BIM技术在装配式建筑机电安装工程中的应用——以前滩·三湘印象名邸项目为例

王忠园

（上海湘盛置业发展有限公司，上海 200126）

0 引言

传统的施工管线都是在各自的专业图纸中绘制出来，施工中各专业班组人员按照各自的施工图纸进行施工，先施工先得利，等后面专业施工时发现管道、管线、配件或设备无法安装，需要进行设计变更，则需将原先的施工拆除，导致增加造价，同时施工工期也被拖延；利用BIM技术对各专业管道、管线及设备等进行综合设计、三维建模，能够直观地获得相关管线、设备的信息，碰撞、预留预埋问题也随之解决，有效造价节约、缩短工期。

1 工程概况

三湘印象名邸项目位于上海市浦东新区前滩九宫格区域，东至芋秋路、北至前滩大道、西至桐晚路、南至晓会路。本项目包括1～9号楼及地下车库；1～6号楼为精装修住宅，7号楼为公共租赁保障性住房，8～9号楼为配套用房；项目占地面积13965.3m2，总建筑面积53799.86m2。1～7号楼为预制装配式住宅，预制装配率为25%，外墙采用预制墙体或叠合墙体的面积不低于50%。

本项目利用BIM技术优化设计、指导施工，对住宅户内、地下车库建筑、结构、机电进行专业建模，所有生活消防给水、排污、空调通风、强弱电桥架等各类机电管线，均结合原设计进行了优化，各机电管线与建筑结构的冲突和碰撞，均做了局部翻绕或偏移处理，综合管线方案局部调整了管路标高，有效地解决PC预留洞、户内与地下车库的高净空及管线碰撞等问题，大大减少了施工中的设计变更及签证，对地下车库综合管线的施工起到指导性作用。本项目运用Revit、Navisworks软件。

2 BIM技术

BIM（Building Information Modeling）中文为建筑信息模型，是一种新工具。BIM技术是应用于工程项目设计、施工、管理的一种数据化工具，通过模型整合数据化和信息化的建筑，在项目策划、运行和维护的过程中进行共享和传递，被定义成有充足信息构成以支持生命周期管理，并由计算机应用程序直接解释的建筑或建筑工程信息模型。借助这个三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供一个工程信息交换和共享的平台，使工程设计人员、施工管理、设施运营等技术人员能够对建筑的各种信息进行正确理解和高效应对，为设计团队、施工单位、设施运营单位及业主在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用，以实现可持续发展。

3 BIM技术的应用

3.1 装配式建筑BIM模型建立

本项目根据不同专业类型、不同设备、管线的标高、管径尺寸、安装坡度及管材材质等设置模型的精细化程度，利用二维CAD施工平面图建立三维BIM模型，采用REVIT软件对建筑、结构和机电综合管线分别进行模型建立，再通过Navisworks软件附加方式打开，达到BIM模型的整合。本项目6号楼整合后的BIM模型如图1所示。

图1 BIM模型

3.2 管线综合

虽然本项目地下车库空间大，但是局部空间非常狭小，管道密集；如果排布不合理会导致整个地下车库管线杂乱无章，影响美观且无法保证净空高度，所以需要通过BIM技术对这些管线进行综合排布，并考虑整体布局，优化管线路线及宽高比。在综合管线过程中不仅要考虑管线综合模型能够在施工中切实可行，而且还要使管线布置层次分明、避让明确，以保障施工人员能够清晰精准地接收指令完成机电管线安装。因此本项目在管线综合设计与施工中遵循如下原则：①桥架：强弱电桥架上下排布间距150，平行敷设间距300；强电桥架与弱电桥架交叉时，弱电桥架上翻250。桥架与其他设备管线布置原则按规范要求布置；②风管：无风口距离墙或柱300，有风口距离墙或柱500；③水管：压力排水管、加压给水管、消火栓管、喷淋管管线边缘距离墙或柱净距100；消火栓主管、喷淋主管管线边缘水平间距150；穿人防区域消火栓管、喷淋管、给水管按施工图穿墙套管预留；④管道阀门：阀门本体高度及桥架与其他管道交叉上翻的水平空间距离要求400mm；根据不同的规格的阀门留相应的尺寸要求。在局部无法满足上述要求时，则采取单独讨论确定妥协原则：①桥架：强弱电桥架平行敷设间距减至100；②风管：风管距墙（柱）间距减至100；③水管：消火栓主管、喷淋主管管线边缘水平间距减至100；并且保证同类管线集中一处支架，确保不同专业之间的交叉作业能够顺利进行。在考虑管道配件的安装尺寸、阀门形式、尤其是人防门吊耳高度等要求下确保管线综合满足施工安装间距、阀门操作空间、检修空间、各专业安装工序等要求。此外，在现场施工前对工人进行管线排布原则交底，对于机房出口处等管线复杂而密集处，张贴管综剖面图纸，并辅以全景图二维码指导施工，避免因管线复杂，平面图纸难以表达而出现返工等情况。地下车库管线综合平面及剖面如图2所示。

图2 管综剖面

3.3 碰撞检测

利用Navisworks软件将建筑、结构、机电管线综合模型进行整合后，可以实现实时对各专业设计进行静态空间的碰撞检测分析，查找出原始设计缺失，针对BIM模型所检测出的设计缺失，利用三维模型协同设计，自动在二维施工图纸中对原有设计方案进行优化调整。本项目发现结构冲突95处，机电冲突26处。

