陳旭元 曹 偉

（江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南通226300）

40 層以上，或者高度達(dá)到100 米以上的建筑物即可被視為超高層建筑。隨著樓層的增高，超高層建筑的機(jī)電安裝難度也會隨之增大，一旦機(jī)電線路出現(xiàn)問題，將會嚴(yán)重影響用戶的居住體驗(yàn)，在極端惡劣的情況下，很有可能造成惡性事故。因此，在進(jìn)行超高層建筑機(jī)電安裝工程作業(yè)時(shí)，應(yīng)該充分運(yùn)用BIM 技術(shù)，在建筑信息模型的指導(dǎo)下，細(xì)化每一項(xiàng)作業(yè)流程，保證機(jī)電安裝工程順利進(jìn)行。

1 某超高層建筑機(jī)電安裝工程概況

江蘇省某市新城區(qū)的商業(yè)綜合建筑體，是一類商住兩用的建筑。其中地上1～5 層為商業(yè)區(qū)，采用中空環(huán)繞式的設(shè)計(jì)，6～24 層為酒店客房；25、26 兩層為酒店復(fù)試餐廳；27、28、29 三層為酒店辦公區(qū)；30、31 兩層為設(shè)備調(diào)試間，每層層高為3.8m，建筑地面上方建筑主體全高度為128.7m，建筑面積達(dá)到71257.59m2。此外，還包含共兩層的地下建筑區(qū)域，地下一層為大型購物廣場；地下二層為車庫。該超高層建筑的綜面積達(dá)到108357.68m2。在機(jī)電安裝工程項(xiàng)目正式啟動之前，施工企業(yè)對該超高層建筑進(jìn)行了實(shí)地勘察，發(fā)現(xiàn)施工難點(diǎn)如下：第一，建筑結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜，導(dǎo)致大部分機(jī)電管線處于“穿插”狀態(tài)，且管線布設(shè)的密度極大；第二，具備不同功能的樓層之間的管線協(xié)調(diào)存在較大困難；第三，在機(jī)電工程正式啟動之前，該超高層商住兩用建筑已經(jīng)完成了幕墻工程的安裝，導(dǎo)致一些樓層的拐角處以及其他部分區(qū)域被大量幕墻支撐結(jié)構(gòu)“擠占”，致使機(jī)電安裝的施工空間狹小，對施工組織的要求極高；第四，業(yè)主對樓層吊頂標(biāo)高有要求，必須維持3.0m 的精確度，不得出現(xiàn)誤差?？傮w而言，在進(jìn)行該超高層建筑機(jī)電安裝工程時(shí)，面臨多重困難。因此，為了提升工程方案的完善性，避免因考慮不周而導(dǎo)致返工，故安裝單位決定使用BIM 建筑信息模型軟件，虛擬出超高層建筑的建筑布局以及機(jī)電管線結(jié)構(gòu)布局，對線路的走向、重要機(jī)電設(shè)備的布置位置進(jìn)行反復(fù)論證。此外，在進(jìn)行室外作業(yè)時(shí)，使用的支架等輔助設(shè)備的具體參數(shù)，都需要通過BIM 模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終目的在于保證施工質(zhì)量和施工安全，并在規(guī)定期限內(nèi)完成。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用于超高層機(jī)電安裝的優(yōu)勢分析

本文選用的超高層建筑機(jī)電安裝工程，應(yīng)用了BIM 技術(shù)之后，經(jīng)過系統(tǒng)性的測試、總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其綜合優(yōu)勢如下：

