【摘 要】通過案例分析，詳細介紹了BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線設(shè)計、施工和運維階段的應(yīng)用，包括管線優(yōu)化、碰撞檢測、施工模擬、進度管理等方面?？偨Y(jié)了BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線中的應(yīng)用成果和不足之處，并提出了未來研究方向。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)； 鋼結(jié)構(gòu)廠房； 綜合管線； 凈高提升

【中圖分類號】TP317.4【文獻標(biāo)志碼】A

0 引言

隨著信息科技的不斷發(fā)展，建筑信息模型（Building Information Modeling）技術(shù)已經(jīng)逐漸成為建筑工程領(lǐng)域的一種新型管理模式。特別是在鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)中，BIM技術(shù)的應(yīng)用對提高工程的精度、質(zhì)量和效率起到了重要的作用。近年來，建筑信息模型（BIM）技術(shù)的興起為鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線的設(shè)計和管理提供了新的解決方案。本文旨在探討B(tài)IM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房辦公樓綜合管線中凈高提升中的應(yīng)用與研究。

BIM是指建筑信息模型，以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，對建筑物進行全面的信息描述。BIM技術(shù)通過創(chuàng)建虛擬的建筑工程信息模型［1］，實現(xiàn)了對建筑設(shè)計、施工、運營等全生命周期的管理，提高項目的效率和質(zhì)量［2］。

1 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑凈高提升中的技術(shù)研究

采用該方法，提高了樓層凈高，同時大大減少了各管線安裝時的翻彎彎頭，以及固定吊鉤的長度，節(jié)約了安裝材料成本，同時基于BIM模型深化后的橋架，安裝時更便捷，節(jié)約了人工成本。

2 BIM技術(shù)深化設(shè)計研究

通過應(yīng)用BIM技術(shù)，進行全專業(yè)BIM模型創(chuàng)建，基于原始模型編制深化方案，基于方案進行全專業(yè)BIM模型碰撞檢查及深化設(shè)計，提交設(shè)計單位驗算復(fù)核，并經(jīng)各方審定后實施。從而在圖紙及模型深化、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、管線安裝等方面有效解決了美觀性、樓層凈高提升、工期緊張等難題，大大降低了成本﹑提高了作業(yè)效率。

3 BIM技術(shù)的可視化與協(xié)同設(shè)計研究

可視化與協(xié)同設(shè)計是BIM技術(shù)的核心優(yōu)勢之一。如何更好地實現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計，以及如何將BIM模型與實際施工過程更好地對接，是需要進一步研究的課題。

4 應(yīng)用案例

本項目通過BIM技術(shù)全方位模擬碰撞檢測，對鋼結(jié)構(gòu)與水電安裝系統(tǒng)圖紙進行深化，在鋼結(jié)構(gòu)加工時便對水電安裝走向進行定位，保證安裝效率與精準(zhǔn)率，避免了定位錯位造成的返工，節(jié)約了施工工期。通過BIM模型深化，將橋架安裝高度從傳統(tǒng)的貼鋼梁底部安裝，提升到穿過鋼梁腹板進行安裝，不僅有效提升樓層凈高，而且減少了橋架翻彎，有效降低橋架用量及吊頂安裝用量，節(jié)約材料、人工等成本。

4.1 綜合管線設(shè)計

在鋼結(jié)構(gòu)廠房中，各種管道和線路的設(shè)計和布局是一個復(fù)雜的問題。BIM技術(shù)可以通過創(chuàng)建三維模型，直觀地展示各種管道和線路的布局，包括管道的走向、形狀、大小、位置等，使設(shè)計更加合理、精確。從而優(yōu)化設(shè)計，減少碰撞和沖突。

