王家紅

舜元建設（集團）有限公司 上海 200335

使用年限已經超過15 a的建筑，往往存在設計資料時間跨度大，信息分散，現(xiàn)場實際情況與竣工圖紙不一致等問題，導致在改造施工過程中的信息整合難度大。現(xiàn)場勘測能提供完整準確的建筑實際情況，但是現(xiàn)有人工測量技術費時費力且成本高，現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)共享傳遞不方便等，導致很多問題在施工前都沒有被發(fā)現(xiàn)和解決，均留到了施工過程中去解決，不僅增加了施工難度，也影響施工質量。BIM技術結合三維激光掃描技術的應用很好地解決了前期勘測階段人力及時間成本的問題，施工階段BIM管線綜合及凈高優(yōu)化保證了施工可行性，有利于優(yōu)化施工工序，指導現(xiàn)場施工，從而提高施工的安全性和可靠性，保證施工質量及建筑品質[1-4]。

1 項目概況

背景項目位于上海市南京西路商圈，作為本次項目改造范圍的地下1層至地下2層為商鋪處于正常營業(yè)狀態(tài)，面積與產證面積一致，為9 250.10 m2。改造部分屬于商業(yè)裙房建筑，其中2層以上商場南面為4幢已售高層住宅單體。

2 項目特點

本項目位于CBD核心區(qū)域，人流量大，對鋼結構施工吊裝作業(yè)不利，增加了設備及材料運輸難度。地下室一半區(qū)域為2層商鋪且正常開放，項目施工過程中不能影響其正常營業(yè)。項目下方是上海軌交2號線及地鐵車站，1層商鋪正下方有地鐵電纜溝，開挖施工困難，安全隱患多。小市政管線部分需改污廢合流制為污廢分流制，總安裝寬度為1.5 m，空間狹小，敷設困難。按照商業(yè)規(guī)劃，本次改造增加了餐飲鋪位的面積及配套用廚房補風管道，并擴大了排油煙管尺寸。新版設計圖僅表示此次變更區(qū)域的情況，原有竣工資料為2007版檔案館掃描文件，信息整合難度大。

3 項目BIM技術應用目標

隨著城市化進程的加速發(fā)展及人們對建筑功能要求的提高，越來越多的建筑有更新改造需求。改造項目與新建項目的最大區(qū)別就是不是從零開始，而是需要在現(xiàn)有建筑、結構基礎上作進一步的優(yōu)化和完善?，F(xiàn)場情況與竣工圖紙不一致、竣工圖表達的信息不完整是公認的問題。保證模型的準確性和完整性是BIM能夠順利落地的前提。按照《上海市建筑信息模型技術應用指南（2017）》要求，本項目中BIM技術主要運用在以下幾方面：

1）做好前期勘測，運用三維激光掃描技術更準確、高效地獲取現(xiàn)場的建筑、結構信息。

2）三維點云模型與現(xiàn)有竣工資料及新版設計圖紙三者相互印證，完成土建、機電模型搭建。

3）利用BIM模型做管線綜合及優(yōu)化，滿足安裝及凈高要求。

4）利用BIM模型解決小市政管線及窨井排布方案。

5）預留預埋配合。

6）現(xiàn)場配合及三維模型技術交底。

4 BIM應用技術路徑及成果展示

4.1 三維激光掃描技術運用

本項目位于CBD核心區(qū)域，人流量大，對鋼結構施工吊裝作業(yè)不利，增加了設備及材料搬運轉輸難度，運用三維激光掃描技術，可高效、準確地還原現(xiàn)場可視建筑、結構情況。因本項目竣工已經超過10 a，機電管線及設備有老化的現(xiàn)象，項目部指示原有機電管線及相關設備均全部拆除并替換新產品。原有建筑二次墻體全部拆除，部分鋼結構拆除或加固。因受現(xiàn)場拆改進度限制，本項目2個樓面共分2次掃描完成。技術路徑如下。

