基于BIM技術的水暖設備安裝方案優化研究

李 巡

北京城建北方設備安裝有限責任公司,北京 100000

0 引言

隨著信息技術的快速發展和建筑行業的不斷進步,建筑信息模型(building information modeling,BIM)技術正逐漸成為建筑設計、施工和運營管理的重要工具。BIM技術以其全面、協同和可視化的特點,為建筑項目各個階段提供了高效、精確的數據支持。在建筑施工過程中,水暖設備的安裝方案優化是一個關鍵環節,影響到建筑物的使用效果和運行維護成本。傳統的水暖設備安裝方案往往依賴于經驗和手工繪圖,存在著設計不精確、施工效率低下、成本控制困難等問題。本文以某地鐵站的水暖設備安裝工程為例,闡述基于BIM技術的水暖設備安裝優化方案,通過將三維模型與各種相關數據進行集成,實現水暖設備安裝方案的全面優化,方便各個參與方之間的溝通和協作,提高了工作效率。

1 工程概況及施工難點

1.1 工程概況

該項目為某地鐵站的水暖設備安裝工程。地鐵站總體長161.56 m,標準段寬22.9 m,總建筑面積達到14 714.9 m2,共設有地下3層,分別為站廳層、設備層以及站臺層,4個出入口及3組風亭貫穿其中,地鐵站效果圖見圖1。

圖1 地鐵站效果圖

1.2 施工難點

地鐵站項目的水暖設備安裝與其他房建工程的水暖設備安裝不同,具體施工難點如下。

1)設計圖紙存在不足,各專業管線易碰撞。當前施工圖紙以CAD形式呈現,各專業圖紙由不同人員或設計院完成,相互間溝通不充分。管線綜合審查不嚴謹,導致各專業管線設計問題較多。此外,二維設計圖紙無法真實反映實際空間關系,容易導致后期管線安裝過程中發生碰撞。

2)地鐵空間有限,安裝操作受限。地鐵車站水暖設備安裝項目涉及多個專業,如通風、給排水、消防、供電等。各專業管線規格、走向不一,存在施工交叉,難以在有限空間內合理排布。例如在風管安裝完畢后,電氣、給排水、通信等專業的管線支吊架安裝操作空間受限,后期協調困難。

3)設備房管線密集,空間排布困難。消防泵房、冷凍機房等地鐵設備房面積較小,管線眾多?，F有設計圖紙通常為初步平面圖,施工單位須根據空間結構自行深化設計管線走向,可能導致管線擁擠、混亂、交叉等問題,美觀度降低且不便于維護。

4)資料龐大,運營查詢不便。地鐵水暖設備安裝涉及多種設備、材料。運營后,維護各類管線設備所需基礎資料查找困難,調用時間較長,降低工作效率,增加維護成本。

5)運行維護要求高,成本大。地鐵建筑壽命可達百年,后期運維至關重要。管線維護方面的運維成本為工程建設成本的數倍。采用BIM數據庫進行后期運維管理,有助于提高效率,降低物業運維成本。

基于此,項目組選擇使用BIM技術對原有的水暖設備安裝方案進行優化,以期在工期要求內順利完成施工,并保證施工質量。

2 優化方案

2.1 設計階段的方案優化

對于碰撞檢測主要分為3部分：一是水暖設備專業與建筑、結構專業的碰撞;二是水暖設備安裝項目中相同專業之間的碰撞;三是水暖設備安裝項目中不同專業間的碰撞[1]。

其中,對于水暖設備專業與建筑、結構專業的碰撞,由BIM技術進行建?？芍?水電設備所使用的線纜橋架在布置上與建筑土木結構的梁發生了碰撞,如圖2(a)所示。因此在進行水暖設備安裝前,須對碰撞部位進行優化調整。經分析與設計,采用降低電纜橋架標高的方式進行調整,將原本擬設計標高由5 400 mm下調至5 200 mm,并利用設置彎頭的方式,在橋架與梁接近處進行調整,調整后如圖2(b)所示。

