劉 偉

（江西銅業(yè)集團公司 南昌項目建設(shè)指揮部，江西 南昌 330096）

論3d技術(shù)在機電管線綜合布置中的應(yīng)用

劉 偉

（江西銅業(yè)集團公司 南昌項目建設(shè)指揮部，江西 南昌 330096）

闡述了機電管線工程行業(yè)現(xiàn)狀及3d技術(shù)管線布置特點，對3d技術(shù)在機電管線綜合布置中的具體實施應(yīng)用及可取得的實施效果進行了綜合論述，為實現(xiàn)機電管線安裝工程項目高效率及高質(zhì)量的項目管理及增加工程項目的綜合經(jīng)濟效益及社會效益提供技術(shù)理論上的支持，并起到一定的指導(dǎo)作用。

3d技術(shù)；機電；管線；綜合布置；應(yīng)用

1 引言

3d技術(shù)是當(dāng)今國際各行業(yè)的發(fā)展趨勢，近幾年來，在我們國內(nèi)工程行業(yè)也開始推廣及應(yīng)用3d技術(shù)［1］，也就是BIM，即（BUILDING INFORMATION MODELING）建筑信息模型技術(shù)。而管線綜合布置技術(shù)也是其主要功能之一。3d技術(shù)手段（BIM）主要是通過數(shù)字信息仿真模擬工程項目所具有的真實信息（如:三維幾何形狀信息等），集成工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)，為設(shè)計單位、施工單位、建設(shè)單位、最終業(yè)主等等提供模擬和分析功能，控制各專業(yè)的施工工序，減少返工，以達到控制整個工程的施工質(zhì)量及成［2-3］。

2 機電管線工程行業(yè)現(xiàn)狀

隨著我國國家經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展,人們對建筑的智能化、舒適性、安全性和節(jié)能等等提出了更高的要求，使得建筑配套系統(tǒng)越來越多，強電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)等等。也使得管線類型變越來越復(fù)雜，隨之而來機電管線安裝空間則變得越來越緊張。按國際慣例大型機電項目一般都會由機電項目總承包商全部承包施工，并由其對所有的機電安裝圖紙進行二次深化設(shè)計以達到現(xiàn)場施工深度。而我們國內(nèi)大部分的機電管線安裝工程，從設(shè)計到施工，各個專業(yè)之間基本都是各自為政，對這些復(fù)雜管網(wǎng)布線安裝的管理水平及技術(shù)水平還比較落后，在實際施工中常常出現(xiàn)返工、要求設(shè)計進行管網(wǎng)線路變更等［4-5］。造成這些問題的原因主要分成三類：

（1）設(shè)計單位進行設(shè)計時，各個專業(yè)間缺少溝通或溝通不到位；

（2）施工單位在施工階段的二次優(yōu)化設(shè)計能力不足；

（3）施工單位未完全按照設(shè)計圖管網(wǎng)布線進行施工。

為了達到合理布置管線的目的，一般傳統(tǒng)做法是使用二維制圖軟件(如CAD)來繪制管線綜合布置施工圖紙，對因管線重疊等原因?qū)е卤磉_不清晰的部位再補充豎向節(jié)點剖面圖。但這種傳統(tǒng)的管線布置圖因各種外部原因,很容易導(dǎo)致遺漏或出錯,效率低下, 在先天上有著局限性，不能完全保證其管線布局的合理性。目前有條件的機電管線安裝項目大都采用3d技術(shù)手段（BIM技術(shù)），來大幅度提高管線綜合的效率。3d技術(shù)可以直觀的發(fā)現(xiàn)管線綜合中的問題，特別是在施工中各專業(yè)之間設(shè)備管線的位置的沖突和標(biāo)高的重疊等等。根據(jù)3d技術(shù)軟件中碰撞檢測的結(jié)果，結(jié)合原來的設(shè)計圖紙的規(guī)格和走向，對施工圖紙及時進行調(diào)整，二次深化，從而減少了施工中不必要的返工，提高了機電安裝的一次成功率，從而達到工程對標(biāo)高及施工質(zhì)量的高要求。