第一，借助BIM 建筑信息模型的，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，極大地解決了安裝及運(yùn)營成本。首先，該超高層建筑的總高度近130m，且總層數(shù)為33 層（包含地下部分），由于安裝團(tuán)隊(duì)的技術(shù)人員沒有參與該超高層建筑的設(shè)計(jì)建造，故而對其中構(gòu)造的了解程度不足。盡管經(jīng)過實(shí)地考察，設(shè)計(jì)出了工程圖紙，但時(shí)間倉促，且受建筑層高的影響，難免出現(xiàn)錯(cuò)誤、漏洞、缺陷、突發(fā)情況等問題。而應(yīng)用BIM 技術(shù)，使超高層建筑中所有與機(jī)電安裝有關(guān)的參數(shù)“躍然紙上”。比如在30 層以上的機(jī)電管線鋪設(shè)時(shí)，需要在建筑體外部進(jìn)行部分作業(yè)，隨著樓層的增高，支護(hù)裝置本身的重力對整體的影響逐漸提升。根據(jù)BIM 數(shù)字建筑模型的自動計(jì)算功能，得出的支護(hù)裝置施工成本相較預(yù)期的整改率降低幅度超過40%，施工成本節(jié)約程度超過10%，從而解決了困擾安裝團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重大問題[1]。

第二，對施工全過程管理起到良好的輔助作用。BIM 軟件中自帶格式轉(zhuǎn)化功能，在成功虛擬出建筑模型后，將之轉(zhuǎn)化成VRP 格式，通過佩戴3D 顯像眼鏡的方式，使三維立體形態(tài)的建筑模型清晰呈現(xiàn)在工作人員眼前。特別是與機(jī)電管線布設(shè)有關(guān)的區(qū)域，技術(shù)人員親臨現(xiàn)場時(shí)，雖然能夠做到精細(xì)化測量，但切入視角往往受環(huán)境影響而產(chǎn)生局限性。當(dāng)技術(shù)上的問題得到系統(tǒng)性的解決之后，技術(shù)人員組織施工人員進(jìn)行觀看，并對特定區(qū)域采用的特殊技術(shù)手段進(jìn)行了講解，改善了傳統(tǒng)的技術(shù)交底模式。如圖1 所示，為BIM 虛擬機(jī)電管線布設(shè)立體圖，既可以在2D 視域下觀看，又可以佩戴3D 眼鏡，無死角地觀察各處細(xì)節(jié)。其中，白色部分代表管線支撐結(jié)構(gòu)，灰色部分為當(dāng)前觀察方向的管道排布情況，模型可以進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)?？梢钥闯?，在BIM 建筑模型和BIM 機(jī)電模型中，重要組件以黑、白、灰光暗三原色顯示。技術(shù)人員看到的顏色如果是白色，說明在當(dāng)前視角下，目標(biāo)管道處于“迎光”方向；呈現(xiàn)灰色，說明視角已經(jīng)與初始觀察方向發(fā)生了較大偏差。基于此，通過BIM 技術(shù)輔助機(jī)電安裝時(shí)，有關(guān)人員需要注意機(jī)電管道或管線明暗度的變化情況，避免出現(xiàn)遺漏，否則，將會引發(fā)新的問題。

圖1 BIM 虛擬機(jī)電管線布設(shè)立體圖

第三，通過BIM 虛擬超高層建筑模型，對管道和支吊架等設(shè)備進(jìn)行預(yù)制加工。利用BIM 技術(shù)，成功建模之后，通過C4D 軟件中的body-painter 軟件，對機(jī)電管線布置進(jìn)行虛擬操作，之后導(dǎo)出IFC 格式的數(shù)據(jù)問題。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，在BIM 技術(shù)的協(xié)助下，機(jī)電安裝工程中僅管道施工一項(xiàng)內(nèi)容，就減少了超過6 成的現(xiàn)場工作量。此外，經(jīng)過預(yù)加工之后，很多管線材料進(jìn)入場地之后直接進(jìn)行安裝，大幅度降低了危險(xiǎn)作業(yè)頻率。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，9 成以上的危險(xiǎn)作業(yè)得到避免，僅高空作業(yè)額外支出一項(xiàng)費(fèi)用，節(jié)省幅度超過5%[2]。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用于超高層機(jī)電安裝時(shí)的控制要點(diǎn)分析

