徐 勝 林祿桐 付宏舉 連 健

砌筑結(jié)構(gòu)（圖1）是指基于磚、石等材料進(jìn)行砌筑的建筑結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要分為墻體結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)及拱結(jié)構(gòu)等。其中，墻體結(jié)構(gòu)是最基本的砌筑結(jié)構(gòu)，其可以承受水平荷載和垂直荷載，起到支撐建筑物的作用[1]；柱結(jié)構(gòu)則通常用于承受豎向荷載，如樓板或屋頂?shù)闹亓?；梁結(jié)構(gòu)則用于橫跨柱子或墻體之間，承受水平荷載和垂直荷載；拱結(jié)構(gòu)則是一種曲線形的砌筑結(jié)構(gòu)，可以承受大量的荷載，常用于建造拱門或拱橋等建筑物。砌筑結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、耐久性好、不易受環(huán)境影響等優(yōu)點，但同時也存在施工周期長、成本高等問題[2]。因此，在砌筑結(jié)構(gòu)中進(jìn)行機(jī)電留洞十分復(fù)雜，需要充分考慮洞口預(yù)留方案[3]。

機(jī)電留洞是在建筑物施工時，為了方便未來電氣、通信、管道等設(shè)備的安裝和維修，在建筑結(jié)構(gòu)不同部位預(yù)留的洞口。機(jī)電留洞可以有效地避免在后期進(jìn)行電氣、通信、管道等設(shè)備的安裝和維修時，需要進(jìn)行破墻、開洞等破壞性工作[4]。建筑信息模型（BIM）技術(shù)可以將建筑物的設(shè)計、施工和運(yùn)營等全過程的相關(guān)信息集成到一個統(tǒng)一的數(shù)字化模型中，實現(xiàn)建筑物的可視化、協(xié)同和優(yōu)化管理[5]。為避免砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞沖突問題，該文采用BIM 技術(shù)設(shè)計機(jī)電留洞施工方案。

1 砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞施工問題研究

1.1 工程概況

某建筑項目規(guī)劃用地103206 m2，總建筑面積140990 m2，其中，部分樓體規(guī)劃為門診醫(yī)技樓，為地下一層，地上四層結(jié)構(gòu)，建筑高度為23.85 m。其中，暖通機(jī)房作為整個建筑的熱力控制中心，其管道、設(shè)備及電氣線路較為復(fù)雜，需要在設(shè)計時仔細(xì)規(guī)劃，避免日后的機(jī)電施工困難；消防泵房的內(nèi)部設(shè)備和管道數(shù)量龐大，因此機(jī)電留洞方面的施工要求非常嚴(yán)格；變電所作為整個建筑的動力中心，其內(nèi)部設(shè)備和電纜數(shù)量非常龐大，機(jī)電施工需要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行精確計算，以保證施工質(zhì)量和安全。在門診醫(yī)技樓的機(jī)電安裝工程中，存在布線密集、設(shè)備眾多、管道曲折等問題，使預(yù)留洞口變得十分復(fù)雜，需要專業(yè)的設(shè)計和施工團(tuán)隊共同協(xié)作，才能順利解決這些問題。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用在砌筑結(jié)構(gòu)機(jī)電留洞中的必要性

BIM 技術(shù)應(yīng)用在砌筑結(jié)構(gòu)機(jī)電留洞施工過程中，可以有效提升施工效果，保障施工質(zhì)量。本文從以下3 個方面分析BIM 技術(shù)應(yīng)用在砌筑結(jié)構(gòu)機(jī)電留洞中的必要性：

1）傳統(tǒng)砌筑施工過程中，實現(xiàn)機(jī)電留洞施工的難度較大，極易受施工人員的經(jīng)驗和技術(shù)水平影響，容易導(dǎo)致機(jī)電孔洞數(shù)量不足或數(shù)量太多，從而降低砌筑體的質(zhì)量。通過采用BIM技術(shù)，可以有效地規(guī)避這些問題，保證機(jī)電孔洞數(shù)量的準(zhǔn)確性，提高施工效率和質(zhì)量，優(yōu)化施工過程，減少誤差和失誤，降低施工成本[6]。

2）傳統(tǒng)砌筑機(jī)電留洞方案設(shè)計存在很大的復(fù)雜性，而且常常由總工程師獨(dú)自設(shè)計，這需要耗費(fèi)大量時間。通過應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠有效幫助施工技術(shù)人員深入了解排布立面圖紙，防止發(fā)生遺漏現(xiàn)象，節(jié)省了大量的時間。BIM 技術(shù)能夠提供可視化的模擬和預(yù)測功能，將復(fù)雜的設(shè)計轉(zhuǎn)化為直觀的3D 模型和4D 模型，并充分考慮到機(jī)電設(shè)備和留洞位置之間的關(guān)系，使設(shè)計方案更加合理。