3 3d技術(shù)管線布置特點

3.1 可視化

在項目未施工前根據(jù)施工圖紙在計算上進行三維建模，建立的三維模型的立體實物圖形可視，即“所見即所得”。方便設(shè)計單位、施工單位、建設(shè)單位進行更好的溝通、討論及決策。

圖1 3d技術(shù)可視性

3.2 協(xié)調(diào)性

因項目各專業(yè)信息會出現(xiàn)“不兼容”現(xiàn)象。如管線與結(jié)構(gòu)相沖突，管線與管線之間相沖突。使用3d技術(shù)軟件可以有效的進行綜合協(xié)調(diào)，減少錯誤管線變更及不合理管線變更。

3.3 模擬性

3d技術(shù)可以對項目進行三維畫面的模擬，可以對暖通系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等進行模擬；同時可以在施工進度時間上進行模擬、也可以在造價上進行模擬。

圖2 3d技術(shù)模擬性

3.4 可優(yōu)化性

3d技術(shù)軟件及其配套的各種優(yōu)化工具能對項目進行可能的優(yōu)化處理。能利用3d模型提供的各種信息（如幾何、物理、規(guī)則、建筑物變化等等）進行優(yōu)化。對復(fù)雜程度高、類型繁多的管線進行更好的二次優(yōu)化處理。

圖3 3d技術(shù)可優(yōu)化性

3.5 可出圖性

對原設(shè)計施工圖經(jīng)過碰撞檢查和設(shè)計修改后，可以出綜合設(shè)計施工圖，如綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖和建議改進方案等更加實用的深化施工圖紙。

4 3d技術(shù)綜合管線的布置規(guī)則

各個不同的機電工程管線因自身系統(tǒng)原因都會有各自不同的工藝布置要求。在用3d技術(shù)進行管線綜合布置時,一般都是從工程管線專業(yè)系統(tǒng)上來進行劃分并綜合整體統(tǒng)籌考慮的。機電工程管線按專業(yè)來系統(tǒng)來劃分，大體可以分為空調(diào)暖通專業(yè)（包括空調(diào)水系統(tǒng)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)）、消防專業(yè)（包括防排煙系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、消防聯(lián)動系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)）、強電專業(yè)（包括動力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等）、弱電專業(yè)（包括電視話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻會議、安防監(jiān)控、智能門禁等）、給排水專業(yè)、部分工業(yè)項目還有特殊的氣體專業(yè)（如氮氣系統(tǒng)、壓縮空氣等等）。對這些機電工程管線進行綜合布置時要做到安全、合理、經(jīng)濟、實用，在進行多系統(tǒng)管線綜合布置統(tǒng)籌考慮時，基本應(yīng)遵循以下的布置規(guī)則。

（1）管線綜合布置中的成本規(guī)則。在機電管線綜合布置時不能圍繞一個專業(yè)系統(tǒng)考慮問題，要對所有專業(yè)系統(tǒng)進行統(tǒng)籌系統(tǒng)化考慮。在這系統(tǒng)化考慮中最主要的參考因素還是成本因素。一般來說如工程項目無特殊要求，都應(yīng)從項目成本的角度來考慮各個專業(yè)管線的綜合布置。

（2）管線綜合布置中的空間規(guī)則。一般來說要對機電管線進行最好的線路安排并歸納統(tǒng)一布置，以便最大限度減少管道所占建筑物的內(nèi)部空間，盡可能的提高天花的吊頂高度，同時還要保證一定的檢修空間。這階段還要考慮管線布置中平面空間和立面空間的平衡性，不能使管線過于集中或分散，從而產(chǎn)生空間浪費。有些工藝管道還要考慮保證期管壁厚度及保溫層的厚度要求、管線之間間距要求等等。按常規(guī)的設(shè)計，會預(yù)留建筑物梁下700mm的空間來進行各種管線安裝，在現(xiàn)場可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