其中,對于水暖設備安裝項目相同專業之間的碰撞,由BIM技術進行建?？芍?水暖設備所配置的排氣管道間發生了碰撞,如下圖3(a)所示,因此對于沖突的排氣管道在建設前需要進行優化調整,避免沖突。經分析與設計,采用提升原有排風口地面標高的方式進行調整,將原本擬設計標高由5 100 mm上調至5 220 mm,讓上半部分扣在下方管道之上,優化調整后如圖3(b)所示。

(a)檢測出的碰撞 (b)優化后的管線

其中,對于水暖設備安裝項目中不同專業間的碰撞,由BIM技術進行建?？芍?水暖設備所配置的水泵機房,其給排水專業的管線(給水管、消防管等)與水暖項目暖通專業的回風管出現了碰撞,如圖4(a)所示。因此,須根據BIM對回風管、給水管、消防管等進行調整,避免碰撞沖突,經分析與設計,采用提高回風管標高、降低給水管、消防管的標高的方式進行調整,回風管標高由3 500 mm提升至3 800 mm,給水管、消防管標高由3 350 mm下調至3 200 mm,調整后如圖4(b)所示。

(a)檢測出的碰撞 (b)優化后管線

2.2 BIM出圖

BIM技術在地鐵站的水暖設備安裝工程中主要的應用目的是對工程安裝進行指導,在項目施工前,繪制和確定帶有精準信息標注的圖紙,因此需要多方參建單位一同合作、相互配合進而獲取BIM成果圖[2]。BIM技術軟件中Revit單元具有模型連接的功能,可將多專業的模型進行連接形成項目統一模型,并按照管線安裝規范要求、以建筑專業、結構專業作為參照,將各專業的管線進行優化調整,從而獲取適用于本工程項目的管線設備綜合排布圖。BIM出圖流程如圖5所示。此外,由于綜合排布圖信息量較為復雜,為便于各參與方獲取所需的各專業圖件,BIM技術軟件還設置過濾器功能,可隱藏和屏蔽本專業不需要的圖元,提高施工效率。

2.3 施工階段的方案優化

2.3.1 可視化技術交底及施工進度模擬

對于工程項目,傳統的技術交底方式為技術負責人對施工人員進行施工圖紙、施工方案、具體問題的分析、講解、指導,但施工人員素質參差不齊,難以保證施工人員充分領悟技術的精髓,在交底時往往會存在信息缺失等問題,導致技術交底難以準確、高效地進行。通過BIM技術的應用,利用BIM的構建和展示,可做到技術交底的可視化,可以更加直觀地反映出施工難點,有利于后續施工組織計劃的調整與優化,從而提高施工效率,保證施工質量[3]。

本地鐵站的水暖設備安裝工程中水泵機房管線安裝部位較為復雜,傳統的二維CAD圖紙等難以精確、直觀地反映復雜節點的實際情況,對于施工管理人員的經驗及想象力要求較高,具體實施較為困難。而通過BIM技術的應用,可將傳統的二維CAD圖紙轉化為三維模型,如圖6所示。利用可視化的技術優勢,將水泵機房復雜節點安裝方法及步驟清楚、直觀地展示出來,可有效避免因理解錯誤造成施工失誤,影響項目工期。

圖6 水泵機房立體圖

此外,利用施工進度計劃與BIM的整合與關聯,可直觀、方便地查看工程進度狀況,有助于對現階段施工進度影響因素進行分析,探究相應的解決方案,并合理規劃和分配人、機、材等資源,避免因資源供給問題影響項目的施工進程。

2.3.2 施工現場場地布置

工程施工前,對施工現場場地的布置十分重要。工程中會用到各種設施、設備、材料等,在施工前繪制施工現場平面布置圖,提前規劃各種資源在場地中的使用、存放位置,可提高現場空間利用率,避免后期施工場地不滿足施工要求的問題出現[4]。

