论3d技术在机电管线综合布置中的应用

刘 伟

（江西铜业集团公司 南昌项目建设指挥部，江西 南昌 330096）

论3d技术在机电管线综合布置中的应用

刘 伟

（江西铜业集团公司 南昌项目建设指挥部，江西 南昌 330096）

阐述了机电管线工程行业现状及3d技术管线布置特点，对3d技术在机电管线综合布置中的具体实施应用及可取得的实施效果进行了综合论述，为实现机电管线安装工程项目高效率及高质量的项目管理及增加工程项目的综合经济效益及社会效益提供技术理论上的支持，并起到一定的指导作用。

3d技术；机电；管线；综合布置；应用

1 引言

3d技术是当今国际各行业的发展趋势，近几年来，在我们国内工程行业也开始推广及应用3d技术［1］，也就是BIM，即（BUILDING INFORMATION MODELING）建筑信息模型技术。而管线综合布置技术也是其主要功能之一。3d技术手段（BIM）主要是通过数字信息仿真模拟工程项目所具有的真实信息（如:三维几何形状信息等），集成工程项目各种相关信息的工程数据，为设计单位、施工单位、建设单位、最终业主等等提供模拟和分析功能，控制各专业的施工工序，减少返工，以达到控制整个工程的施工质量及成［2-3］。

2 机电管线工程行业现状

随着我国国家经济建设的快速发展,人们对建筑的智能化、舒适性、安全性和节能等等提出了更高的要求，使得建筑配套系统越来越多，强电系统、弱电系统、给排水系统、消防系统、智能化系统等等。也使得管线类型变越来越复杂，随之而来机电管线安装空间则变得越来越紧张。按国际惯例大型机电项目一般都会由机电项目总承包商全部承包施工，并由其对所有的机电安装图纸进行二次深化设计以达到现场施工深度。而我们国内大部分的机电管线安装工程，从设计到施工，各个专业之间基本都是各自为政，对这些复杂管网布线安装的管理水平及技术水平还比较落后，在实际施工中常常出现返工、要求设计进行管网线路变更等［4-5］。造成这些问题的原因主要分成三类：

（1）设计单位进行设计时，各个专业间缺少沟通或沟通不到位；

（2）施工单位在施工阶段的二次优化设计能力不足；

（3）施工单位未完全按照设计图管网布线进行施工。

为了达到合理布置管线的目的，一般传统做法是使用二维制图软件(如CAD)来绘制管线综合布置施工图纸，对因管线重叠等原因导致表达不清晰的部位再补充竖向节点剖面图。但这种传统的管线布置图因各种外部原因,很容易导致遗漏或出错,效率低下, 在先天上有着局限性，不能完全保证其管线布局的合理性。目前有条件的机电管线安装项目大都采用3d技术手段（BIM技术），来大幅度提高管线综合的效率。3d技术可以直观的发现管线综合中的问题，特别是在施工中各专业之间设备管线的位置的冲突和标高的重叠等等。根据3d技术软件中碰撞检测的结果，结合原来的设计图纸的规格和走向，对施工图纸及时进行调整，二次深化，从而减少了施工中不必要的返工，提高了机电安装的一次成功率，从而达到工程对标高及施工质量的高要求。

3 3d技术管线布置特点

3.1 可视化

在项目未施工前根据施工图纸在计算上进行三维建模，建立的三维模型的立体实物图形可视，即“所见即所得”。方便设计单位、施工单位、建设单位进行更好的沟通、讨论及决策。

图1 3d技术可视性

3.2 协调性

因项目各专业信息会出现“不兼容”现象。如管线与结构相冲突，管线与管线之间相冲突。使用3d技术软件可以有效的进行综合协调，减少错误管线变更及不合理管线变更。

3.3 模拟性

3d技术可以对项目进行三维画面的模拟，可以对暖通系统、消防系统、给排水系统等进行模拟；同时可以在施工进度时间上进行模拟、也可以在造价上进行模拟。

图2 3d技术模拟性

3.4 可优化性

3d技术软件及其配套的各种优化工具能对项目进行可能的优化处理。能利用3d模型提供的各种信息（如几何、物理、规则、建筑物变化等等）进行优化。对复杂程度高、类型繁多的管线进行更好的二次优化处理。