4.2 碰撞檢測與優(yōu)化

碰撞檢查則是使用 BIM技術(shù)減少施工過程中的失誤與變更。工程中實體相交定義為碰撞，實體間的距離小于設(shè)定公差，不能滿足特定要求定義為碰撞，利用BIM技術(shù)的碰撞檢測功能，可以在設(shè)計階段檢測到管道和線路之間的沖突，從而提前進行優(yōu)化，避免施工過程中的返工［3］。

4.3 施工協(xié)調(diào)

通過BIM模型，各專業(yè)團隊可以更好地進行施工協(xié)調(diào)，確保施工過程中的各項工作都能有序進行。通過施工前的BIM建模，可將建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)模型整合，更能方便地進行深化設(shè)計，再根據(jù)建筑專業(yè)要求及凈高要求將綜合模型導(dǎo)入相關(guān)軟件進行機電專業(yè)和建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)問題進行調(diào)整，避讓建筑結(jié)構(gòu)［4］。

4.4 施工模擬

利用BIM技術(shù)可以進行施工模擬，從而提前發(fā)現(xiàn)和解決施工中可能出現(xiàn)的問題，提高施工效率和質(zhì)量。

4.5 基于BIM技術(shù)的圖紙深化及樓層凈高提升

4.5.1 基于原始設(shè)計圖紙的BIM模型分析

依據(jù)原始設(shè)計圖紙，BIM技術(shù)團隊分專業(yè)建立BIM模型，再將各專業(yè)BIM模型進行整合梳理，從而進行樓層凈高分析（圖1～圖3）。

通過BIM模型分析發(fā)現(xiàn)：橋架、風(fēng)管、水管均從鋼梁下方通過，樓層凈高僅為2 300 mm，不能滿足規(guī)范要求的2 400 mm正常使用凈高，且原設(shè)計圖紙未留有設(shè)備檢修空間，這將會嚴重影響該鋼結(jié)構(gòu)建筑后期的使用及管線的維護工作。

4.5.2 基于BIM模型深化方案的凈高提升方法

4.5.2.1 BIM模型深化方案的編制

項目技術(shù)團隊及公司專家團隊通過反復(fù)的現(xiàn)場勘察，并多次召集項目設(shè)計工程師、鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包隊伍等相關(guān)人員，通過多次的開會討論，集思廣益，并經(jīng)過反復(fù)驗算復(fù)核，最終確定深化方案：在鋼梁腹板上開孔并加固，并將橋架從孔內(nèi)穿過進行安裝（圖4、圖5）。

通過此深化方案，可將樓層凈高由2 300 mm，有效提升至2 600 mm，不僅提高了樓層凈高，也解決了原設(shè)計對管線后期維護不便的問題。

4.5.2.2 基于BIM模型的鋼梁深化數(shù)量及范圍統(tǒng)計

鋼梁開孔根數(shù)：25根。

鋼梁型號：均為H800×250×14×14，走廊范圍：2-1至2-11軸交2-C至2-D軸、2-16至2-23軸交2-C至2-D軸、2-22至2-23軸交2-D至2-F軸、2-23至2-27軸交2-E至2-F軸、2-26至2-27軸交2-C至2-E軸。區(qū)域總面積：570 m2。

4.5.2.3 BIM模型深化設(shè)計流程

（1）通過全專業(yè)BIM模型深化，在模型中對鋼梁腹板進行開孔并對開孔部位四周加固，精準(zhǔn)定位開孔位置和高度，并調(diào)整橋架標(biāo)高，讓橋架從鋼梁的開孔部位穿過。

（2）基于確定的開孔高度，對機電各專業(yè)模型進行初步的深化設(shè)計調(diào)整，去除初步碰撞，美化布局。

（3）通過BIM軟件對全專業(yè)模型進行初步深化設(shè)計后，可在模型的任意位置設(shè)置剖切，并進行局部三維觀察，合理調(diào)整管線的標(biāo)高和相對位置關(guān)系，再對全專業(yè)BIM模型進行碰撞檢測，全面檢測并找出管線之間、管線與鋼結(jié)構(gòu)之間的所有碰撞問題（圖6），并按照既定的原則在模型中進行深化設(shè)計調(diào)整，調(diào)整完成后出具基于深化模型的施工圖，經(jīng)各方審定認可后用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，避免現(xiàn)場出現(xiàn)錯漏和返工。