該地鐵站的水暖設備安裝工程施工復雜,因此合理規劃好生活區、加工區、材料存放區、設備存放區等施工場地十分重要。通過BIM技術的應用,將施工場地進行三維可視化處理,更加精準合理地進行施工現場場地布置,有效避免了二次搬運問題的發生,降低了施工成本。利用BIM構建施工場地的三維模型,可從模型中清晰、直觀、便捷地掌握各設施、設備、材料于現場中的具體位置,提高了施工效率。

2.3.3 工程量提取

通過應用BIM技術,可將項目各專業的工程量子項如風管、管道等進行整合匯總,分類提取出工程量明細表,從而可精確地掌握水暖設備安裝工程中各工序、環節的具體工程量,通過工程量對施工中人力資源、材料資源與設備資源進行精確控制,進而實現對各項工序與環節的費用控制。并且在工程量提取過程中,以計算機為主導,可降低復雜工程量計算出錯的概率,并且工程量會隨著模型的變動而更新,降低傳統計算的工作量,有效提高工作效率與質量。

2.3.4 仿真漫游

通過BIM技術在水暖設備安裝項目中的應用,可全方位無死角地展示出管線的安裝過程,通過仿真漫游,對項目中各專業進行碰撞檢查,避免不同專業施工沖突問題的出現,進而對施工過程進行優化,避免出現施工空間不足問題,有效降低返工問題。通過對工程量的仿真漫游,精準把控各類費用,降低造價成本,精細化調整材料的需求規劃以及優化工期[5]。施工方不僅可以通過仿真漫游的方式掌握工程項目,工程甲方也可以利用仿真漫游的方式,便捷、直觀地獲取項目的進度以及各種管線的排布,進而降低施工方與甲方間的溝通成本,實現多方共贏。

3 方案優化效果評價

3.1 BIM碰撞檢測效果分析

本地鐵站的水暖設備安裝工程應用BIM技術進行碰撞檢測時發現,在檢測過程中出現了大量的專業間管線交叉碰撞現象,碰撞點共計400處,結合實際情況對碰撞條件進行有效調整,對400處的碰撞點進行篩查。經排除后共有80個有效碰撞點(影響施工的碰撞點),占總碰撞點的20%。若未經BIM完成碰撞檢測工作,在后續的施工中此80個有效碰撞點會出現返工、材料浪費的問題。通過BIM碰撞檢測有效地降低了出現工期延誤的概率,并有效地控制了材料的浪費,降低了施工成本。

3.2 成本節約分析

為具體化評估BIM技術在本地鐵站的水暖設備安裝工程的實際價值,以BIM技術帶來的效益,即技術應用節約的成本作為體現,進行了估算分析。

在本地鐵站的水暖設備安裝工程中,構建了各專業的BIM,將模型導入Navisworks軟件進行整合與碰撞檢測,記錄導入時的工程量,在碰撞檢測后,對檢測出的有效碰撞點進行優化,并記錄優化后的工程量,通過技術應用帶來的工程量變化分析對比,對BIM技術應用在本工程中的節約量進行估算。

節約量即節約總計采用節約材料的量與材料單價的乘積,通過節約量計算,該地鐵站的水暖設備安裝工程中給排水專業節約量15%、暖通專業節約量8%、電氣專業節約量11%,通過BIM技術對水暖設備安裝方案進行優化后,成本節約較為明顯,且多集中于給排水專業。

4 結束語

通過結合實際地鐵站的水暖設備安裝工程案例,利用BIM技術對水暖設備安裝方案進行了優化,利用Navisworks對專業模型進行整合,通過碰撞檢測、BIM出圖對設計階段進行優化,利用BIM可視化技術對交底及施工進度進行模擬,對施工現場場地布置、工程量提取、仿真漫游,以及對施工方案進行優化指導。通過優化后的模型可獲得精準的工程量信息以及費用信息,有效地實現了成本節約,BIM技術的應用對水暖設備安裝工程具有重要的應用價值。