图3 3d技术可优化性

3.5 可出图性

对原设计施工图经过碰撞检查和设计修改后，可以出综合设计施工图，如综合管线图、综合结构留洞图和建议改进方案等更加实用的深化施工图纸。

4 3d技术综合管线的布置规则

各个不同的机电工程管线因自身系统原因都会有各自不同的工艺布置要求。在用3d技术进行管线综合布置时,一般都是从工程管线专业系统上来进行划分并综合整体统筹考虑的。机电工程管线按专业来系统来划分，大体可以分为空调暖通专业（包括空调水系统、空调风系统）、消防专业（包括防排烟系统、喷淋系统、消防联动系统、自动灭火系统）、强电专业（包括动力系统、照明系统等）、弱电专业（包括电视话网络系统、视频会议、安防监控、智能门禁等）、给排水专业、部分工业项目还有特殊的气体专业（如氮气系统、压缩空气等等）。对这些机电工程管线进行综合布置时要做到安全、合理、经济、实用，在进行多系统管线综合布置统筹考虑时，基本应遵循以下的布置规则。

（1）管线综合布置中的成本规则。在机电管线综合布置时不能围绕一个专业系统考虑问题，要对所有专业系统进行统筹系统化考虑。在这系统化考虑中最主要的参考因素还是成本因素。一般来说如工程项目无特殊要求，都应从项目成本的角度来考虑各个专业管线的综合布置。

（2）管线综合布置中的空间规则。一般来说要对机电管线进行最好的线路安排并归纳统一布置，以便最大限度减少管道所占建筑物的内部空间，尽可能的提高天花的吊顶高度，同时还要保证一定的检修空间。这阶段还要考虑管线布置中平面空间和立面空间的平衡性，不能使管线过于集中或分散，从而产生空间浪费。有些工艺管道还要考虑保证期管壁厚度及保温层的厚度要求、管线之间间距要求等等。按常规的设计，会预留建筑物梁下700mm的空间来进行各种管线安装，在现场可以根据实际情况进行调整。

（3）管线综合布置中的避让规则［6］。在各种工程管线排管时难免会因为各种原因出现相互交叉的碰管问题，这时就应考虑避让因素。一般来说大体原则都是小直径管道让大直径管道、压力管道让无压管道、临时性管线让永久性管线、附属配件少的管线让附属配件多的管线、造价成本低的管线让造价成本高的管线。

5 3d综合管线布置实施过程

（1）成立技术小组。为更好的推进3d技术BIM的运用，来完善、提高机电管线安装深化设计及现场施工质量，必须成立专业技术小组，对人员进行职能分配。一般来说应配备有各系统专业综合设计经验的人员1-2名,有现场施工经验的人员1-2名,精通3d建模工作的人员1-2名,同时各个成员之间能保证高效率的沟通及协作,具有团队精神，能熟练操作电脑，精通BIM软件操作。

（2）软件选择。在BIM应用软件中，主要有Revit软件、Bentley软件，其中Revit软件市场占有率较高，它的服务及功能相对较为完善，有更强的经济效益，建议采用Revit软件。

（3）设备的配置。因为3D技术BIM软件对所使用的计算机硬件设备要求较高，所以应根据相应的要求配置专用的电脑等设备。

（4）建立族库。根据常用的设备材料，建立材料设备的三维族库，并根据不同项目的需要以及不同的机电系统的要求，进行不断充实和完善族库，为下一步建立项目3D模型做好准备工作。

（5）结合工程现况及管线施工图纸进行建筑物结构和各系统管线建模工作。主要是运用BIM软件，根据二维的建筑结构和机电施工图纸，建立三维的建筑结构和管线模型。这个阶段要求技术小组成员能完整读懂图纸，并与相关设计人员进行有效的沟通，保证设计意图的真正的实现，不出现错误及遗漏。

