BIM 技术在超高层建筑安装工程施工中的应用管理

冯鹏举 成都检验检测园区投资运营有限公司 四川 成都 610000

概述

BIM 即Building Information Modeling,中文为建筑信息模型,它具有可视化、协同性、信息集成等优点,是工程领域正在大力推广的新技术,在机场、隧道、建筑、水电站、装配式等多个领域得到广泛的应用。在工程实践中,BIM 信息模型既可以由设计单位在设计阶段建立,也可以由施工单位在施工阶段建立。建立BIM 信息模型,不仅有利于专业间协同设计,减少图纸错误;也利于依据项目实际情况深化设计,应用可视化更加精准指导施工。本文案例主要探讨建筑机电安装单位为实施核心的BIM信息模型应用及管理。

1 工程概况

某公司运营基地项目位于成都市高新区新川创新科技园。工程占地面积为3.1 万m;总建筑面积24.4 万m,其中,地下建筑面积12万m,地上建筑面积12.4万m。地下4 层,深度约17m,负一层为车库及设备用房(变配电间、制冷及空调热水机房、生活热水锅炉房、消防水泵房、气体灭火间、柴油发电机房),负二、三层为地下车库,负四层局部为人防地下室。地上共有2栋楼,其中1#楼地上42层,建筑高度206m,使用功能为科研用房,分别在11层、22层、32层设置避难及设备层。2#楼地上11层,建筑高度57.2m,1～4层为商场,5～11层为酒店式自用公寓。

本项目机电安装工程涉及专业众多,主要有给排水工程、电气工程、暖通工程、设备工程等。其中,给排水工程包括室内给水系统、室内排水系统、室内热水系统、雨水系统、消火栓给水系统、自动喷淋系统、中水系统、室外管网系统等;电气工程包括有室外电气、供电干线、电气动力、电气照明等;暖通工程包括有送风系统、排风系统、防排烟系统、冷冻水系统、冷却循环水系统等;设备工程包括冷水机组、热水锅炉安装等。

2 在安装工程施工管理中的应用

2.1 工程难点

本工程建设类型复杂,既有超高层办公写字楼,也有商场、酒店式公寓、公园地库等类型,涉及的安装工程种类多样,如消防系统不仅包括了消火栓灭火系统、自动喷淋系统,还设置有管网式七氟丙烷气体灭火系统;空调系统商业区域设置VWV 冷热水式空调系统,则采用了VRV 空调系统。涉及管线多样且复杂,设备种类及数量较多。1#楼所有垂直方向管线集中在核心筒,水平方向管线在核心筒电梯厅出口附近集中交错,需合理安排管线位置,竖向孔洞需结合土建施工做好各专业预留预埋,水平方向满足净空要求存在难度。2#楼酒店式自用公寓众多管线集中于走廊布设,部分管线需穿钢梁以保证净空,需要提前确定穿钢梁孔洞位置、标高、大小,并反馈至钢结构制作公司对钢梁结构安全进行验算,对钢梁孔洞位置进行加固处理。同时由于项目地块小,建筑体量大,施工场地狭小,工程量大,土建施工与机电安装交叉作业,材料堆放及预制场地缺乏、施工材料运输调度存在困难,需要统筹解决。

图1 项目效果图

2.2 BIM 应用管理

本项目在施工招标阶段就明确了采用BIM 建筑信息模型,实行BIM 信息化管理。为了使BIM 模型能得到落地应用,机电安装单位进场后,建设单位即组织设计咨询、监理单位和机电安装单位建立了BIM 应用管理小组,明确了人员组成,制定了BIM 工作计划,明确了BIM工作质量要求。

2.2.1 人员专职化配置

本次机电安装施工单位组建了项目级BIM 技术中心,配备4 名专职BIM 工程人员负责BIM 信息模型建立,深化及应用。3名专职BIM 工程人员分别负责给排水、电气、暖通等专业的管线建模,1人担任BIM 工作总协调,负责管线综合协调工作。同时机电安装单位总部已设立企业总部BIM 技术中心,为下属工程项目提供业务指导,技术规范和模型审核等功能。本项目充分利用施工单位央企总部的人员技术力量,项目BIM 技术中心接受施工企业总部BIM 中心的技术指导和规范。

