BIM模拟安装技术在建筑机电图纸深化阶段中的应用

2015-09-18

建筑施工 2015年2期

青建集团股份公司青岛 266071

随着BIM技术在我国的大力推广，BIM模拟安装技术也走到我们身边。如果能在实际施工开始之前，先采用BIM模拟安装技术对图纸进行深化设计，利用计算机强大的计算功能，就可以将原二维平面图纸表达不全面的地方体现出来，更可以形成三维立体模拟图像，帮助施工人员对整个项目有一个更深刻、更直观的认识。通过BIM技术进行管道和设备的三维模拟检查碰撞及协同工作，大大地提高了设计的准确性，降低了设计成本。按照深化设计的图纸进行施工，有利于降低施工成本、减少返工浪费、缩短施工周期。

1 工程概况

和黄·小港湾改造项目工程位于青岛市市北区小港一路，地上28 层，地下2 层，地上包括6 栋单体商业建筑，建筑面积165 000 m2，地下室面积46 000 m2。在地下室设计了一条长1 000 m，宽5 m，高2.1 m的管沟，让各专业设备管线均通过此管沟从设备用房到达各个楼座。

本工程设备种类多，机电管线复杂，特别是管沟、管道井、电井、机房、变配电室等重点部位管道密集，空间狭小，施工难度大。为提高工程施工管理水平，控制施工成本，本项目采用BIM技术，对管线进行综合平衡优化布置，有效地解决了管线碰撞问题，满足了空间及功能使用要求[1]。

2 BIM模拟安装技术的概念

BIM模拟安装技术是指利用先进的软件在计算机中形成建筑模型，在虚拟的环境下模拟给排水、暖通、电气等各专业管道及设备的安装情况，在深化后的施工图正式提交之前，进行管线综合，找出并调整有碰撞的管线和设备，从而预先发现二维平面图中所不能反映出来的问题[2]。

BIM模拟安装技术是基于建筑结构模型进行的，通常需要先链接建筑、结构模型，并对链接文件进行基本设置，形成参照底图，再进行水、电、暖等专业的深化设计。

具体技术流程为：首先将二维图纸通过BIM类软件转化为数字信息录入计算机形成数字模型，然后通过软件将水、电、暖等所有机电专业图纸进行管线及设备综合布置处理，运行碰撞检查功能。技术人员通过综合后的三维图纸对图纸不足的地方进行调整和修改，再将修改后的图纸拆分成原来机电各个专业图纸。最终深化后的图纸将作为后期施工的正式图纸（图1）。

图1 管线碰撞综合调整流程

3 BIM模拟安装技术应用过程

3.1 准备阶段

目前，BIM类软件层出不穷，各家软件公司均在大力开发此类应用软件。而用于机电工程图纸深化的软件应偏向于机电分析类软件。此类软件能很好地体现机电管道及设备的特性；能通过参数驱动模型即时呈现水暖电工程师的设计，模拟出真实的安装环境；能通过协同工作减少机电和建筑、结构设计之间的协调错误；能通过模型进行碰撞检查，从而减少整个项目设计的失误。针对同一项目，各专业工程师通过共享设计信息，及时同步项目文件和模拟管线综合，提高设计质量和设计效率，有效解决了传统设计流程中工程信息交互滞后和沟通协调不畅的问题[3]。

3.2 图纸录入阶段

3.2.1 建筑图纸的录入

在建筑专业图纸录入时，必须做到录入的数据准确无误。每个梁板、柱子、墙体及其他构件的尺寸均要与原图纸一致。

3.2.2 机电专业图纸录入

机电图纸按专业分为给排水、暖通和电气图纸。各专业应分别录入，在录入时需注意：先确定设备定位；再绘制管路（先绘制设备房内管路，再绘制设备房外管路；有坡度要求的管道绘制时要注意保证管道的坡度流向）；最后进行风管绝热层的绘制（若风管需保温绝热时，应根据设计要求的绝热厚度增加风管断面尺寸，管径≤50 mm的电气配管可以忽略，不作为管线碰撞的范围内）。

