付逸群

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 建筑設(shè)計(jì)處，北京 102600）

建筑機(jī)電工程主要包括暖通、給排水、電氣3大專(zhuān)業(yè)。機(jī)電工程的施工質(zhì)量直接影響著建筑工程的整體質(zhì)量，機(jī)電設(shè)備安裝和管線(xiàn)排布的合理性，決定著竣工后站房是否可以實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)維。

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，建筑機(jī)電工程的設(shè)計(jì)成果是由不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員通過(guò) CAD 繪制的二維平面布置圖與系統(tǒng)圖組成的，CAD 圖紙展示效果不夠直觀，非專(zhuān)業(yè)人員難以理解[1]，且機(jī)電工程由多專(zhuān)業(yè)相結(jié)合，設(shè)計(jì)人員難以從二維圖紙上獲取對(duì)其它專(zhuān)業(yè)設(shè)備及管線(xiàn)空間上的認(rèn)知，容易造成各專(zhuān)業(yè)間管線(xiàn)甚至是設(shè)備間的沖突。而這些問(wèn)題往往集中在施工階段才被發(fā)現(xiàn)，容易引起設(shè)計(jì)變更，造成資源與工期的浪費(fèi)，甚至?xí)?lái)質(zhì)量隱患[1]。

新建鄭（州）—萬(wàn)（州）高鐵全長(zhǎng)785 km，全線(xiàn)設(shè)18座站房。其中，南陽(yáng)東站是鄭萬(wàn)鐵路河南段中最大的車(chē)站。本文主要介紹建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）技術(shù)在南陽(yáng)東站的機(jī)電工程施工中的運(yùn)用情況。

1 施工設(shè)計(jì)和優(yōu)化

1.1 建立三維模型

機(jī)電BIM工程師基于各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師提供的二維圖紙進(jìn)行建模。創(chuàng)建土建工程模型；將機(jī)電工程中不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)備、管線(xiàn)形成其相應(yīng)的族庫(kù)；通過(guò)與各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師的溝通，逐步完善各自的三維族庫(kù)，保證各系統(tǒng)模型的完整。在搭建模型時(shí)，機(jī)電BIM工程師需錄入合同采購(gòu)單價(jià)、材質(zhì)、供貨商等信息，以便編制合理的生產(chǎn)進(jìn)度安排、精細(xì)化成本管理，同時(shí)奠定良好的運(yùn)維基礎(chǔ)[2]。

南陽(yáng)東站的機(jī)電工程分為地下一層、首層、夾層和屋面層4層。涉及到的各專(zhuān)業(yè)三維模型建立情況如下。

（1）暖通專(zhuān)業(yè)：包括送風(fēng)系統(tǒng)、回風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、空調(diào)冷凍水供水回水系統(tǒng)、空調(diào)冷卻水供水回水系統(tǒng)、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。如表1所示，將暖通專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)管線(xiàn)進(jìn)行配色，建模時(shí)需按照配色表對(duì)模型進(jìn)行著色，方便后期區(qū)分、優(yōu)化。

由于通風(fēng)系統(tǒng)管線(xiàn)普遍較大，且較為簡(jiǎn)單，風(fēng)管一般都在其他專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)上；在暖通專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)，管道敷設(shè)及排列標(biāo)高需依據(jù)先無(wú)壓后有壓，先風(fēng)管后水管的原則進(jìn)行敷設(shè)，給水管、自噴管需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行敷設(shè)；冷凝水管在安裝時(shí)，應(yīng)注意排水坡度；同時(shí)也應(yīng)注意對(duì)有保溫需求的管道進(jìn)行保溫材料的空間預(yù)留。

表1 暖通專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)管線(xiàn)配色表

（2）給排水專(zhuān)業(yè)：包括生活給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、消防水炮系統(tǒng)。如表2所示，將給排水專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)管線(xiàn)進(jìn)行配色。該專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)管線(xiàn)較多，且較為復(fù)雜，建模時(shí)需注意管道接口部分、管道的孔洞預(yù)留與管道的坡度，同時(shí)，需盡量避免將水管設(shè)計(jì)在電纜橋架上方。