3.4 装配式建筑结构中预留洞与预埋细化

通过BIM碰撞检测、管线综合优化，对户内标准层装配式套管预留、电气管线预留预埋、地下车库结构穿梁及外墙留洞的进行细化。

常规项目中往往到了机电管线安装时才发现剪力墙或梁上预留套管缺失，通常都采取后期开洞来补救；但由于施工人员技术能力低下且个别素质较低，有的在开洞口过程中不注意避开梁筋或主筋，直接梁上开洞，破坏结构的稳固性。而PC装配式构件在加工厂成型后禁止任意开洞、开槽，所有管线预埋、洞口预留都必须在构件加工过程中一并完成，所以就要求所有预留预埋的管线、线盒、预留管洞在PC装配式构件的施工图纸中全部准确地体现出来，便于PC生产厂家精准的加工生产构件。本项目中的空气处理系统、异常复杂，热交换管道比常规要多，所以在装配式体系建筑下发生了很多预留预埋的问题。新风、冷媒、热交换管道会经由PC构件与设备平台上的主机相连，导致大量的预留预埋件。通过BIM模型建立，将这些管线、留洞全部体现在PC预制构件模型中，优化PC构件相对应的配筋，保证机电管线与预留洞位置一致，避免一些施工浪费，确保结构安全稳固。

本项目部分预留预埋与实际验证如图3所示。

图3 BIM模型预留预埋与实际装配式构件预留预埋

3.5 提高建筑净高

本项目利用BIM信息模型结合建筑、机电、装饰一体化对住宅室内、地下车库净高进行分析、提升。综合考虑各项成本、管线安装维护空间等因素，利用BIM技术对管线进行精细化综合、优化，确定户内及地下车库整体净高。

地上部分为最大化利用房屋层高，在不增加成本的基础上，抬升屋内净高，提高住户舒适度，所有户内管线（除风管外）均考虑穿梁通过，并将管线沿墙边通行，配合精装制作高低吊顶。地下部分同样最大化利用建筑层高，采取过路管线就高，功能管线底平排布，与车道同向的喷淋管、生活给水管排布在与风管底标高相同、线槽灯一致高度的原则，只进行一次综合支架的安装，抬升车库净高，体现本项目作为豪宅定位的高规格与高品质标准。本项目通过BIM模型优化净高，优化后住宅吊顶后的净高：起居室2950mm，卧室与书房在2800～3000mm，地下一层车库2800mm，地下二层车库2650mm。

4 BIM技术在机电安装中的难点

4.1 BIM技术指导管线安装

本项目地下一层7号公租房前侧机房位置（T轴交5-6轴），人防设计院考虑车库坡道结构受力安全，在平时设计院设计的基础上加了2道结构斜梁，平时设计院在BIM设计图纸中未将2道斜梁在结构模型图中体现，导致此处管道与斜梁相碰，车库走道高度不足2.2m，不满足验收规范。施工准备时，应用机电综合管线BIM三维模型图与现场核对，发现了此问题，及时进行二维图纸修改，再通过三维建模将2道斜梁重新体现在建筑综合模型中，机电综合管线局部调整排布，将风管直角弯改成两个45°导流弯头，避开斜梁最低点，桥架改至斜梁的低处布置，消防管道从风管与斜梁之间左侧布置，该部位在所有管道安装完毕后，空间净高达到2.22m，满足交岗验收规范要求；此处通过BIM技术的提前介入，避免机电安装的返工与施工签证，施工工期与造价全部得到控制。

4.2 BIM技术指导设备安装

本项目配备了保障室内舒适环境的各项智能家居系统。每个系统的处理设备除6～7号房外均安装在室外设备间，但设备间空间有限，尤其是1～3号房2户共用一个设备间。但麻雀虽小，五脏俱全，在小空间内集成了空调主机、新风主机、储热水箱、煤气表、燃气热水器及相关设备的连接管道。对设备间采取利用BIM技术针对性建立模型，施工前利用BIM模型多次演练，现场设备、管线根据BIM模型逐个定位，发现水箱高度影响煤气表安装空间，将此问题反馈到BIM模型中，根据现场依据BIM技术优化设计，将水箱位置向北移，避开煤气表及新风主机，其余设备按原设计布置。本项目通过运用BIM技术使所有设备合理、有序地布置于设备间，通过建立设备及管线模型指导施工，避免重复返工、工期拖延，工程成本得到有效控制。

5 结论

本项目充分发挥BIM技术在机电管线安装中的作用，在施工前、施工中发现管线交叉、碰撞问题，回归模型，及时修改图纸；BIM技术的三维模型可视化便于现场更加科学、简便的管理，大大提高综合管线的施工质量，避免施工中频繁和无谓的协调返工，最终达到降低成本、缩短工期的目的。但施工中也发现由于BIM设计人员对安装规范及设备要求了解不够，如人防门的吊耳高度未能在BIM中显现，导致人防门无法正常90°开启等问题。随着BIM技术在项目建筑施工安装过程中的不断应用及BIM软件的不断完善更新，相信这些问题在后续项目中可得到逐步解决。