3.1BIM 建模實(shí)施過程

在建筑工程領(lǐng)域中，BIM 技術(shù)并不是一項(xiàng)新的事物，已經(jīng)成為了一種常見的重要性輔助施工手段。首先，由設(shè)計(jì)方提供BIM建筑模型，將建筑中特殊位置的設(shè)計(jì)構(gòu)思、形態(tài)特征等全部體現(xiàn)在模型之中，之后將之提供給后續(xù)負(fù)責(zé)施工的企業(yè)。當(dāng)負(fù)責(zé)機(jī)電安裝的企業(yè)獲得BIM 建筑模型之后，根據(jù)模型特點(diǎn)，結(jié)合自身的實(shí)地調(diào)研，建立側(cè)重點(diǎn)為機(jī)電安裝的BIM 機(jī)電模型。此時(shí)，建筑的整體布局已經(jīng)形成，一些無法變動的區(qū)域也已清晰標(biāo)注，機(jī)電安裝企業(yè)需要根據(jù)限定性的情況進(jìn)行下一步工作。其次，施工方在BIM 機(jī)電模型的基礎(chǔ)上，對施工圖紙進(jìn)行細(xì)化，并將實(shí)地考察中獲得的有價(jià)值的信息加入模型之中，使模型得到進(jìn)一步的細(xì)化[3]。

3.2 基于BIM 技術(shù)的超高層建筑機(jī)電管線綜合優(yōu)化分析

在超高層建筑機(jī)電安裝過程中，最大的難點(diǎn)在于：一旦出現(xiàn)機(jī)電管線甚至是管道沖突現(xiàn)象時(shí)，如果僅僅按照傳統(tǒng)的規(guī)范避讓總原則，即“電讓水、水讓風(fēng)、小管徑讓大管徑、冷水管讓熱水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優(yōu)先”等進(jìn)行處理，不僅不會解決問題，反而會受超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性的影響，使問題擴(kuò)大化。在BIM 軟件中，Navisworks 功能能夠圍繞建筑中各系統(tǒng)之間的“沖突”提供解決方案。比如在本文選用的超高層建筑機(jī)電安裝案例中，通過BIM 軟件Navisworks 功能檢測出的多系統(tǒng)之間的碰撞超過6000 余處，其中，僅僅兩層地下室以及5層商業(yè)區(qū)中，機(jī)電專用管線走向出現(xiàn)“纏繞”、“碰撞”等問題近1200 處，管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞處超過160 處。如果按照傳統(tǒng)的解決方式，發(fā)現(xiàn)一處問題解決一處，不僅工程量浩大，且在“解決問題”的過程中，很可能引發(fā)新問題。故通過BIM 機(jī)電模型，對管線“纏繞”現(xiàn)象進(jìn)行梳理，找出“互不影響”、“節(jié)約空間”的最佳方式，使問題得到根本性解決[4]。如圖2 左所示，是技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)方案，將管線布設(shè)的初始參數(shù)輸入BIM 軟件后，得出的初級形態(tài)，可以看到，橫向、縱向的管道與建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了“碰撞”，發(fā)現(xiàn)此問題后，通過調(diào)整參數(shù)，使機(jī)電管線沿著超高層建筑的“結(jié)構(gòu)縫隙”穿過，有效解決了“碰撞”問題。經(jīng)過調(diào)整的機(jī)電管線布設(shè)方式如圖2 右所示。

圖2 參數(shù)調(diào)整前后BIM 機(jī)電管線布設(shè)示意圖

結(jié)束語

在超高層建筑中進(jìn)行機(jī)電安裝作業(yè)，并不是隨著樓層升高而重復(fù)管線鋪設(shè)，而是需要充分考慮超高層建筑的整體布局，涉及支撐結(jié)構(gòu)的搭建、機(jī)電安裝造價(jià)成本控制等多項(xiàng)內(nèi)容。因此，充分運(yùn)用BIM 建筑信息模型，對超高層建筑機(jī)電安裝的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，針對作業(yè)難點(diǎn)反復(fù)論證，能夠從根本上提升機(jī)電安裝水平，保證質(zhì)量。對用戶的居住以及后續(xù)維護(hù)，都能提供便利性。