（3）管線綜合布置中的避讓規(guī)則［6］。在各種工程管線排管時難免會因為各種原因出現(xiàn)相互交叉的碰管問題，這時就應(yīng)考慮避讓因素。一般來說大體原則都是小直徑管道讓大直徑管道、壓力管道讓無壓管道、臨時性管線讓永久性管線、附屬配件少的管線讓附屬配件多的管線、造價成本低的管線讓造價成本高的管線。

5 3d綜合管線布置實施過程

（1）成立技術(shù)小組。為更好的推進3d技術(shù)BIM的運用，來完善、提高機電管線安裝深化設(shè)計及現(xiàn)場施工質(zhì)量，必須成立專業(yè)技術(shù)小組，對人員進行職能分配。一般來說應(yīng)配備有各系統(tǒng)專業(yè)綜合設(shè)計經(jīng)驗的人員1-2名,有現(xiàn)場施工經(jīng)驗的人員1-2名,精通3d建模工作的人員1-2名,同時各個成員之間能保證高效率的溝通及協(xié)作,具有團隊精神，能熟練操作電腦，精通BIM軟件操作。

（2）軟件選擇。在BIM應(yīng)用軟件中，主要有Revit軟件、Bentley軟件，其中Revit軟件市場占有率較高，它的服務(wù)及功能相對較為完善，有更強的經(jīng)濟效益，建議采用Revit軟件。

（3）設(shè)備的配置。因為3D技術(shù)BIM軟件對所使用的計算機硬件設(shè)備要求較高，所以應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的要求配置專用的電腦等設(shè)備。

（4）建立族庫。根據(jù)常用的設(shè)備材料，建立材料設(shè)備的三維族庫，并根據(jù)不同項目的需要以及不同的機電系統(tǒng)的要求，進行不斷充實和完善族庫，為下一步建立項目3D模型做好準(zhǔn)備工作。

（5）結(jié)合工程現(xiàn)況及管線施工圖紙進行建筑物結(jié)構(gòu)和各系統(tǒng)管線建模工作。主要是運用BIM軟件，根據(jù)二維的建筑結(jié)構(gòu)和機電施工圖紙，建立三維的建筑結(jié)構(gòu)和管線模型。這個階段要求技術(shù)小組成員能完整讀懂圖紙，并與相關(guān)設(shè)計人員進行有效的溝通，保證設(shè)計意圖的真正的實現(xiàn)，不出現(xiàn)錯誤及遺漏。

（6）現(xiàn)場實際情況復(fù)測。此階段要組織相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)土建設(shè)計圖紙對現(xiàn)場進行實際復(fù)測，并根據(jù)復(fù)測的結(jié)果來修改項目建筑的3d模型。

（7）利用軟件進行3d碰撞檢查。通過BIM軟件中的碰撞檢測功能進行項目3d模型碰撞檢測，然后出具碰撞檢測報告［2］，最后根據(jù)報告逐一檢查及排除碰撞點位。此階段主要是為項目管線的綜合調(diào)整提供直觀及必要的數(shù)據(jù)支持，保證高效、完美的解決管線交叉打架問題。是非常關(guān)鍵的一個階段。

（8）指導(dǎo)現(xiàn)場施工和工廠化預(yù)制。根據(jù)調(diào)整后的3d管線模型，可以對對部分設(shè)備及管線材料的進行工廠化預(yù)制，以便縮短工期，增加安裝工程的經(jīng)濟效益和社會效益。現(xiàn)場正式施工要求按調(diào)整后的3d管線模型進行技術(shù)交底，安排各班組施工順序，保證施工技術(shù)方案落實到位。