2.2.2 制定BIM 专项工作计划

为有效管理BIM 工作进度,项目机电安装单位制定了BIM 专项工作计划。BIM 专项工作计划,充分利用项目土建施工和机电施工之间的时间差,在土建工程施工开始后,机电工程大面积开始施工前,计划在4个月的时间内完成BIM 模型的建立、深化调整及标准化出图等工作。结合工程项目总进度工作计划,对BIM 专项工作计划进行细致分解,明确分阶段工作任务,每月每周工作任务,分工程区域分楼层建立细分完成节点。按照土建施工顺序,先地下后地上,逐层建立模型,制定BIM 工作节点计划。

2.2.3 多部门协作

每周二组织机电BIM 专题会,建设单位、监理单位、造价咨询、设计咨询、施工单位机电专业工程师及相关负责人共同参加。针对BIM 模型创建工作中发现的如图纸疏漏、管线碰撞、室外管网坡度埋深冲突等问题,由施工单位项目BIM 技术中心逐一梳理汇总,在专题会上提出,由建设单位、监理单位、设计咨询、施工单位会商后给出问题处理建议,需要出具设计变更的,建设单位负责统筹提出设计变更需求到设计单位,由设计单位按照设计变更流程出具《设计变更通知书》。

2.2.4 出图标准化

图21 #楼负一层二维标准化综合出图

在BIM 模型建立前,在BIM 工作方案中要求实现BIM 成果出图标准化。标准化出图要求分专业出二维管线图纸和多管线综合二维图纸,并利用BIM 模型精准的特点,在图纸中标注各管线标高、平面位置、翻弯节点位置、坡度、管径、材质、设备及管线附件位置等信息,并在1#楼核心筒出入口、机房竖井、车库上层、机房出入口和2#楼酒店式自用公寓走廊过道等复杂节点处根据需要给出剖面图,结合机电管线平面图综合展示各类管线空间位置,实现标准化出图的信息准确、直观,确保施工可方便使用。所有标准化出图图纸均须经过设计单位签字确认,确保图纸信息无误,具备使用效力。

2.3 BIM 应用成果

2.3.1 碰撞分析及管综调整。项目运用BIM 技术建立了地下车库、1#楼、2号楼整体的BIM 模型,通过对模型的梳理,发现管线碰撞点1374处,发现图纸图示不明26处,图纸管线遗漏32处。完成模型的碰撞分析后,组织建设单位、设计单位、总包单位和专业分包单位相关负责人参加会议,施工单位结合碰撞报告和三维模型对综合管线的碰撞情况进行汇报,由参建方根据相应规范及项目实际情况,协商确定出基本的管综调整原则及质量安装标准等。管综调整原则为尽可能保证楼层净空,有压管让无压管,小管道让大管道,冷水管让热水管,附件少的让附件多的管道。管线竖向排布原则为:热介质管道在上,冷介质在下;气体介质管道在上,液体介质管道在下;保温管道在上,不保温管道在下;高压管道在上,低压管道在下;不经常检修管道在上,经常检修管道在下。在必要且满足安全情况下,可通过混凝土梁预留穿梁套管、钢梁工厂制作时预留穿梁孔洞等方式进一步保证楼层净空要求。

图3 项目机电管线BIM 模型

2.3.2 深化设计

图4 室外管综BIM 模型

本项目包含超高层办公楼和商业裙楼,为满足实际办公和商业需要,需要在保证功能性的前提下尽可能地兼顾舒适性和美观性,因此对机电管线和设备机房的深化调整要求较高,必须考虑完成后的空间效果。尤其是商业部分,需要根据业主商务部门的需要和定位,对空调管线、新风管线及相应出风口回风口的位置,喷淋头位置进行调整深化,同时为后续商铺使用者预留装修改造空间。此外,项目对制冷机房、锅炉房、配电房、气体灭火间、报警阀间、发电机房、生活水泵房等都进行了深化设计。设备机房需要根据厂家提供的设备信息和管线要求,进行二次深化。设备机房的排布方案要综合考虑动线、维修等对空间的需求。此外本项目施工图设计中,排烟风管、新风管道等管线往往位置和标高数据不够精准,需要对相应管线进行深化设计,给出精准标高位置数据。项目BIM 小组根据模型中桥架、水管、风管等的调整,确定了各管线准确位置和标高。像地下车库排烟风管,施工图仅仅考虑了规范对的防火分区、排烟距离等的要求,会出现风管沿行车道布置的情况,影响使用体验。为了后期使用的舒适性和美观性,在满足相应规范要求的情况下,项目BIM 小组结合车行道、停车位的设计布局对风管管线进行了二次深化设计调整,将风管调整至停车位上方,实现了行车道的整洁有序立体的空间效果,行车视线得到了保证。