3）傳統(tǒng)施工方案的應(yīng)用過程中極易出現(xiàn)施工場地混亂問題，大量材料被堆放在場地內(nèi)，施工管理效果較差，導(dǎo)致場地不規(guī)整、雜亂無章，影響了施工管理效果和進(jìn)程的穩(wěn)定性。通過BIM 技術(shù)生成的3D 或4D 模型，管理人員可以清晰地了解場地內(nèi)材料的分布情況，以及它們與機(jī)電留洞設(shè)計方案之間的關(guān)系。這樣，可以實現(xiàn)對施工材料的有效管理和控制，避免了場地混亂和施工擁堵的情況，從而保證施工進(jìn)程的穩(wěn)定性[7]。同時，采用BIM 技術(shù)還可以實現(xiàn)機(jī)電留洞設(shè)計方案的精確實施。BIM 技術(shù)可以將機(jī)電設(shè)備、留洞位置等信息都融入3D模型中進(jìn)行模擬和預(yù)測，從而避免出現(xiàn)設(shè)計方案和現(xiàn)場施工不符合的情況。

1.3 基于BIM技術(shù)的砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞設(shè)計

在機(jī)電施工中，為了避免機(jī)電留洞與砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，項目實施前需要通過BIM 技術(shù)對各區(qū)域的留洞情況進(jìn)行模擬和預(yù)測。這樣可以在施工前就發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，降低施工風(fēng)險。在項目實施時，利用BIM 技術(shù)生成的施工圖紙可以供現(xiàn)場施工人員進(jìn)行參考和指導(dǎo)施工。這樣可以大大減少誤差和失誤，防止發(fā)生返工現(xiàn)象，提高工作效率[8]。此外，BIM 技術(shù)還能夠記錄施工過程中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全程監(jiān)控，保障施工質(zhì)量和安全性?；贐IM 技術(shù)的砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞設(shè)計詳見下文闡述。

1.3.1 建模前期圖紙準(zhǔn)備

構(gòu)建BIM 模型前，工程師需要結(jié)合現(xiàn)場施工方案確定機(jī)電留洞工程的2D 圖紙，并應(yīng)用BIM 軟件構(gòu)建工程3D 模型。

當(dāng)施工方案十分明確時，可直接采用BIM 技術(shù)對機(jī)電留孔工程進(jìn)行建模，同時配合方案輔助施工。施工方案圖紙不明確通常是指機(jī)電留洞圖提供不及時，導(dǎo)致BIM 建模受到影響。這種情況頻發(fā)于施工搶工階段，由于該階段的施工進(jìn)度較急，相應(yīng)部位的機(jī)電留洞圖紙經(jīng)常無法及時提供。此時，需現(xiàn)場確認(rèn)機(jī)電洞口與砌筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱之間是否存在沖突，確認(rèn)后圖紙工程師可以及時繪制機(jī)電留洞提資圖。完成建模前期準(zhǔn)備工作后，即可開始構(gòu)建BIM 三維模型。

1.3.2 基于BIM技術(shù)的機(jī)電留洞施工

在進(jìn)行實際機(jī)電留洞施工時，通常會出現(xiàn)大量機(jī)電管道通過砌體墻的情況，而傳統(tǒng)施工需要通過大量部門的不斷協(xié)調(diào)，才能完成機(jī)電留洞施工。

本文利用BIM 技術(shù)對工程施工進(jìn)行3D 建模，并將機(jī)電模型嵌入建筑模型中，同時結(jié)合輔助軟件在建筑模型上開洞。針對實際開洞過程中可能會遇到的問題，提出BIM 模型的規(guī)范條件，具體如下：

1）當(dāng)機(jī)電管線與墻體存在沖突，或管件存在穿墻現(xiàn)象時，選擇單獨(dú)開洞方式。

2）對于成排的管道預(yù)留洞口以及管道直徑＞300 mm 的管道，需提前預(yù)留矩形洞口。

3）為暗裝消防栓預(yù)留洞口，預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4）為氣體滅火房間規(guī)劃泄壓裝置時，需結(jié)合消防單位提供的洞口尺寸預(yù)留洞口。

5）針對預(yù)留弱電排風(fēng)機(jī)洞口，需要在風(fēng)井處預(yù)留一面墻體，保障風(fēng)井內(nèi)的風(fēng)管順利施工。

6）在機(jī)房內(nèi)預(yù)留運(yùn)輸通道，同時預(yù)留一面墻體，當(dāng)設(shè)備完全進(jìn)入場地后再進(jìn)行砌筑。

通過BIM 模型實現(xiàn)洞口預(yù)留后，需要在平面視圖上標(biāo)注預(yù)留洞口的大小、尺寸以及標(biāo)高等施工信息。

1.3.3 BIM建模結(jié)果輸出

當(dāng)完成BIM 模型洞口預(yù)留設(shè)計后，由機(jī)電安裝技術(shù)人員審核簽字，輸出建模設(shè)計結(jié)果，并按照建模內(nèi)容進(jìn)行砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞施工。

