BIM模擬安裝技術(shù)在建筑機電圖紙深化階段中的應用

青建集團股份公司 青島 266071

隨著BIM技術(shù)在我國的大力推廣，BIM模擬安裝技術(shù)也走到我們身邊。如果能在實際施工開始之前，先采用BIM模擬安裝技術(shù)對圖紙進行深化設計，利用計算機強大的計算功能，就可以將原二維平面圖紙表達不全面的地方體現(xiàn)出來，更可以形成三維立體模擬圖像，幫助施工人員對整個項目有一個更深刻、更直觀的認識。通過BIM技術(shù)進行管道和設備的三維模擬檢查碰撞及協(xié)同工作，大大地提高了設計的準確性，降低了設計成本。按照深化設計的圖紙進行施工，有利于降低施工成本、減少返工浪費、縮短施工周期。

1 工程概況

和黃·小港灣改造項目工程位于青島市市北區(qū)小港一路，地上28 層，地下2 層，地上包括6 棟單體商業(yè)建筑，建筑面積165 000 m2，地下室面積46 000 m2。在地下室設計了一條長1 000 m，寬5 m，高2.1 m的管溝，讓各專業(yè)設備管線均通過此管溝從設備用房到達各個樓座。

本工程設備種類多，機電管線復雜，特別是管溝、管道井、電井、機房、變配電室等重點部位管道密集，空間狹小，施工難度大。為提高工程施工管理水平，控制施工成本，本項目采用BIM技術(shù)，對管線進行綜合平衡優(yōu)化布置，有效地解決了管線碰撞問題，滿足了空間及功能使用要求[1]。

2 BIM模擬安裝技術(shù)的概念

BIM模擬安裝技術(shù)是指利用先進的軟件在計算機中形成建筑模型，在虛擬的環(huán)境下模擬給排水、暖通 、電氣等各專業(yè)管道及設備的安裝情況，在深化后的施工圖正式提交之前，進行管線綜合，找出并調(diào)整有碰撞的管線和設備，從而預先發(fā)現(xiàn)二維平面圖中所不能反映出來的問題[2]。

BIM模擬安裝技術(shù)是基于建筑結(jié)構(gòu)模型進行的，通常需要先鏈接建筑、結(jié)構(gòu)模型，并對鏈接文件進行基本設置，形成參照底圖，再進行水、電、暖等專業(yè)的深化設計。

具體技術(shù)流程為：首先將二維圖紙通過BIM類軟件轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息錄入計算機形成數(shù)字模型，然后通過軟件將水、電、暖等所有機電專業(yè)圖紙進行管線及設備綜合布置處理，運行碰撞檢查功能。技術(shù)人員通過綜合后的三維圖紙對圖紙不足的地方進行調(diào)整和修改，再將修改后的圖紙拆分成原來機電各個專業(yè)圖紙。最終深化后的圖紙將作為后期施工的正式圖紙（圖1）。

圖1 管線碰撞綜合調(diào)整流程

3 BIM模擬安裝技術(shù)應用過程

3.1 準備階段

目前，BIM類軟件層出不窮，各家軟件公司均在大力開發(fā)此類應用軟件。而用于機電工程圖紙深化的軟件應偏向于機電分析類軟件。此類軟件能很好地體現(xiàn)機電管道及設備的特性；能通過參數(shù)驅(qū)動模型即時呈現(xiàn)水暖電工程師的設計，模擬出真實的安裝環(huán)境；能通過協(xié)同工作減少機電和建筑、結(jié)構(gòu)設計之間的協(xié)調(diào)錯誤；能通過模型進行碰撞檢查，從而減少整個項目設計的失誤。針對同一項目，各專業(yè)工程師通過共享設計信息，及時同步項目文件和模擬管線綜合，提高設計質(zhì)量和設計效率，有效解決了傳統(tǒng)設計流程中工程信息交互滯后和溝通協(xié)調(diào)不暢的問題[3]。

3.2 圖紙錄入階段

3.2.1 建筑圖紙的錄入

在建筑專業(yè)圖紙錄入時，必須做到錄入的數(shù)據(jù)準確無誤。每個梁板、柱子、墻體及其他構(gòu)件的尺寸均要與原圖紙一致。

3.2.2 機電專業(yè)圖紙錄入

機電圖紙按專業(yè)分為給排水、暖通和電氣圖紙。各專業(yè)應分別錄入，在錄入時需注意：先確定設備定位；再繪制管路（先繪制設備房內(nèi)管路，再繪制設備房外管路；有坡度要求的管道繪制時要注意保證管道的坡度流向）；最后進行風管絕熱層的繪制（若風管需保溫絕熱時，應根據(jù)設計要求的絕熱厚度增加風管斷面尺寸，管徑≤50 mm的電氣配管可以忽略，不作為管線碰撞的范圍內(nèi)）。

3.3 管線碰撞綜合調(diào)整階段

3.3.1 各專業(yè)內(nèi)部管線碰撞調(diào)整階段

水暖電施工圖紙正式提交之前，各專業(yè)圖紙在錄入完畢以后就可以進行內(nèi)部管線調(diào)整。例如通風專業(yè)各個系統(tǒng)之間的管道碰撞；強電橋架與弱電橋架的碰撞；給水管道與排水管道的碰撞；豎向管道與水平管道的碰撞。