4.1.1 現(xiàn)場勘察

三維激光掃描技術是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。掃描前技術人員需要根據(jù)項目要求獲取的建筑結構或機電管線信息到現(xiàn)場進行勘察，或通過電話溝通的形式了解現(xiàn)場實際情況，判斷是否具備激光掃描作業(yè)的條件。激光掃描作業(yè)條件一般需要滿足以下幾點：掃描標的無遮擋，若原有建筑是有精裝吊頂?shù)模枰鹊蹴斆娌鸪?、地面完成清運后方能實施；自然光線或燈光條件需要滿足能見度要求；現(xiàn)場平整情況需要滿足架設掃描儀器的條件。

4.1.2 掃描規(guī)劃

規(guī)劃時應考慮現(xiàn)場實際情況，提前確認好具備掃描條件的區(qū)域。結合現(xiàn)有的設計竣工圖資料，核對需要掃描的區(qū)域，提前規(guī)劃好掃描實施的路線路徑，確定大致需要布置的站點數(shù)量，準備好所需材料及設備。

4.1.3 站點布置

站點布設采用統(tǒng)一專用標志，方便現(xiàn)場工作人員辨識，要求標記醒目容易查找。相鄰站點間要求保證65%的重疊度且相互距離控制在10～15 m。

4.1.4 三維掃描

現(xiàn)場實施三維掃描作業(yè)時，應盡量避免無關人員走動。設置掃描儀的精度為2 mm，在掃描作業(yè)的同時利用設備一體化集成的高分辨率相機同步采集現(xiàn)場目標的全息影像（圖1）。

圖1 現(xiàn)場儀器設置

4.1.5 點云數(shù)據(jù)處理

點云數(shù)據(jù)內業(yè)作業(yè)包括點云數(shù)據(jù)的配準、濾波、去噪、模型生成等幾個關鍵環(huán)節(jié)。實現(xiàn)點云拼接的方法主要有3種：基于靶標的拼接、基于點云的拼接、基于控制點的拼接。運用專業(yè)的軟件進行轉化處理，形成點云模型。

4.1.6 模型比對及生成

Revit模型導出Navisworks格式BIM模型文件，在Navisworks中設置點云模型與BIM模型的間隙為3 mm，軟件自動比較識別出點云模型與BIM模型之間的差異，手動調整相應Revit模型中有差異區(qū)域的模型構件信息，從而生成與現(xiàn)場一致的BIM模型。

4.1.7 整理問題報告

對模型比對過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行梳理，提交業(yè)主方及設計院。經各方協(xié)調后設計院出具相應的變更、整改文件，作為施工方實施和結算的依據(jù)。本項目中通過比對發(fā)現(xiàn)建筑相關問題2處，結構相關問題22處，機電相關問題20處，經與業(yè)主及設計師溝通后，設計院追加了變更單及具體的施工方案，提前解決了施工問題，避免了后續(xù)返工。

4.2 三版資料相互比對、驗證

根據(jù)檔案館資料，本項目1層下方有地鐵線路通過且敷設供給地鐵線路的電纜溝，地下的結構本次不改造，但是項目中1層商鋪增加了排水管路由，需要敷設在地板下，因此必須利用檔案館資料復核地下結構情況建模。新版結構設計圖為CAD圖紙，均為地上部分的結構，且設計圖中僅標注了本次改造過程中涉及的拆改、加固的結構尺寸，不改造的結構未加以標注及說明。不明確的結構信息在建模過程中需要比對點云模型，本次不改造且保留的結構參照檔案館提供的PDF文件，改造的結構參照新版結構設計圖文件，從而建立一整套準確、完整的結構模型。

4.3 利用BIM模型進行管線優(yōu)化及凈高分析

本次改造工程將原有商鋪面積進行了重新分割，另外增加了餐飲區(qū)域的面積，從而導致新增了廚房補風管道，廚房排油煙管道尺寸加大，風管數(shù)量及尺寸的變化增加了管線排布的壓力。

根據(jù)管線設置情況確定管線排布的大致原則：

1）盡量考慮采用綜合支吊架，同一區(qū)域布置的管線采用垂直方向分層布置時，一般遵循電纜橋架、線槽在上，水管在下（防止水管漏水），風管在上，水管在下（風管一般不需要檢修）的原則，風管分支管避開主管線布置。