2.3.3 工厂化预制

工厂化预制的优点是节省工期,质量稳定,能减少因安装人员个体差异导致的安装质量不稳定现象。工厂化制作的难点是必须根据精确的数据制作,否则可能出现制作好的管道运到现场后无法安装,产生材料的浪费。项目通过整合机电模型,完成管道碰撞分析及调整后,可以实现精准的数据输出。在预制加工阶段,以深化设计阶段所建立的BIM 模型为基础,对接管道制作工厂,把精准的管线数据导入机械设计软件中,通过必要的数据转换、机械设计以及归类标注等工作,将BIM 模型转换为预制加工设计图纸,实现指导工厂预制加工的目的。既保证了管道制作的高品质,又能快速组对安装,节省工期和人力。减少了管道现场制作加工,实现了100%的风管管道工厂化预制。

2.3.4 施工计划的制定

项目BIM 应用小组在建立的模型中选取了一个管线复杂,有代表性的区域,建立了虚拟模型样板。利用BIM 模型对管线工程量进行统计分解,可对不同管线安装进行统筹安排,避免不同施工班组施工交叉拥堵。项目结合虚拟样板对施工工序进行分析,制定样板建设施工方案和计划,之后按照方案和计划制作实体样板。实体样板完成后,将实体样板的建设和虚拟样板模型计划进行对照分析,再综合制定项目安装的总体计划,提高了施工计划的精准性和指导作用。特别是将重难点的施工区域用三维模型展现出来,即便是施工难度大、管线复杂的部位,三维模型也能一目了然,可更科学、有效、迅速地安排施工,保证施工按计划进行。

2.3.5 可视化交底

BIM 模型建立后,项目安排对施工人员进行了可视化技术交底。可视化交底的作用是使施工人员及施工管理人员形成可视化的安装形象,同时通过模型中包含的大量数据,如位置,间距,标高等,更好地控制阀门、设备、仪表等安装精度。同时结合断面图、平面图等多种出图形式,借助手机、平板电脑等显示工具,进一步建立一线人员对管线安装工作的空间认知。

2.3.6 精确算量

BIM 模型也可实现科学精准的算量。平面图纸的管线,不能充分估计空间误差,实际安装中因梁柱等空间结构因素,会在实际安装中产生额外的翻弯和穿梁套管,造成工程签证的增加。往往会因为。BIM 模型经过碰撞分析调整,实际管线与模型数据基本一致,即使是复杂的空间也能十分精准地计算工程量,可有效避免可能出现的漏项和额外签证。

2.4 问题及建议

目前工程建设领域行业相关主管部门正在大力推广BIM 应用,大量工程建设项目开始在建设过程中引入BIM 技术,在应用中总结出了很多应用经验,有力地支撑了项目的建设。但目前缺少统一的BIM 应用标准,如果建设单位在招标文件里做了明确要求,建设过程中加强应用管理,则能取得好的应用效果。如果建设单位在项目建设中引入了BIM 技术,但缺乏管理应用经验,则难以起到应有效果。一些施工单位、设计单位仅仅将BIM作为一种投标时展示技术实力新工具,中标后受项目经费、工期、人员配置等各方面因素制约,不能实现对BIM应用过程的有效管理,导致BIM 应用流于形式。因此,要通过加强BIM 应用组织管理,制定周密的应用标准和计划,采取行之有效的应用措施,以实现BIM 的落地应用,取得应用的效果。

结语

在超高层项目的机电安装施工中,引入BIM 技术,通过加强管理,采取人员专职化、制定BIM 专项工作计划、多部门协作、出图标准化等措施,实现了管线碰撞分析、可视化交底、工程化预制、精确算量等应用效果,取得良好的应用效果。