谈3D建模解决机电安装问题

范 旭 红

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030024)

谈3D建模解决机电安装问题

范 旭 红

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030024)

针对机电安装工程中常出现的一些问题进行了研究，提出了使用3D建模技术的方式进行解决，并总结了该技术在加快施工进度、保证工程质量、提高经济效益等方面的应用优势，以促进其在工程中的推广应用。

3D建模技术，CAD图，设计，施工

近年来随着国民经济的飞速发展，城市建设进入了一个黄金发展期，涌现出无数的高层建筑甚至超高层建筑，伴随着人们生活水平的不断提高，这些建筑的使用功能在安全性、舒适性、便利性、信息性和文化性等方面得到了空前的提升。为实现这些强大的功能，不同的设计专业(建筑、结构、给排水和消防、通风空调、电气、智能……)都融入到一个设计案例中，虽然设计的过程中为了避免误差各专业进行了协同配合，但根据目前多个建设项目的施工中发现，传统的二维设计图纸在指导施工中仍不可避免的产生交叉干涉碰撞等问题。使得施工中多走了弯路，窝工、返工和材料浪费严重，无形中拖延了工期、加大了施工成本，而这些矛盾尤以施工后期的机电安装较为突出。如何能合理优化设计，减少上述问题达到提前预控的目的，成为现在施工企业努力解决的重要内容之一。3D软件的出现，使不同专业基于同一个模型进行工作，简捷快速的实现了三维集成协同设计，使精益化施工成为可能。

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的英文缩写,该技术是对建筑工程实体与其功能的数字化表达。我们可以简单理解为“可视化的三维数字模型”。该技术的应用将成为未来建筑行业发展的趋势。由于该系统涉及的领域与涵盖的范围之广，且受专业人才，软件开发维护，硬件基础建设与培训投资等多方面的因素影响，建立全面完整高效运行的BIM系统成为了一项系统庞大的工程，一般的中小建筑企业难以实现，甚至一些大型建筑企业在引入BIM系统时同样面临诸多难题，难以在短期实现。但是，随着计算机3D软件的发展，3D建模技术对机电安装施工过程中的问题提供了另外一种解决方案，3D软件的掌握较BIM软件更简单、易懂，施工中更能快速、有效投入使用。而实际上BIM系统中核心的重要组成部分之一就是基于计算机3D数字模型的建模，因此，在我们掌握计算机3D建模技术的同时，也是在掌握BIM技术的重要组成部分之一，为明天BIM系统的导入提供了技术基础。

作为安装施工项目组成员，在工程施工中，使用了一款3D设计软件Pro/E，通过结合蓝图和业主对工程施工的一些要求，对工程进行了二次深化设计，完美的解决了在实际安装施工中常出现的几个问题,并通过应用总结了其发挥的作用与意义。

1)能够对二维蓝图转化为3D空间模型形成更加直观的表达；对安装施工的管道系统、通风空调系统、强弱电桥架及线路敷设的空间排布进行全面的核查，管线综合布置技术得以实现。

对于施工蓝图，或我们所使用的二维CAD图纸，有它的局限性——即不能直观的反映出施工建设的实际情况，图纸管线的位置排布与标高的确定在实际施工中存在重合干涉问题，例如，二维水暖施工图的管道系统的位置与标高可能与通风系统图纸的风管或配电系统图纸的电缆桥架出现重合干涉问题，而实际施工中，只能依据图纸而不按照图纸的要求进行施工，这种情况，往往根据专业施工人员的经验来解决问题，或是施工队伍根据实际施工情况自行解决，上述解决问题的方式有可能因诸多其他因素考虑不周，而出现新的问题，这样的情况将造成项目资金、施工人员、时间的浪费，而产生这些问题的源头之一是图纸的设计问题。研究表明，设计决定了产品成本的70%～80%，上游设计失误对成本的影响将以不断放大的形式向下游传播，根据美国波音公司的统计分析结果表明，这一逐级放大的比例甚至达到1∶1013[1]。因此，设计不合理引起的技术和经济性方面的先天不足，要想在生产过程中通过质量和成本控制措施挽回，要付出相当大的代价。 而且，图纸由多个设计专业的不同设计人员综合而成，“不可避免”的产生交叉干涉碰撞等问题，虽然施工前进行施工图纸会审，但所有图纸由于不会在同一时间对每一处相同位置逐一进行全面检查，最终导致上述问题的出现。而3D建模设计的出现，会使上述问题出现的概率降至最低，这是因为各个专业的工程图纸将形成完整统一的3D建模数据，使得管线综合布置技术真正意义上得以实现。通过计算机系统的自行检查干涉功能配合操作人员的判断，从设计的源头根本性的解决安装施工中的这些问题。

2)可以提高材料在安装施工中的位置精度，降低由于施工精度偏差造成的返工，更精确的计算出各种材料的规格与用量，便于更加全面,精确的提供材料计划清单,使提出的材料计划更具准确性。