表2 給排水專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)管線(xiàn)配色表

（3）電氣專(zhuān)業(yè)：包括強(qiáng)電橋架、弱電橋架與消防橋架，如表3所示。電氣專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)間線(xiàn)路都集中在橋架內(nèi)，安裝時(shí)需注意強(qiáng)弱電的區(qū)分，同時(shí)，避免橋架在水管的正下方。

表3 電氣專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)管線(xiàn)配色表

南陽(yáng)東站各層管線(xiàn)分布如圖1所示。

將各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)模型創(chuàng)建完成后，使用Dynamo參數(shù)化輔助管線(xiàn)綜合（簡(jiǎn)稱(chēng)：管綜）深化。本文針對(duì)南陽(yáng)東站復(fù)雜的管線(xiàn)排布，采用Dynamo參數(shù)化差異對(duì)結(jié)構(gòu)模型的顯示效果進(jìn)行修改。根據(jù)梁底標(biāo)高對(duì)梁進(jìn)行著色，從綠色到紅色，代表梁底標(biāo)高從高到低，如圖2所示。圖中直觀展現(xiàn)了管綜標(biāo)高位置的分布情況，從而輔助設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性的對(duì)結(jié)構(gòu)標(biāo)高底的位置進(jìn)行管綜優(yōu)化。

基于已有的BIM管綜模型，可出具剖面安裝圖、軸測(cè)圖及制作安裝模擬動(dòng)畫(huà)[3]，用于施工方案模擬及技術(shù)交底。

1.2 碰撞檢測(cè)與碰撞報(bào)告

本文利用 Navisworks 軟件的碰撞檢測(cè)功能對(duì)南陽(yáng)東站機(jī)電工程進(jìn)行總體上的碰撞檢測(cè)，分別對(duì)結(jié)構(gòu)與機(jī)電以及機(jī)電各專(zhuān)業(yè)之間的管線(xiàn)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，南陽(yáng)東站水管與電纜橋架碰撞檢測(cè)如圖3所示。

碰撞檢測(cè)完成后，可通過(guò)Navisworks軟件將碰撞位置、圖像、距離、碰撞的構(gòu)件等信息以HTML文件的格式導(dǎo)出。圖4為對(duì)機(jī)電與結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞測(cè)試后導(dǎo)出的碰撞報(bào)告。

針對(duì)碰撞報(bào)告中給出的碰撞定位、間距和構(gòu)建等進(jìn)行分析，將碰撞的位置、分類(lèi)以及碰撞問(wèn)題的描述等信息制作成碰撞問(wèn)題記錄表，如表4所示。

1.3 量化數(shù)據(jù)

表4 碰撞問(wèn)題記錄表

本文基于BIM技術(shù)確定管綜排布方案，在保證機(jī)電系統(tǒng)功能和要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合裝修設(shè)計(jì)的吊頂高度情況，對(duì)管線(xiàn)的間距、高程等數(shù)據(jù)進(jìn)行合理優(yōu)化，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)、施工及后期運(yùn)維要求，并將相關(guān)碰撞問(wèn)題匯總成表，形成碰撞問(wèn)題類(lèi)別統(tǒng)計(jì)表，如表5所示。

表5 碰撞問(wèn)題類(lèi)別統(tǒng)計(jì)表

對(duì)相關(guān)碰撞問(wèn)題進(jìn)行匯總后，劃分各類(lèi)碰撞問(wèn)題的處理優(yōu)先級(jí)，對(duì)重、急問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)先處理，對(duì)諸如結(jié)構(gòu)與機(jī)電碰撞導(dǎo)致施工時(shí)無(wú)法安裝的問(wèn)題進(jìn)行提前變更，有效避免了在施工階段發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及返工的可能，從而達(dá)到提高溝通效率、節(jié)約施工成本、減少變更返工、加快施工進(jìn)度等目的，顯著提高了參建各方的工作效率[1]。

1.4 管綜二次深化設(shè)計(jì)

針對(duì)收集到的問(wèn)題，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，并對(duì)管綜排布進(jìn)行優(yōu)化。