通過這樣的深化設(shè)計流程，可將橋架安裝高度合理提高，再通過綜合調(diào)整，可使得水管和風(fēng)管等的安裝高度也隨之提高，從而達到提升樓層凈高的目的，同時也可提升管線排布的美觀性。

4.5.3 鋼結(jié)構(gòu)施工過程

通過前期BIM技術(shù)分析，對鋼結(jié)構(gòu)梁上開孔部位作相應(yīng)計算。通過查閱GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，受彎構(gòu)件的強度以及腹板開孔的相關(guān)要求，根據(jù)式（1）、式（2）計算得出在鋼結(jié)構(gòu)梁上開孔后，在孔四周增加與鋼結(jié)構(gòu)梁腹板同型號同規(guī)格的井字加強板即可滿足設(shè)計要求。

MxrxWnx+MyryWny≤f（1）

τ=VSItw≤fv（2）

將全模型調(diào)正深化后的圖紙?zhí)峤患庸S進行加工，按照深化圖紙加工好后送至現(xiàn)場后按照鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案進行吊裝工作。

4.5.4 施工質(zhì)量

傳統(tǒng)工藝，影響樓層凈高，管線安裝不能精確定位，返工率高，固定各管線時造成多處打孔不能使用，影響建筑物美觀。BIM技術(shù)的提前判斷出樓層層高不足，各個管線安裝中的碰撞問題，能精準(zhǔn)定位各管道位置，避免管線固定孔不準(zhǔn)確。

4.5.5 施工進度

傳統(tǒng)工藝，不能提前預(yù)知管線碰撞，管線繞梁或降低管線吊鉤長度過長，施工工藝相對發(fā)展、繁瑣，影響施工進度。BIM技術(shù)使鋼結(jié)精確定位管線位置，減少吊鉤長度且不用下繞鋼梁，節(jié)約了吊鉤加工工期及安裝工期。原計劃橋架安裝進度工期50天，實際提前10天完成了該項工作。

4.5.6 施工成本

傳統(tǒng)施工工藝：因設(shè)計圖紙表達不清晰等原因，易造成較高的錯漏和返工，導(dǎo)致施工周期較長，工程的管理成本較高。BIM技術(shù)提高了樓層凈高，同時大大減少了各管線安裝時的翻彎彎頭，以及固定吊鉤的長度，節(jié)約了安裝材料成本，同時基于BIM模型深化后的橋架，安裝時更便捷，節(jié)約了大量人工成本，本項目共計節(jié)約成本約11萬元。

5 結(jié)論與展望

BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線中的應(yīng)用與研究具有重要的現(xiàn)實意義和長遠的發(fā)展前景。未來需要進一步深化對BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用，以提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)效率和質(zhì)量，推動建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。同時也應(yīng)看到，BIM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，如技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、成本效益等問題需要持續(xù)關(guān)注和研究。需要不斷探索和實踐，以推動BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻

［1］ 劉琨.基于BIM+IOT的裝配式混凝土構(gòu)件智能管控研究［J］.工程技術(shù)研究，2021（19）.

［2］ 梁斌.BIM技術(shù)在地鐵換乘站的設(shè)計和造價管理的應(yīng)用研究［D］.河南科技大學(xué)，2019.

［3］ 李道杰.BIM技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用與探討［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（40）.

［4］ 朱記偉，楊黨鋒.基于BIM 4D的綜合管廊工程施工進度管理［D］.西安：西安理工大學(xué)，2018.

［作者簡介］黃皓炳（1988—），男，本科，研究方向為科技研發(fā)及BIM管理。