BIM技术在安装工程中的应用研究

文/天津天房丽山置业有限公司 赵 川

天津市天房科技发展股份有限公司 时 岭

赵 川，天津天房丽山置业有限公司工程师

时 岭，天津市天房科技发展股份有限公司工程师

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是以建筑工程项目中各相关数据作为参数，将项目中的各种相关信息进行整合，是对整个建筑设计的一次“预演”，具有可视化、模拟性、优化性、协调性和可出图性五大特点[1]。21世纪初期，在国外建设领域中，开始掀起了行业技术革新的浪潮。KORMAN T M等将学术研究和建筑工业联系起来，运用BIM思想创建了一个建筑协调系统，综合分析了水、暖、电等各专业对建筑施工的影响，以便设计师对安装工程进行设计时，能够综合考虑各专业相互协调的问题[2]。目前我国BIM技术的应用与研究还处于起步阶段，但其对建筑行业将是一个划时代的变革。张建平等针对我国施工管理特点，提出BIM施工应用技术架构，将BIM与4D技术相结合，研究施工项目管理软件，充分体现了BIM技术的应用价值[3]。在国家“十一五”规划中，BIM技术研究已经被列为国家科技支撑重点项目[4]。

在建设施工领域中，往往涉及多个专业分支，各个专业相互交叉，其信息量共享成为一项难题。尤其在建筑安装工程施工领域，设备管线多，错综复杂，极易出现管线碰撞问题，也是最容易出现返工的地方，造成经济损失和工期延误[5-6]。本文以天津市某在建工程为研究对象，将BIM与机器人全站仪放线相结合的技术应用到建筑施工领域，采用统一设计、统一放线、统一安装的形式进行施工，达到优化施工方案、降低施工成本、提高施工效率及保证施工质量的目的。

1 工程概况

天津市海河沿线某重点工程在建项目，形状近似长方形，东西长约260m，南北宽约50m，占地面积近1.3万m2。总建筑面积约4.5万m2，其中地上面积3.2万m2，地下建筑面积约1.3万m2。该项目建成后将成为天津市海河沿线重点景观工程之一。项目模型如图1所示。

鉴于该项目安装工程面积大，工期要求紧，管线种类繁多，空间关系复杂，同时还要注重美观要求，为节约造价，避免安装工程出现返工现象，保证工程进度和质量要求，本项目针对安装工程采用BIM技术进行二次深化设计，对复杂的管线布置进行设计和施工优化。

2 BIM深化设计

机电安装工程深化设计是将施工图设计阶段完成的机电管线进一步综合排布，根据不同管线的性质、功能和施工要求，结合建筑装修使用功能的要求，对管线位置统筹排布。在施工过程中，施工图设计阶段的平面图纸、系统图纸和主要管廊的剖面图纸已无法满足机电施工要求，经常会出现专业间交叉碰撞、拆改现象。因此，基于BIM的机电管线综合排布工作就变得越来越重要。

首先利用初始BIM模型，通过Navisworks软件将各专业链接进行碰撞检测，找出原设计图纸中的碰撞问题，根据施工原则进行统一排布，对所有机电管线进行深化设计。机电深化设计前期以主管线综合设计为主，中期以分支管线综合设计为主，到后期在主管线的线路完成深化设计后，需要考虑综合支吊架的设计，该部分工作反映在BIM模型中则需建立综合吊架的BIM模型。深化设计完成后继续通过Navisworks软件进行碰撞检测，整改模拟施工中出现的碰撞，提前发现并解决问题，以降低施工难度，减少施工变更，控制建设成本。通过机电专业BIM模型的深化设计，合理排布机电工程各专业管线的位置，最大限度地实现施工图设计阶段与施工阶段的过渡。

