Trimble三维数字技术在消防工程中的应用

张艳敏，李跃明

(1．武汉职业技术学院建筑工程学院，湖北 武汉430074;2．天宝寰宇电子产品(上海)有限公司，上海200131)

一、引 言

消防工程是现代建筑不可缺少的重要组成部分，消防工程质量的好坏直接关系到建筑物的防灾和抗灾能力。消防工程按照消防工程技术规范和设计规范保质保量地安装施工，是建筑工程顺利通过总验收并投入使用的前提条件。

消防改造工程施工过程中易出现很多问题，主要有:①与新建工程相比要在原有建筑结构中增设消防工程设施设备，但旧有建筑物施工年代久远、竣工图缺失使原有施工图纸无法作为消防工程改造设计和施工依据，需要根据建筑现状重新绘制施工图;②消防安装漏项、设备管件选型不符、水电风智能等各系统的碰撞，以及预留孔洞、预埋件与管道设备的设计尺寸不符等问题;③消防工程使用大量的管道、桥架等预制件，由于测量精度不够，严重影响了设备和管道安装工作的顺利进行;④消防工程竣工交付使用后，物业公司要对管辖范围内的消防系统定期进行联动试验和检测，由于系统复杂、种类繁多，容易使维保和检测出现漏检项，埋下安全隐患。因此，将三维数字技术引入到消防改造工程中，快速重建三维可视模型，并借助三维可视模型快速绘制改造工程施工图，通过其直观可视化的三维信息模型，可使工作人员能直观动态查找各系统构配件的空间关系、交叉点的处理细节、准确地确定问题出处，方便及时修改调整。

Trimble公司已建立了用于建筑工程全周期的基于三维数字技术的系列产品，如Trimble三维扫描仪、Trimble激光全站仪、Trimble BIM放样机器人。Trimble Sketchup三维成图软件可将三维扫描获取数据实时与二维、三维数据进行融合，构建出细节清晰的三维可视化图像，且与多数据源信息数据有机融合，建立更完善的三维信息数据模型，用于建筑实景重建、建设施工测量、建筑施工放样和建筑三维信息模型创建，在建筑行业广泛使用。另外，Trimble Sketchup与各种行业主流的三维建模软件如MagiCAD、Revit等兼容，大大拓宽了该软件的应用领域。

二、三维数字技术在消防工程中应用的实例

下面以某消防改造工程为例，介绍三维数字技术在消防改造工程中的应用。该工程是12层的民用建筑，1998年竣工使用，建筑面积3200 m2，耐火等级为二级。因要将1～4层改建成大型购物中心，需要提高建筑物防火等级至一级，增设消防配套。增设的消防配套主要包括:火灾自动报警系统、送风排烟系统、应急疏散系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统。主要消防设备有:消防水箱、消防水池、消防水泵、消防给水管道、送风排烟管道、消防供电管线、消防自动报警系统、自动喷水灭火系统、应急疏散系统管线，以及各类阀件、监控模块、控制模块、布线桥架等涉及水、电、风、智能等多个系统。

1．获取原有建筑物空间三维信息

将Trimble TX5三维扫描仪取出并安放在碳纤维脚架上(其过程类似把单反相机安装在相机脚架上);开机后设置扫描参数，主要是设置分辨率，即一个房间需要测量多少个点，点越多得到的细节越多，本工程设置是1000万个点;然后按一下扫描键，扫描即开始。大约2．5 min扫描完成，显示了结果略图，数据是类似于黑白照片的效果，非常便于辨认各个物体。

2．建立消防安装工程三维信息模型

Trimble Sketchup三维成图软件借助Trimble TX5获取的空间数据和建筑细部构造、设施设备信息，生成新三维模型。由于Trimble Sketchup与本次选用的在机电安装行业广泛使用的MagiCAD三维建模软件具有很好的兼容性，可以快速构建起水、电、风、智能各专业的三维可视模型。通过项目管理、选项等对话框完成各系统构件的属性设计，如管材材质、公称尺寸、壁厚、安装尺寸、水平垂直间距、设备规格、型号等。各专业三维可视图层设计完成后将各图层综合，再进行性能分析、碰撞检测、协同设计得到三维模型(如图1所示)。根据综合图层，在相应的结构构件汇总预留孔洞并标注其尺寸属性设计。最后根据工作需要生成各系统报告，用于材料算量。

图1 碰撞检测后各系统

3．消防安装工程三维可视放样

为了保证该消防安装工程的放样精度，选用Trimble BIM放样全站仪机器人，配置Trimble Point Creator(TPC)、Trimble MEP designer软件及Trimble Tablet BIM三维终端设备对消防系统中的设备和管线、穿板穿墙点、套管连接点、固定及安装预埋件等关键安装点进行放样，如图2所示。

图2 Trimble BIM放样机器人

放样人员首先用Trimble Tablet平板电脑通过TPC软件在BIM模型中进行二维和三维现场放样点的创建，将所有的放样点导入Trimble MEP designer软件中，从BIM模型中获取现场控制点坐标和结构点坐标分量作为放样检测和放样结果的复核对比依据。使用Trimble BIM放样机器人进行放样，BIM放样机器人通过发射红外激光自动照准标出现实点位，实现“所见点即所得”，测量实际精度在3 mm以内。放样结束后通过无线数据传输功能将外业测取的数据及时传到内业工作室，实时更新所有施工图。

与传统方法相比，通过BIM放样机器人，将放样过程在仿真的三维可视环境下展示、实测实量，采集现场施工成果三维信息，通过设计数据与实际数据的一系列简单对比分析来检查管线、设备的安装施工质量，并及时检查安装工程放样精度，构件组合拼装更精准。BIM放样机器人技术门槛比较低，操作简单，手指点向哪里，每一个标准层都能实现超过300点的精确放样，有效提高了工作效率。通过机器人辅助施工，既能够确保管线和设备安装的较高精度，也能够实现对施工成果更加全面细致的验收。

4．消防安装工程安装件三维预制

采用BIM放样机器人与BIM技术相结合进行现场定位放样，通过BIM放样机器人自动放样，利用机器人确定安装位置，确保安装成功率。通过精确的三维模型信息完成施工深化设计、结构复核，然后在电脑中预先制作出装配图纸，在工厂完成模型构件预制，运输到现场直接安装，实现工厂与现场的无缝拼接，如图3所示。有了机器人反馈的精确三维信息，运用BIM模型指导构件加工，尺寸非常精确，大大减少了现场人工作业所带来的错误与不便。

图3 预制件属性设置

5．消防安装工程的三维数字化运维平台

利用施工过程中建立的BIM模型，把系统的性能参数、零部件更换维修时间周期等信息全部输入BIM属性库，与智能楼宇管理系统相连接，从而形成基于BIM的运维管理平台，未来将简化后期消防系统的运维操作难度，更便捷地查找系统故障原因、锁定零配件更换位置，并快速找到系统维修方案。BIM模型中包含的丰富数据信息将在后期的物业管理中发挥重要作用。

三、结束语

三维数字技术是实现项目全生命周期管理的优秀平台和手段，除了可实现建筑情境复现、常规的管线碰撞检测、设备布置、管线复核、方案优化等内容外，还可用于消防工程后期维保和检测，打造一个建设全程的数字化、可视化、一体化的基于三维数字的信息管理平台，保证消防工程安全有效、可持续地使用。