基于BIM技术在空调设备吊装方案优化

钟爱军 张闻 王国庆 王效玲 赵龙祥 王林

（1.扬州职业大学 225000 2.江苏扬建集团有限公司二公司 225000 3.江苏省扬州技师学院交通工程系 225000）

引言

在当前建筑工程施工中，大型空调设备的吊装方案还主要依赖吊装人员的经验经过详细的现场勘察后确定，由于人的局限性，最终确定的吊装方案往往不是最优方案，随着施工现场状况和建筑物体型趋向复杂，这种依赖经验和现场勘查的优选方法越发显得困难。

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的简称，该技术是以建筑信息集成为理念，运用三维数字化技术建立项目的数字化模型[1～2]。BIM模型对项目的设计、施工和维护等都具有很强的辅助作用[3～4]。

本文将BIM技术应用于大型空调设备的吊装方案的选择，运用BIM技术提供的数字化模型模拟吊装过程并进行碰撞分析，能实现尽可能多地初选出可能吊装方案，然后运用综合评分法进行方案优选，旨在规避现场勘察尺寸数据粗糙、复杂状况下难以优选方案的缺陷。

1 工程概况及施工面临的问题

1.1 工程概况

扬州市职业大学综合体育馆，直接蒸发式空调外机设置在设备层之上、钢屋面之下，因此正常施工顺序应该是在钢屋面施工之前完成空调外机吊装。但由于直接蒸发式空调后期单独招标滞后，为不致影响整个工程施工进度，先行进行钢屋面施工，这违反了正常的施工工序，给后期的空调外机吊装带来了很大挑战。

1.2 施工面临的问题

1.2.1 工期问题

该项目进展至空调吊装阶段，进度已经落后计划很多，由于空调安装存在较多后续工作，因此，为不致影响后续工作，业主方对吊装施工时间要求较紧。

1.2.2 费用问题

直接蒸发式空调单独招标时招标文件中未涉及施工安装要求，后经协商总包单位同意免费吊装，因此如何降低吊装费用是总包单位重点考虑的因素。

1.2.3 钢屋面预留洞口问题

由于不同品牌的空调外机尺寸有一定的差异，在未确定设备品牌情况下，钢屋面上预留的部分空调外机洞口尺寸偏小。

1.2.4 设计缺陷问题

由于装饰专业设计师和暖通专业设计师没有足够的沟通，导致部分主钢龙骨刚好穿过钢屋面预留洞口中部，给主机的吊装带来很大困难。

1.2.5 路面保护问题

根据施工进度计划，建筑物四周的消防环道将于空调吊装前一天完成沥青铺设，监理单位建议所用吊车不要超过200t汽车吊。

2 基于BIM技术的吊装方案初选

本工程6台空调外机位置，如图1所示。由于1号机和5-6号机位置吊顶主龙骨穿过上方洞口，不经过处理不能作为吊装洞口。空调外机吊装入口：1-4号机从B区吊装，5-6号机从A区吊装。运用ArchiCAD软件进行建模和碰撞模拟，确定可能吊装路径。下面以A区吊装为例，说明初选过程。

图1 直接蒸发式空调外机布置

2.1 侧吊方案

2.1.1 路径分析

由于女儿墙顶与钢桁架下口间净高为2200mm，而设备本身高度2670mm，运用ArchiCAD软件模拟侧面吊装，可清楚显现空调外机与女儿墙碰撞情形，如图2所示，因此从侧面吊装需要拆除一部分女儿墙，拆除高度700mm，拆除长度2800mm。该方案优势是吊车臂短，额定起重量低，吊车租赁费低，有利于保护消防环道。

图2 空调外机北侧吊入碰撞分析

2.1.2 费用及工期分析

根据建筑施工图，拆除女儿墙的同时还要拆除外侧的玻璃幕墙，幕墙拆除高度取为1700mm，拆除长度取为4400mm。根据节点详图，拆除、恢复女儿墙施工工作内容应包括：搭设、拆除砌墙脚手架、加气混凝土砌块墙拆除、砌筑、粉刷、油漆、玻璃幕墙拆除、安装。

玻璃幕墙拆除后材料还可以利用，但要考虑到拆除施工时材料损耗，损耗率取为8%。至于工期计算，为简化分析，没有区分吊装前工作和吊装后工作，实际上吊装前工作并不影响总工期，综合上述分析，将女儿墙拆除与恢复费用[5]和工期[6]列于表1中。

2.2 顶吊

2.2.1 路径分析

在洞口尺寸和铝板吊顶主龙骨的限制下，5号外机和6号外机均不能从各自洞口吊装。要实现从上部吊装，可拆除5号外机洞口和6号外机洞口之间的钢屋面，将两小洞口合并成为大洞口，为验证该想法的可行性，运用ArchiCAD软件模拟出拆除后洞口，详见图3，同时进行吊装碰撞分析，该大洞口能够满足设备吊装要求。

表1 A区侧吊安装费用、工期分析

图3 5号外机和6号外机洞口合并

2.2.2 费用及工期分析

拆除5号外机洞口和6号外机洞口之间的钢屋面，具体尺寸为2360mm×4400mm，钢屋面拆除、安装费用[5]、工期[6]分析详见表 2。

表2 A区顶吊安装费用、工期分析

3 吊装方案优选

根据施工背景和现场情况，方案优选主要考虑两个因素：①吊装工期；②吊装费用，以期兼顾到业主和施工方的双方利益。由于考虑因素多余一个，为了使选择方案达到各方利益均衡点，应用综合评分法[7]。

3.1 权重系数

根据各评分指标重要程度，确定其所占的权重，本工程吊装工期权重系数取为0.45，吊装费用权重系数取为0.35，路面保护权重系数为0.20，如表3所示。

表3 权重系数

3.2 评价等级和标准

首先制定各项评价指标统一的评价分值范围，本工程均为100分，然后制定每项评价指标评分标准，详见表4所示。

表4 评分指标打分标准

3.3 综合评分

根据指标和评分标准，结合各吊装路径施工工期和施工费用分析结果评出各自分值，具体见表5。根据综合评分，A区空调外机吊装方案为：合并洞口后从上部洞口吊装，该方案费用低，工期短，与从南侧吊装和散件进场组装相比均有明显优势。

表5 综合评分值

4 结论

本文运用ArchiCAD软件，全面考虑吊装过程中的各方面因素，对各种吊装可能路径进行碰撞分析，筛选出可能路径。ArchiCAD软件能做到精确、快速的模拟吊装过程中遇到的各种工况，完全规避了人工现场勘察的数据粗糙、复杂状况下难以初选的缺陷，对各种吊装路径进行了精确模拟，提高工作效率，节约时间成本；方案优化综合考虑工期、费用、路面保护三方面的因素，根据三个因素的重要性不同赋予不同的权重系数，对每一个初选方案进行了综合打分，由于有ArchiCAD软件的帮助，可以准确的选择出足够多的吊装初选方案，确保了确定的最优方案的可靠性。