在本工程中，各專業(yè)內(nèi)部管線調(diào)整時共檢測出58 個碰撞處。經(jīng)過統(tǒng)計分析，多數(shù)碰撞點發(fā)生在以下情況：

1）管線并排敷設時，分支管道與相鄰管線發(fā)生碰撞；

2）管線標高變化時，豎向管線與水平向管線發(fā)生碰撞；

3）設備機房內(nèi)不同走向管線交叉重疊。

第1種情況一般發(fā)生在吊頂內(nèi)，由于分支管道管徑通常較小，原則上相鄰管線標高和位置不變，調(diào)整支管的標高和位置；第2種情況一般會出現(xiàn)在管溝、管徑內(nèi)，通常按照水平管道位置不變，調(diào)整豎向立管的位置來滿足要求（圖2）；對于第3種情況，通常遵循小管避讓大管的原則，即大口徑管道優(yōu)先布置，小口徑管道后布置。

3.3.2 整體管線綜合調(diào)整階段

各專業(yè)內(nèi)部調(diào)整完畢以后，就可以進行整個項目的管線綜合調(diào)整。應用BIM軟件，選中暖通空調(diào)、給排水、電氣專業(yè)，點擊Start開始檢查碰撞情況，發(fā)生碰撞時，軟件會顯示碰撞所在的圖層、坐標位置、屬于哪個專業(yè)等等。根據(jù)結(jié)果，選中要修改的管線，修改完畢后保存圖紙。

圖2 豎向管道與水平管道碰撞調(diào)整

管線空間布置修改的方法一般應遵循小管讓大管、有壓管道讓無壓管道、橋架讓風管、冷水管讓熱水管等原則，需要將調(diào)整好的圖紙綜合在同一張圖紙中，找出并調(diào)整有碰撞的管線（風管、水管、線管、橋架）和設備等。使用軟件的碰撞檢查功能，能快速準確地找出某一個項目中管線是否相互碰撞，若發(fā)現(xiàn)有碰撞點，則通過三維圖像調(diào)整沖突位置的管線。最后，確定各專業(yè)設備的定位、管路的具體走向及標高，形成最終的施工深化圖[4]。

在本工程整體管線調(diào)整時，共檢測出碰撞202 處。經(jīng)過統(tǒng)計分析，多數(shù)碰撞點發(fā)生在以下情況：

1）不同專業(yè)管線在同一標高、同一部位安裝；

2）帶有坡度的管道與其他管線沖突；

3）柱子、梁等結(jié)構(gòu)部件阻擋管線走向。

對于第1種情況，按照無壓管、風管、橋架、壓力管先后順序布置，調(diào)整部分管道（如橋架）的標高達到布置要求（圖3）；對于第2種情況，按照有坡度要求管道優(yōu)先、無坡度要求管道次之的布置原則；對于第3種情況，管道與柱、梁等承重結(jié)構(gòu)相遇碰撞時，管道必須繞柱而行，大口徑的管道（如DN＞100 mm）盡可能不穿梁，如必須穿梁，應得到設計人員的同意，并且在此部位采取加固措施。

圖3 風管與水管、橋架碰撞調(diào)整

管線碰撞綜合調(diào)整是BIM技術(shù)在圖紙深化階段應用的關(guān)鍵價值所在。利用計算機強大的計算能力，可以對任何復雜情況進行碰撞檢測，完全突破了二維概念。同在二維圖紙上進行的管線綜合調(diào)整相比，其不僅具有直觀的三維顯示，而且能快速準確地找到并修改碰撞點，從而提高了管線綜合的效率和準確性。

3.4 出圖階段

經(jīng)過了管線碰撞綜合調(diào)整階段，各個專業(yè)均得到了已經(jīng)修改完畢的深化圖紙。再經(jīng)過專業(yè)人員的最后復核就可以出具最終圖紙，作為指導施工用圖。鑒于目前施工人員習慣使用二維平面圖，技術(shù)人員仍需將平面圖下發(fā)到施工人員手中，而三維圖紙可以在進行施工技術(shù)交底時通過圖片、視頻等方法傳達給施工人員。即最終的深化圖紙既包含了普通的平面圖紙也包含了三維圖紙。

4 效益分析

4.1 社會效益

通過BIM三維模擬安裝，施工人員對整個安裝情況有了更深刻、更直觀的認識，提高了施工人員的工作效率。同時，優(yōu)化了管線路徑、減少了返工、縮短了施工周期，項目管理水平得到了整體提高。再者，深化后的管線使用功能完善，空間布局合理、節(jié)省了管（電）井、吊頂內(nèi)管線占據(jù)的空間，社會效益明顯[5]。

4.2 經(jīng)濟效益

通過對管線走向進行優(yōu)化，可以降低施工成本，而碰撞檢測則減少了返工情況的發(fā)生。和黃·小港灣改造項目工程在進行管線碰撞檢測時，共發(fā)現(xiàn)260 處碰撞點。如每處碰撞點返工費用按1 000元計算，本工程共節(jié)省了約30 萬元，具有極大的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

目前，工程項目管理正朝著精細化方向發(fā)展，而BIM三維模擬安裝技術(shù)則是精細化管理的具體體現(xiàn)之一。同時，隨著整個BIM技術(shù)的日漸成熟，模擬安裝技術(shù)的優(yōu)點也將逐一呈現(xiàn)。采用BIM技術(shù)有利于簡化施工過程，對提高我國項目管理水平有著積極的意義。