3 碰撞检测分析

随着对建筑物使用功能的要求越来越高，机电安装也变得越来越复杂。工程中常见的机电安装系统有暖通空调系统、强弱电系统、给排水系统、消防喷淋系统、楼宇控制系统和安防系统等。通过BIM平台，把各专业建立好的模型整合到一起。利用BIM技术强大的空间计算能力，能够快速、准确计算出各专业设备或管线之间存在的碰撞现象。这些碰撞位置、类型都会显示出来，并把这些碰撞点汇总，形成碰撞检测报告。

针对本工程，通过BIM技术共发现管线碰撞点几百个，其中包含管线之间的碰撞、管线与建筑物之间的碰撞等。在遵循管线避让的原则下，为节约成本并实现灵活施工，通过BIM技术对碰撞部位进行二次优化调整，避免管线之间出现碰撞现象。调整结果如图2所示。

图1 项目模型

图2 碰撞优化对比

4 吊架综合设计

结合本工程管线复杂、排布集中的特点，在安装工程施工之前，利用BIM软件有针对性地对管道进行综合排布，在保证建筑使用功能的前提下，本着“先主后支、先上后下、先大后小、先无压后有压”原则将相关各专业管道进行最优化布置。优化布置后，对管道支吊架进行统一安装设计，力求达到美观统一的效果，选用的钢材型号必须符合相关专业规范要求。依据近年来在公用、民用建筑施工中常用的支吊架安装形式，结合BIM技术制定详细的施工方案。其综合排布如图3所示。

5 施工方案

本工程采用BIM一站式放线技术进行施工放样。该系统包括BIM放样全站仪和三维激光扫描仪。BIM放样全站仪支持主流三维BIM模型（如Tekla、Sketchup、Revit、Ac等），能够快速完成异形建筑测量放样工作，且能在施工现场和办公室高效管理所有放样的分层数和点数据，按照需求创建控制点和作业线，实现施工现场100%无纸化作业，单人操作放样即可。

在施工过程中，要求实现BIM放样全站仪和三维激光扫描仪交互作业，制作采集现场模型。三维激光扫描仪采集的现场数据形成BIM模型，能够无缝导入BIM放样全站仪进行放样。要求整个施工应用系统能够达到BIM to Field，以BIM模型为依据，精确、快速指导施工放样，同时还要求能够实现Field to BIM，能快速、精确采集现场模型，并通过后处理软件快速建立BIM模型。将现场模型与设计模型进行对比分析，由现场模型指导下一步施工放样，形成一整套完整的BIM指导施工应用流程。

图3 吊架综合排布

6 结语

1）运用BIM技术对安装工程进行二次优化设计，可快速模拟管线碰撞。通过及时优化设计方案，避免由此带来不必要的经济损失，提高施工效率和施工质量，取得较好的综合收益。

2）依据BIM深化设计成果，将支吊架进行统一排布安装，不仅能优化净空、美化安装成果，还能快速提高施工效率，有效避免在施工过程中因多专业交叉施工产生的碰撞问题。

3）将BIM放样全站仪和三维激光扫描仪相结合实现一站式放线，能够快速完成测量放样工作，提高施工效率和放样准确性，降低人工成本，对保证安装工程质量和工期进度等具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]樊永生．建筑信息模型的空间拓扑关系提取和分类研究[D]．西安：西安建筑科技大学，2013．

[2]KORMAN T M, HUEY-KING L． Industry input for construction engineering and management courses: development of a building systems coordination exercise for construction engineering and management students[J]． Practice periodical on structural design and construction，2013（1）：68-72．

[3]张建平，李丁，林佳瑞，等． BIM在工程施工中的应用[J]．施工技术，2012，41（16）：10-17．

[4]翟越，李楠，艾晓芹，等． BIM技术在建筑施工安全管理中的应用研究[J]．施工技术，2015，44（12）：81-83．

[5]纪凡荣，徐友全，曾大林，等． BIM技术在某项目管线综合中的应用[J]．施工技术，2013，42（3）：107-109．

[6]李慧． BIM技术在大型公共建筑机电安装工程中的应用研究[D]．郑州：郑州大学，2016．