编制材料计划是成本控制的依据，但材料计划仅是各种数据的汇总，有时只适合对项目进行宏观控制，对过程生产却起不到指导作用。比如，项目开工前预算书表明需用钢材100 t，但却不能说明某个部位所需钢材的具体数量，施工人员只能根据总量控制原则编制采购计划，如施工过程管理不善，很可能出现总量已用完，而项目未完工的情况出现；另一方面，由于建筑生产的不确定性决定了材料计划可能发生改变，因此，材料计划不能按照静态的定额制作，但要合理确定材料在规定时间内的实际消耗额度时，工作量就比较大，因为不仅要求计划按部位制定，而且要求每实施完一个工序后，就需计算出此工序的材料消耗量，并将实际用量与计划量比较，确定消耗定额；再根据确定的消耗定额，对下一道工序的计划进行调整。而计算机3D数据模型会为此部分工作提供强有力的帮助，操作人员通过选定的3D模型特征组件数据，定义为规定时间内材料实际消耗量，并形成指定的材料详细信息清单，就可大幅提高工作效率，保证材料计划的准确性。一般情况下，设计完成的3D建模数据将指导安装施工，使各分项工程严格按照3D模型数据保持一致，这样，就使得建设施工中理论材料的用量与模型计算相一致，并且基于3D模型提供详细的空间尺寸，使安装精度的提高来降低建筑工程因尺寸偏差造成施工返工的成本。 有时二维CAD图的平面图，截面图或系统图难以表达出建筑施工的全面详细情况，因此依据二维CAD图所提出的材料计划并不完整，材料计划的编制不仅依据图纸，而且还要凭借施工中积累的经验，甚至空间想象能力等多方面的考虑来确定材料的详细计划，基于上述情况，材料计划编制人员有时会将材料清单计划编制的多“一点点”，以保证在施工过程的损耗或估算的原因来确保材料在施工过程中的充足,但对于材料清单信息编制多出的这“一点点”究竟是多少，对施工过程中材料的成本控制影响有多大，这个问题值得我们思考。而计算机3D数据模型可以将整个建筑安装工程中所用的各种材料，通过操作人员的指定操作，形成指定分部(项)的精确详细的材料清单BOM。为施工提供更加全面,精确的信息,使提出的材料计划更具准确性。

3)是设计更改，施工优化方案的可行性的依据，解决施工中面临的各种难题的有效工具。

由于建筑生产的不确定性，安装施工中难免会碰到设计更改的问题，在设计变更过程中，由于二维图纸的局限性不能直观的反映出施工建设的具体实际情况，或涉及更改的内容未完全考虑到对整体系统的影响，即不同专业的设计方案因为某一方面的设计更改而造成施工中新问题的出现。针对上述情况，使用3D数据模型首先对原方案进行数字建模，将涉及的所有专业图纸的数据全部建立模型之后，再针对某项需要更改的内容进行更改，通过模拟由于技术更改后的“虚拟真实”的施工现场，分析确定更改方案的可行性，或对更改方案再进行优化设计，以便降低施工返工率，提高施工一次合格率。

4)成为施工设计文件的组成部分，配合技术交底文件，切合实际指导安装施工工作。

有时，二维CAD图提供的信息并不能表达出安装施工的详细要求，因此，技术交底文件成为施工中的技术资料指导相关人员施工，但通过繁多的文字来表达复杂的设计方案或严格的技术要求时，3D图形无疑是解决上述问题的最好途径之一。通过3D数据模型保存指定施工部位的最佳视角图片，并打印生成彩图，配合技术交底文件，成为安装施工文件的组成部分，能够切合实际的指导安装施工工作。如图1所示为某项目1号楼-1层采暖、喷淋(主管)、消防、自来水、强弱电桥架排布截屏。

综上所述，3D建模技术在机电施工中对于加快施工进度,保证工程质量,降低工程成本,提高经济效益具有十分重要的意义。在目前BIM软件相对复杂，不易全面普及应用的同时，3D建模技术将是一个很好的选择。

[1] 颜见雄.支持产品设计决策的成本信息分析[D].西安：西北工业大学硕士学位论文，2006.

[2] 薛 华.谈3D建模在施工中的应用[J].山西建筑，2013，39(6)：254-255.

Discussion on 3D modeling solving mechanical and electrical installation problems

Fan Xuhong

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

The paper studies common problems occurring in mechanical and electrical installation engineering, applies 3D modeling technology for solution, and summarizes its application advantages in aspects of speeding up construction schedule, guaranteeing engineering quality and improving economic benefits and so on, with a view to promote its application in engineering.

3D modeling technology, CAD drawing, design, construction

2015-08-23

范旭红(1979- )，男，工程师

1009-6825(2015)31-0257-02

TP319

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