軟件更簡單、易懂，施工中更能快速、有效投入使用。而實(shí)際上BIM系統(tǒng)中核心的重要組成部分之一就是基于計(jì)算機(jī)3D數(shù)字模型的建模，因此，在我們掌握計(jì)算機(jī)3D建模技術(shù)的同時(shí)，也是在掌握BIM技術(shù)的重要組成部分之一，為明天BIM系統(tǒng)的導(dǎo)入提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

作為安裝施工項(xiàng)目組成員，在工程施工中，使用了一款3D設(shè)計(jì)軟件Pro/E，通過結(jié)合藍(lán)圖和業(yè)主對工程施工的一些要求，對工程進(jìn)行了二次深化設(shè)計(jì)，完美的解決了在實(shí)際安裝施工中常出現(xiàn)的幾個(gè)問題,并通過應(yīng)用總結(jié)了其發(fā)揮的作用與意義。

1)能夠?qū)ΧS藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為3D空間模型形成更加直觀的表達(dá)；對安裝施工的管道系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、強(qiáng)弱電橋架及線路敷設(shè)的空間排布進(jìn)行全面的核查，管線綜合布置技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

對于施工藍(lán)圖，或我們所使用的二維CAD圖紙，有它的局限性——即不能直觀的反映出施工建設(shè)的實(shí)際情況，圖紙管線的位置排布與標(biāo)高的確定在實(shí)際施工中存在重合干涉問題，例如，二維水暖施工圖的管道系統(tǒng)的位置與標(biāo)高可能與通風(fēng)系統(tǒng)圖紙的風(fēng)管或配電系統(tǒng)圖紙的電纜橋架出現(xiàn)重合干涉問題，而實(shí)際施工中，只能依據(jù)圖紙而不按照圖紙的要求進(jìn)行施工，這種情況，往往根據(jù)專業(yè)施工人員的經(jīng)驗(yàn)來解決問題，或是施工隊(duì)伍根據(jù)實(shí)際施工情況自行解決，上述解決問題的方式有可能因諸多其他因素考慮不周，而出現(xiàn)新的問題，這樣的情況將造成項(xiàng)目資金、施工人員、時(shí)間的浪費(fèi)，而產(chǎn)生這些問題的源頭之一是圖紙的設(shè)計(jì)問題。研究表明，設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品成本的70%～80%，上游設(shè)計(jì)失誤對成本的影響將以不斷放大的形式向下游傳播，根據(jù)美國波音公司的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，這一逐級放大的比例甚至達(dá)到1∶1013[1]。因此，設(shè)計(jì)不合理引起的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性方面的先天不足，要想在生產(chǎn)過程中通過質(zhì)量和成本控制措施挽回，要付出相當(dāng)大的代價(jià)。 而且，圖紙由多個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)的不同設(shè)計(jì)人員綜合而成，“不可避免”的產(chǎn)生交叉干涉碰撞等問題，雖然施工前進(jìn)行施工圖紙會(huì)審，但所有圖紙由于不會(huì)在同一時(shí)間對每一處相同位置逐一進(jìn)行全面檢查，最終導(dǎo)致上述問題的出現(xiàn)。而3D建模設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，會(huì)使上述問題出現(xiàn)的概率降至最低，這是因?yàn)楦鱾€(gè)專業(yè)的工程圖紙將形成完整統(tǒng)一的3D建模數(shù)據(jù)，使得管線綜合布置技術(shù)真正意義上得以實(shí)現(xiàn)。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的自行檢查干涉功能配合操作人員的判斷，從設(shè)計(jì)的源頭根本性的解決安裝施工中的這些問題。

2)可以提高材料在安裝施工中的位置精度，降低由于施工精度偏差造成的返工，更精確的計(jì)算出各種材料的規(guī)格與用量，便于更加全面,精確的提供材料計(jì)劃清單,使提出的材料計(jì)劃更具準(zhǔn)確性。