2 應(yīng)用結(jié)果

2.1 機(jī)電留洞情況分析

當(dāng)通過BIM 模型進(jìn)行機(jī)電留洞設(shè)計后，現(xiàn)場施工人員與技術(shù)管理人員對模型進(jìn)行審核并按照建模結(jié)果進(jìn)行施工。由于項目管理人員在BIM 模型初審階段未發(fā)現(xiàn)預(yù)留洞沖突問題，所以施工建設(shè)時未發(fā)生嚴(yán)重失誤，使該工程按時完成建設(shè)。

2.2 材料使用情況分析

經(jīng)現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，每個管件均有固定編碼，管件消耗量未超出施工方案，可避免施工材料損耗過量。

2.3 施工安全質(zhì)量分析

施工時未發(fā)現(xiàn)工期較長、進(jìn)度無法開展等現(xiàn)象。BIM 技術(shù)可以模擬施工場景，使得施工人員能夠提前了解存在的潛在危險和安全風(fēng)險，及時采取預(yù)防措施并避免事故的發(fā)生。此外，BIM 技術(shù)還可以幫助施工人員更好地理解施工圖紙和設(shè)計方案，減少誤操作和錯誤安裝的風(fēng)險。另外，施工人員通過應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)零誤差施工，有效避免由于圖紙不清晰或設(shè)計方案不合理造成的安裝質(zhì)量問題。同時，也可以幫助監(jiān)督和管理人員對施工質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)測，從而保障施工質(zhì)量。

2.4 施工成本控制分析

利用BIM 技術(shù)可以將留洞的位置和大小以3D 模型的形式展示出來，使施工人員能夠更好地理解和控制施工進(jìn)程，最大程度上還原現(xiàn)場施工狀態(tài)，提高施工的精度和效率，進(jìn)一步節(jié)約了施工成本。此外，利用BIM 技術(shù)可以記錄施工的每一步操作，并實時更新到BIM 模型中，可以為工程竣工后的結(jié)算提供可靠的依據(jù)，確保預(yù)留洞口完整，同時降低了施工成本。

2.5 生產(chǎn)效益分析

利用BIM 技術(shù)能夠分析出需要安裝的設(shè)備數(shù)量、規(guī)格和儲藏位置，并對儲藏位置進(jìn)行規(guī)劃，有效提高了施工效率。同時，利用BIM 技術(shù)能夠?qū)⑺袇⑴c人員的信息納入模型中，避免同一空間的任務(wù)沖突，保證各個施工環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，從而有效提高了工程施工的生產(chǎn)效益。

2.6 洞口沖突頻率分析

應(yīng)用BIM 技術(shù)施工前后的機(jī)電留洞沖突頻率如表1 所示。根據(jù)表1 可知，當(dāng)按照BIM 建模結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)電留洞施工后，機(jī)電洞口的沖突頻率明顯下降。應(yīng)用BIM 技術(shù)前，留洞偏位與留洞尺寸錯誤的沖突頻率高于20%；應(yīng)用BIM 技術(shù)后，這兩種問題的沖突頻率明顯下降，且其他洞口沖突問題的沖突頻率也明顯下降。由此可看出，BIM 技術(shù)能有效改善機(jī)電留洞沖突。

表1 機(jī)電留洞沖突頻率

2.7 間接經(jīng)濟(jì)效益分析

傳統(tǒng)的機(jī)電施工過程中，需要在砌體墻面上進(jìn)行剔槽、鑿洞等操作來留出機(jī)電設(shè)備的安裝空間，這樣會對墻體結(jié)構(gòu)造成一定的破壞和損傷，影響墻面的美觀和完整性。

而應(yīng)用BIM 技術(shù)在施工前就能夠精確確定留洞的位置和尺寸，并對施工過程進(jìn)行模擬，在施工過程中可以精準(zhǔn)控制施工的每一個環(huán)節(jié)，從而避免操作失誤和二次修補(bǔ)，充分保障了墻面的完整性和美觀。

通過BIM 技術(shù)可以提高施工效率，降低了墻面維護(hù)和修復(fù)的成本，避免墻面后續(xù)發(fā)生開裂等問題，延長墻面使用壽命。這些因素都將為企業(yè)帶來間接經(jīng)濟(jì)效益，有效降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。

3 結(jié)語

為提高工程施工的經(jīng)濟(jì)效益，本文以實際工程為例，探討了BIM 技術(shù)在減少砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞沖突方面的應(yīng)用。通過利用BIM 技術(shù)設(shè)計砌筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電留洞施工方案，有效保障了機(jī)電留洞不會與砌筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大規(guī)模沖突，提高了工程施工的經(jīng)濟(jì)效益和施工安全性。然而，本研究還存在一定的局限性，未涵蓋所有可能出現(xiàn)的機(jī)電留洞沖突情況。在未來研究中，可利用BIM 技術(shù)展開深入的施工方案設(shè)計，以充分發(fā)揮BIM 技術(shù)在機(jī)電施工中的優(yōu)勢，使機(jī)電工程預(yù)留洞口更加全面。