深化設(shè)計(jì)的流程依次為：確定吊頂標(biāo)高、確定管綜控制區(qū)域、其他碰撞位置的優(yōu)化、支吊架布置及空間預(yù)留、管綜優(yōu)化記錄留存及問(wèn)題銷(xiāo)號(hào)，其中，確定管綜控制區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)，管綜控制區(qū)域應(yīng)趨近于結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)和管線(xiàn)最復(fù)雜位置。

管綜優(yōu)化應(yīng)先完成管綜控制區(qū)域的管線(xiàn)排布，再根據(jù)控制節(jié)點(diǎn)標(biāo)高調(diào)整其他位置管線(xiàn)；在豎直、水平方向上，管線(xiàn)布置應(yīng)在滿(mǎn)足標(biāo)高要求的同時(shí)滿(mǎn)足預(yù)留空間要求。

以南陽(yáng)東站管線(xiàn)最為復(fù)雜的地下一層為例，機(jī)電專(zhuān)業(yè)所有的管線(xiàn)系統(tǒng)在地下一層均有設(shè)置，為管線(xiàn)綜合重點(diǎn)區(qū)域。本層選擇B～C/2～3區(qū)域以及中軸對(duì)稱(chēng)位置作為管綜控制區(qū)域，圖5、圖6分別為該區(qū)域優(yōu)化前后的三維效果圖。

如圖5所示，優(yōu)化前該區(qū)域管線(xiàn)分布雜亂無(wú)章，各專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)交織碰撞在一起，無(wú)法指導(dǎo)施工。利用碰撞報(bào)告可針對(duì)各個(gè)碰撞部位進(jìn)行優(yōu)化。如圖6所示，優(yōu)化后，該區(qū)域的管線(xiàn)排布整齊有序，且更為經(jīng)濟(jì)、合理。

管綜布置的基本原則為：保證結(jié)構(gòu)安全，滿(mǎn)足施工和維護(hù)空間要求，滿(mǎn)足深化設(shè)計(jì)施工規(guī)范，合理利用空間，滿(mǎn)足裝飾要求。在滿(mǎn)足上述基本原則的同時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化布置。地下一層B～C/2～3區(qū)域管線(xiàn)眾多、排列復(fù)雜：（1）在豎向排列上應(yīng)采用復(fù)雜系統(tǒng)在下，簡(jiǎn)單系統(tǒng)在上的原則，方便日后對(duì)故障部位進(jìn)行排查與修護(hù)；（2）由于地下一層樓層凈高較低，故選用排風(fēng)在上、水電在下的排列原則；（3）在水平方向的排列上，由于無(wú)壓管改變坡度和流向，對(duì)流動(dòng)影響較大，故有壓管需避讓無(wú)壓管；（4）由于水流動(dòng)的動(dòng)力消耗較大，氣體管需避讓水管；（5）考慮經(jīng)濟(jì)因素，如小管繞彎容易，且造價(jià)相對(duì)大管更為低廉，所以小管需避讓大管。還有諸多避讓原則，需結(jié)合相關(guān)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及具體部位討論。

依據(jù)各專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)的優(yōu)化原則對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化后，可輸出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的剖面圖，優(yōu)化先后的刨面圖分別如圖7、圖8所示。管綜優(yōu)化后能夠使用戶(hù)對(duì)管線(xiàn)在豎向空間上的分布有更直觀的認(rèn)識(shí)。

1.5 技術(shù)交底

與傳統(tǒng)紙質(zhì)交底相比，三維可視化交底具有直觀、易于理解等優(yōu)點(diǎn)。使用三維可視化交底，可以讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員更加深入地理解交底內(nèi)容，提升施工質(zhì)量[4]。

南陽(yáng)東站機(jī)電工程依托BIM技術(shù)對(duì)管綜優(yōu)化成果進(jìn)行出圖，形成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的剖面圖10余張，管綜平面圖紙2張，單專(zhuān)業(yè)平面圖紙6張。同時(shí)利用BIM技術(shù)的三維可視化特點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管綜施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，直觀、立體的交底文件能夠避免工人對(duì)圖紙產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解，使其對(duì)施工流程有直觀認(rèn)識(shí)。從設(shè)計(jì)人員到施工人員，關(guān)于施工要求的傳遞變得更加直觀便捷。依托三維模型，根據(jù)施工需求對(duì)重點(diǎn)設(shè)備安裝或者特殊區(qū)段施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬，有助于施工預(yù)想，發(fā)現(xiàn)方案缺漏，熟悉施工流程，提高施工質(zhì)量[5]。