3.3 管线碰撞综合调整阶段

3.3.1 各专业内部管线碰撞调整阶段

水暖电施工图纸正式提交之前，各专业图纸在录入完毕以后就可以进行内部管线调整。例如通风专业各个系统之间的管道碰撞；强电桥架与弱电桥架的碰撞；给水管道与排水管道的碰撞；竖向管道与水平管道的碰撞。

在本工程中，各专业内部管线调整时共检测出58 个碰撞处。经过统计分析，多数碰撞点发生在以下情况：

1）管线并排敷设时，分支管道与相邻管线发生碰撞；

2）管线标高变化时，竖向管线与水平向管线发生碰撞；

3）设备机房内不同走向管线交叉重叠。

第1种情况一般发生在吊顶内，由于分支管道管径通常较小，原则上相邻管线标高和位置不变，调整支管的标高和位置；第2种情况一般会出现在管沟、管径内，通常按照水平管道位置不变，调整竖向立管的位置来满足要求（图2）；对于第3种情况，通常遵循小管避让大管的原则，即大口径管道优先布置，小口径管道后布置。

3.3.2 整体管线综合调整阶段

各专业内部调整完毕以后，就可以进行整个项目的管线综合调整。应用BIM软件，选中暖通空调、给排水、电气专业，点击Start开始检查碰撞情况，发生碰撞时，软件会显示碰撞所在的图层、坐标位置、属于哪个专业等等。根据结果，选中要修改的管线，修改完毕后保存图纸。

图2 竖向管道与水平管道碰撞调整

管线空间布置修改的方法一般应遵循小管让大管、有压管道让无压管道、桥架让风管、冷水管让热水管等原则，需要将调整好的图纸综合在同一张图纸中，找出并调整有碰撞的管线（风管、水管、线管、桥架）和设备等。使用软件的碰撞检查功能，能快速准确地找出某一个项目中管线是否相互碰撞，若发现有碰撞点，则通过三维图像调整冲突位置的管线。最后，确定各专业设备的定位、管路的具体走向及标高，形成最终的施工深化图[4]。

在本工程整体管线调整时，共检测出碰撞202 处。经过统计分析，多数碰撞点发生在以下情况：

1）不同专业管线在同一标高、同一部位安装；

2）带有坡度的管道与其他管线冲突；

3）柱子、梁等结构部件阻挡管线走向。

对于第1种情况，按照无压管、风管、桥架、压力管先后顺序布置，调整部分管道（如桥架）的标高达到布置要求（图3）；对于第2种情况，按照有坡度要求管道优先、无坡度要求管道次之的布置原则；对于第3种情况，管道与柱、梁等承重结构相遇碰撞时，管道必须绕柱而行，大口径的管道（如DN＞100 mm）尽可能不穿梁，如必须穿梁，应得到设计人员的同意，并且在此部位采取加固措施。

图3 风管与水管、桥架碰撞调整

管线碰撞综合调整是BIM技术在图纸深化阶段应用的关键价值所在。利用计算机强大的计算能力，可以对任何复杂情况进行碰撞检测，完全突破了二维概念。同在二维图纸上进行的管线综合调整相比，其不仅具有直观的三维显示，而且能快速准确地找到并修改碰撞点，从而提高了管线综合的效率和准确性。

3.4 出图阶段

经过了管线碰撞综合调整阶段，各个专业均得到了已经修改完毕的深化图纸。再经过专业人员的最后复核就可以出具最终图纸，作为指导施工用图。鉴于目前施工人员习惯使用二维平面图，技术人员仍需将平面图下发到施工人员手中，而三维图纸可以在进行施工技术交底时通过图片、视频等方法传达给施工人员。即最终的深化图纸既包含了普通的平面图纸也包含了三维图纸。