2）服務同一商鋪的廚房補風、廚房排油煙管道盡量水平平鋪，設置在同一層空間內。

3）各商鋪基本上都設置了排煙管道，為了減少與其他專業(yè)管線的交叉，排煙管道利用平面空間與其他管線分開布置。

4）通過調整風管路由減少管線交叉，變更風管橫截面比例來降低管線高度的方法達到凈空控制要求。

解決方案一：本項目中1處位于公共走道內的管線密集，經綜合排布后管線距離地面為2.5 m，凈高達不到2.7 m要求。經綜合考慮建筑、結構模型后發(fā)現(xiàn)，走道邊有公共樓梯間，如果將部分管線移至樓梯間內高位布置，對樓梯間的使用不會產生影響，管線距離地面為2.9 m，滿足了凈高的要求（圖2、圖3）。

圖2 樓梯間區(qū)域管線優(yōu)化前

圖3 樓梯間區(qū)域管線優(yōu)化后

根據(jù)《防排煙規(guī)范》相關要求：排煙管道不應穿越前室或者樓梯間，如確有困難必須穿越時，其耐火極限不應小于2 h。穿越樓梯間隔墻處設置排煙防火閥，樓梯間處風管耐火極限不小于2 h。防火閥兩側2 m范圍內的風管采用防火風管或防火封包，且耐火極限不低于防火分隔體的耐火極限。經各方討論后確認將走廊內的空調水管及排煙管移至樓梯間內布置，風管進出樓梯間處增加控制閥門，風管材料做防火處理，滿足耐火要求。

解決方案二：本項目中1層各商鋪均設置了排水點位，原設計中排水管采用埋地敷設。綜合土建模型及機電模型后發(fā)現(xiàn)，地面下設置了混凝土結構基礎梁，且下方就是地鐵電纜溝，排水管線需要穿越地鐵電纜溝上方且在原有基礎梁上開洞。地面開挖風險大，不確定因素多，且排水管沒有放坡的空間。最后建議用變更排水點位位置的方法，使排水點位避開電纜溝及基礎梁設置，直接貼外墻立下排至室外。

解決方案三：本項目按照市政部門要求，排水出戶管改合流制為分流制，需要在1.5 m水平范圍內增加1套污水管道及窨井。其中雨水井直徑630 mm，污水井和廢水井直徑均為315 mm。除去井本身所占用的空間，井與墻壁及井間距離僅有240 mm。建議管線及窨井水平方向遵循嚴格平行布置；垂直方向布置2層，雨水管布置在中間下層，污、廢水布置在左右兩側上層；雨水支管水平接入窨井，污、廢水支管在最高位水平接入窨井，首井的深度需要低于支管高度；采用成品塑料井，其井蓋尺寸與井身基本相同，對安裝不會產生影響。

4.4 預留預埋配合及三維模型技術交底

本項目中預留預埋包括兩部分：二次墻體留洞和樓板留洞。

在管線綜合排布完成后，按照水管留洞比水管大1～2檔，風管各邊大50～100 mm的原則，利用品茗HiBIM軟件的留洞功能，提前設置好留洞要求，管線密集處設置好綜合留洞邊界條件，實現(xiàn)一鍵開洞操作。

Revit建模軟件及Naviswork模型查看軟件對電腦配置要求高，項目現(xiàn)場施工人員查看不便，利用Fuzor插件對模型做輕量化處理，其生成的exe文件可以在不安裝相關軟件的情況下實現(xiàn)PC端查看、瀏覽功能，實現(xiàn)模型信息正向傳遞。

5 結語

在本次改造項目中，借助三維激光掃描技術的應用，準確、高效地還原了現(xiàn)有建筑、結構情況，節(jié)省了時間成本和人力成本。BIM模型用于設計問題溝通及施工交底，提高了溝通效率。BIM技術用于機電管線綜合，保證了凈高要求，提高了建筑品質。模型導出的二維圖紙指導現(xiàn)場施工，減少了返工、節(jié)省了工期，提高了施工質量。