（6）现场实际情况复测。此阶段要组织相关技术人员根据土建设计图纸对现场进行实际复测，并根据复测的结果来修改项目建筑的3d模型。

（7）利用软件进行3d碰撞检查。通过BIM软件中的碰撞检测功能进行项目3d模型碰撞检测，然后出具碰撞检测报告［2］，最后根据报告逐一检查及排除碰撞点位。此阶段主要是为项目管线的综合调整提供直观及必要的数据支持，保证高效、完美的解决管线交叉打架问题。是非常关键的一个阶段。

（8）指导现场施工和工厂化预制。根据调整后的3d管线模型，可以对对部分设备及管线材料的进行工厂化预制，以便缩短工期，增加安装工程的经济效益和社会效益。现场正式施工要求按调整后的3d管线模型进行技术交底，安排各班组施工顺序，保证施工技术方案落实到位。

（9）可以绘制竣工图纸。根据最终的管线施工现场，局部调整三维模型，完成竣工三维模型，最后根据此模型绘制工程竣工图纸。

6 结语

在我们国内机电管线安装工程行业，运用3d技术BIM软件进行管线综合布置并取得了较好的经济效益及社会效益，比较著名的项目有北京奥运村空间规划及物资管理信息系统项目、上海中心大厦项目、上海金虹桥国际中心项目等等。北京奥运村空间规划及物资管理信息系统项目的3d技术BIM软件应用特点是提供了直观、准确、高效的空间规划及数据信息；上海中心大厦项目总建筑面积57万平方，总建筑高度达到632m，它的技术应用特点就在其材料的垂直运输控制以及BIM软件的信息共享。上海金虹桥国际中心项目总建筑面积26万平方，为国内高标准的城市商业综合体，这个项目的3d技术BIM软件应用特色就是虚拟施工指导、施工时管线碰撞检查及最后的成本控制。以上所述三个项目的机电工程管线综合布置在运用了3d技术BIM软件进行管理及综合优化后，都较好的实现机电工程管线布置的进度、质量、成本的三控制要求［7］，增加了项目的经济效益和社会效益并达到以下预期目标：

（1）有效地提高机电工程中管线综合管理的合格率；

（2）加大机电项目各个系统设施及管线材料的工厂化预制量；

（3）减少了施工现场的返工量，促进机电设备安装的绿色施工并推动了建筑施工的节能；

（4）有效缩短了项目施工工期，更好的保障了整个项目的进度计划；

（5）在合理可行的范围内，最大限度的满足各方相关单位的各项要求，并且可以直观、高效、完美的解决施工现场安装专业与土建专业、结构专业、装饰专业等不同专业之间的交叉协调问题。

［1］王少波. 浅析3D技术在工程中的应用[J]. 四川水利, 2014(2):64-67.

［2］刘婧, 郑 威, 秦光. BIM技术在管线综合排布中的应用[J]. 建设监理, 2015(3):22-24.

［3］陈辰, 李庆平. 基于BIM技术的三维管线综合[J]. 土木建筑工程信息技术, 2012(3):87-90.

［4］卢光松. 机电管线综合布置技术的应用[J]. 山东工业技术, 2014(12):59-60.

［5］何昌平. 深化设计中的管线综合布置技术[J]. 中小企业管理与科技, 2014(4):123-124.

［6］刘鑫铭. 大型公共建筑机电安装管线综合布置应用[J]. 长沙铁道学院学报, 2013(12): 21-22.

［7］杨存成主编. 建筑业十项新技术:机电安装工程技术应用实例[M]. 北京:中国城市出版社, 2012:2-5.

Application of 3D Technology in Mechanical and Electrical Line Layout

LIU Wei
（JCC Nanchang Project Construction Co., Ltd, Nanchang 330096, Jiangxi, China）

In this article, the electromechanical pipeline engineering industry status and 3D pipeline layout features are described, and the implementation and application of 3D technology in the electromechanical integrated pipeline layout and the implementation effect which can be achieved are synthetically expounded. In order to realize electromechanical pipeline installation project of high efficiency and high quality of project management and increase the project of comprehensive economic benefit and social benefit to provide theoretical and technical support and plays a guiding role.

3D technology; electromechanical; pipeline; comprehensive layout; application

TU85

B

1009-3842（2015）05-0068-04

2015-07-20

刘伟（1979-），男，江西南昌人，工程师，主要从事机电工程项目建设研究。E-mail: 30043536@qq.com