2 施工過(guò)程管理

2.1 建立機(jī)電工程管理云平臺(tái)

在工程建設(shè)項(xiàng)目中，通過(guò)布置傳感器、二維碼、電子標(biāo)簽等采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控[6]。將工程數(shù)據(jù)（BIM數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)、協(xié)同數(shù)據(jù)等）存儲(chǔ)于云平臺(tái)，對(duì)圖紙、文檔、圖片、視頻等資料進(jìn)行管理應(yīng)用，并與BIM進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看和預(yù)覽。所有模型及常用文本軟件均支持手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備在線(xiàn)預(yù)覽?，F(xiàn)場(chǎng)人員可以隨時(shí)查看項(xiàng)目資料、項(xiàng)目圖紙、工程資料、施工工藝、工法等文件。

2.2 進(jìn)度模擬與管控

在BIM施工管理平臺(tái)中，可顯示任一單元工作的持續(xù)時(shí)間、計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間、計(jì)劃完成時(shí)間、實(shí)際開(kāi)始時(shí)間和實(shí)際完成時(shí)間[7]。將現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM 5D平臺(tái)并進(jìn)行構(gòu)件的關(guān)聯(lián)，按照任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行施工推演模擬，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工期的不合理之處，并作出調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行施工，每日將進(jìn)行的工作拍照上傳，管理人員定期查看云端的現(xiàn)場(chǎng)信息，并與計(jì)劃進(jìn)行比對(duì)，在移動(dòng)端即可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管控。

2.3 成本控制

管理人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員能夠事先通過(guò)虛擬施工，發(fā)現(xiàn)存在的各類(lèi)問(wèn)題，并提前制定應(yīng)對(duì)與預(yù)防措施，以減少碰撞、降低沖突，做到基本不返工，從而降低成本[8]。同時(shí)，由BIM工程師按照實(shí)際進(jìn)度，每周從BIM 5D平臺(tái)提取下周材料用量，以指導(dǎo)材料采購(gòu)，避免了物資浪費(fèi)問(wèn)題，有利于項(xiàng)目資金的合理投入。

南陽(yáng)東站工程項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)，僅機(jī)電工程一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)大小碰撞2471處，從而優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)施工，提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量，減少返工（可統(tǒng)計(jì)時(shí)間超過(guò)43天），利用BIM技術(shù)控制現(xiàn)場(chǎng)施工用材，顯著降低物料消耗量，節(jié)約成本1200余萬(wàn)元。

3 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)在南陽(yáng)東站機(jī)電工程施工中的良好應(yīng)用表明，通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)能夠?qū)㈨?xiàng)目管理者的施工要求最直觀地展現(xiàn)給現(xiàn)場(chǎng)施工人員，消除雙方對(duì)技術(shù)認(rèn)知上的差距，從而有效地提升了施工效率。同時(shí)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工大數(shù)據(jù)的收集能夠保證項(xiàng)目管理者對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度及費(fèi)用的及時(shí)掌握，實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量、進(jìn)度與資金3大目標(biāo)的隨時(shí)把控，為科學(xué)合理地安排工程施工提供技術(shù)支持，為施工質(zhì)量提供技術(shù)保障。

本文闡述的BIM技術(shù)是在施工階段進(jìn)行介入，能夠較好地為施工企業(yè)創(chuàng)造效益，但本文中的BIM是施工企業(yè)運(yùn)用設(shè)計(jì)單位提供的二維圖紙翻模建成的，BIM工程師在建模時(shí)可能會(huì)存在對(duì)設(shè)計(jì)意圖理解不到位的情況，導(dǎo)致有大量技術(shù)問(wèn)題需要在后期設(shè)計(jì)交底時(shí)解決，這種情況也同樣值得探討。