（9）可以繪制竣工圖紙。根據(jù)最終的管線施工現(xiàn)場，局部調(diào)整三維模型，完成竣工三維模型，最后根據(jù)此模型繪制工程竣工圖紙。

6 結(jié)語

在我們國內(nèi)機電管線安裝工程行業(yè)，運用3d技術(shù)BIM軟件進行管線綜合布置并取得了較好的經(jīng)濟效益及社會效益，比較著名的項目有北京奧運村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)項目、上海中心大廈項目、上海金虹橋國際中心項目等等。北京奧運村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)項目的3d技術(shù)BIM軟件應(yīng)用特點是提供了直觀、準(zhǔn)確、高效的空間規(guī)劃及數(shù)據(jù)信息；上海中心大廈項目總建筑面積57萬平方，總建筑高度達到632m，它的技術(shù)應(yīng)用特點就在其材料的垂直運輸控制以及BIM軟件的信息共享。上海金虹橋國際中心項目總建筑面積26萬平方，為國內(nèi)高標(biāo)準(zhǔn)的城市商業(yè)綜合體，這個項目的3d技術(shù)BIM軟件應(yīng)用特色就是虛擬施工指導(dǎo)、施工時管線碰撞檢查及最后的成本控制。以上所述三個項目的機電工程管線綜合布置在運用了3d技術(shù)BIM軟件進行管理及綜合優(yōu)化后，都較好的實現(xiàn)機電工程管線布置的進度、質(zhì)量、成本的三控制要求［7］，增加了項目的經(jīng)濟效益和社會效益并達到以下預(yù)期目標(biāo)：

（1）有效地提高機電工程中管線綜合管理的合格率；

（2）加大機電項目各個系統(tǒng)設(shè)施及管線材料的工廠化預(yù)制量；

（3）減少了施工現(xiàn)場的返工量，促進機電設(shè)備安裝的綠色施工并推動了建筑施工的節(jié)能；

（4）有效縮短了項目施工工期，更好的保障了整個項目的進度計劃；

（5）在合理可行的范圍內(nèi)，最大限度的滿足各方相關(guān)單位的各項要求，并且可以直觀、高效、完美的解決施工現(xiàn)場安裝專業(yè)與土建專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、裝飾專業(yè)等不同專業(yè)之間的交叉協(xié)調(diào)問題。

［1］王少波. 淺析3D技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J]. 四川水利, 2014(2):64-67.

［2］劉婧, 鄭 威, 秦光. BIM技術(shù)在管線綜合排布中的應(yīng)用[J]. 建設(shè)監(jiān)理, 2015(3):22-24.

［3］陳辰, 李慶平. 基于BIM技術(shù)的三維管線綜合[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2012(3):87-90.

［4］盧光松. 機電管線綜合布置技術(shù)的應(yīng)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2014(12):59-60.

［5］何昌平. 深化設(shè)計中的管線綜合布置技術(shù)[J]. 中小企業(yè)管理與科技, 2014(4):123-124.

［6］劉鑫銘. 大型公共建筑機電安裝管線綜合布置應(yīng)用[J]. 長沙鐵道學(xué)院學(xué)報, 2013(12): 21-22.

［7］楊存成主編. 建筑業(yè)十項新技術(shù):機電安裝工程技術(shù)應(yīng)用實例[M]. 北京:中國城市出版社, 2012:2-5.

Application of 3D Technology in Mechanical and Electrical Line Layout

LIU Wei
（JCC Nanchang Project Construction Co., Ltd, Nanchang 330096, Jiangxi, China）

In this article, the electromechanical pipeline engineering industry status and 3D pipeline layout features are described, and the implementation and application of 3D technology in the electromechanical integrated pipeline layout and the implementation effect which can be achieved are synthetically expounded. In order to realize electromechanical pipeline installation project of high efficiency and high quality of project management and increase the project of comprehensive economic benefit and social benefit to provide theoretical and technical support and plays a guiding role.

3D technology; electromechanical; pipeline; comprehensive layout; application

TU85

B

1009-3842（2015）05-0068-04

2015-07-20

劉偉（1979-），男，江西南昌人，工程師，主要從事機電工程項目建設(shè)研究。E-mail: 30043536@qq.com