編制材料計(jì)劃是成本控制的依據(jù)，但材料計(jì)劃僅是各種數(shù)據(jù)的匯總，有時(shí)只適合對項(xiàng)目進(jìn)行宏觀控制，對過程生產(chǎn)卻起不到指導(dǎo)作用。比如，項(xiàng)目開工前預(yù)算書表明需用鋼材100 t，但卻不能說明某個(gè)部位所需鋼材的具體數(shù)量，施工人員只能根據(jù)總量控制原則編制采購計(jì)劃，如施工過程管理不善，很可能出現(xiàn)總量已用完，而項(xiàng)目未完工的情況出現(xiàn)；另一方面，由于建筑生產(chǎn)的不確定性決定了材料計(jì)劃可能發(fā)生改變，因此，材料計(jì)劃不能按照靜態(tài)的定額制作，但要合理確定材料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的實(shí)際消耗額度時(shí)，工作量就比較大，因?yàn)椴粌H要求計(jì)劃按部位制定，而且要求每實(shí)施完一個(gè)工序后，就需計(jì)算出此工序的材料消耗量，并將實(shí)際用量與計(jì)劃量比較，確定消耗定額；再根據(jù)確定的消耗定額，對下一道工序的計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。而計(jì)算機(jī)3D數(shù)據(jù)模型會(huì)為此部分工作提供強(qiáng)有力的幫助，操作人員通過選定的3D模型特征組件數(shù)據(jù)，定義為規(guī)定時(shí)間內(nèi)材料實(shí)際消耗量，并形成指定的材料詳細(xì)信息清單，就可大幅提高工作效率，保證材料計(jì)劃的準(zhǔn)確性。一般情況下，設(shè)計(jì)完成的3D建模數(shù)據(jù)將指導(dǎo)安裝施工，使各分項(xiàng)工程嚴(yán)格按照3D模型數(shù)據(jù)保持一致，這樣，就使得建設(shè)施工中理論材料的用量與模型計(jì)算相一致，并且基于3D模型提供詳細(xì)的空間尺寸，使安裝精度的提高來降低建筑工程因尺寸偏差造成施工返工的成本。 有時(shí)二維CAD圖的平面圖，截面圖或系統(tǒng)圖難以表達(dá)出建筑施工的全面詳細(xì)情況，因此依據(jù)二維CAD圖所提出的材料計(jì)劃并不完整，材料計(jì)劃的編制不僅依據(jù)圖紙，而且還要憑借施工中積累的經(jīng)驗(yàn)，甚至空間想象能力等多方面的考慮來確定材料的詳細(xì)計(jì)劃，基于上述情況，材料計(jì)劃編制人員有時(shí)會(huì)將材料清單計(jì)劃編制的多“一點(diǎn)點(diǎn)”，以保證在施工過程的損耗或估算的原因來確保材料在施工過程中的充足,但對于材料清單信息編制多出的這“一點(diǎn)點(diǎn)”究竟是多少，對施工過程中材料的成本控制影響有多大，這個(gè)問題值得我們思考。而計(jì)算機(jī)3D數(shù)據(jù)模型可以將整個(gè)建筑安裝工程中所用的各種材料，通過操作人員的指定操作，形成指定分部(項(xiàng))的精確詳細(xì)的材料清單BOM。為施工提供更加全面,精確的信息,使提出的材料計(jì)劃更具準(zhǔn)確性。

3)是設(shè)計(jì)更改，施工優(yōu)化方案的可行性的依據(jù)，解決施工中面臨的各種難題的有效工具。

由于建筑生產(chǎn)的不確定性，安裝施工中難免會(huì)碰到設(shè)計(jì)更改的問題，在設(shè)計(jì)變更過程中，由于二維圖紙的局限性不能直觀的反映出施工建設(shè)的具體實(shí)際情況，或涉及更改的內(nèi)容未完全考慮到對整體系統(tǒng)的影響，即不同專業(yè)的設(shè)計(jì)方案因?yàn)槟骋环矫娴脑O(shè)計(jì)更改而造成施工中新問題的出現(xiàn)。針對上述情況，使用3D數(shù)據(jù)模型首先對原方案進(jìn)行數(shù)字建模，將涉及的所有專業(yè)圖紙的數(shù)據(jù)全部建立模型之后，再針對某項(xiàng)需要更改的內(nèi)容進(jìn)行更改，通過模擬由于技術(shù)更改后的“虛擬真實(shí)”的施工現(xiàn)場，分析確定更改方案的可行性，或?qū)Ω姆桨冈龠M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便降低施工返工率，提高施工一次合格率。

4)成為施工設(shè)計(jì)文件的組成部分，配合技術(shù)交底文件，切合實(shí)際指導(dǎo)安裝施工工作。

有時(shí)，二維CAD圖提供的信息并不能表達(dá)出安裝施工的詳細(xì)要求，因此，技術(shù)交底文件成為施工中的技術(shù)資料指導(dǎo)相關(guān)人員施工，但通過繁多的文字來表達(dá)復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案或嚴(yán)格的技術(shù)要求時(shí)，3D圖形無疑是解決上述問題的最好途徑之一。通過3D數(shù)據(jù)模型保存指定施工部位的最佳視角圖片，并打印生成彩圖，配合技術(shù)交底文件，成為安裝施工文件的組成部分，能夠切合實(shí)際的指導(dǎo)安裝施工工作。如圖1所示為某項(xiàng)目1號(hào)樓-1層采暖、噴淋(主管)、消防、自來水、強(qiáng)弱電橋架排布截屏。

綜上所述，3D建模技術(shù)在機(jī)電施工中對于加快施工進(jìn)度,保證工程質(zhì)量,降低工程成本,提高經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。在目前BIM軟件相對復(fù)雜，不易全面普及應(yīng)用的同時(shí)，3D建模技術(shù)將是一個(gè)很好的選擇。

[1] 顏見雄.支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)決策的成本信息分析[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[2] 薛 華.談3D建模在施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2013，39(6)：254-255.

Discussion on 3D modeling solving mechanical and electrical installation problems

Fan Xuhong

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

The paper studies common problems occurring in mechanical and electrical installation engineering, applies 3D modeling technology for solution, and summarizes its application advantages in aspects of speeding up construction schedule, guaranteeing engineering quality and improving economic benefits and so on, with a view to promote its application in engineering.

3D modeling technology, CAD drawing, design, construction

2015-08-23

范旭紅(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0257-02

TP319

A