基于BIM技术的水暖设备安装方案优化研究

李 巡

北京城建北方设备安装有限责任公司,北京 100000

0 引言

随着信息技术的快速发展和建筑行业的不断进步,建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术正逐渐成为建筑设计、施工和运营管理的重要工具。BIM技术以其全面、协同和可视化的特点,为建筑项目各个阶段提供了高效、精确的数据支持。在建筑施工过程中,水暖设备的安装方案优化是一个关键环节,影响到建筑物的使用效果和运行维护成本。传统的水暖设备安装方案往往依赖于经验和手工绘图,存在着设计不精确、施工效率低下、成本控制困难等问题。本文以某地铁站的水暖设备安装工程为例,阐述基于BIM技术的水暖设备安装优化方案,通过将三维模型与各种相关数据进行集成,实现水暖设备安装方案的全面优化,方便各个参与方之间的沟通和协作,提高了工作效率。

1 工程概况及施工难点

1.1 工程概况

该项目为某地铁站的水暖设备安装工程。地铁站总体长161.56 m,标准段宽22.9 m,总建筑面积达到14 714.9 m2,共设有地下3层,分别为站厅层、设备层以及站台层,4个出入口及3组风亭贯穿其中,地铁站效果图见图1。

图1 地铁站效果图

1.2 施工难点

地铁站项目的水暖设备安装与其他房建工程的水暖设备安装不同,具体施工难点如下。

1)设计图纸存在不足,各专业管线易碰撞。当前施工图纸以CAD形式呈现,各专业图纸由不同人员或设计院完成,相互间沟通不充分。管线综合审查不严谨,导致各专业管线设计问题较多。此外,二维设计图纸无法真实反映实际空间关系,容易导致后期管线安装过程中发生碰撞。

2)地铁空间有限,安装操作受限。地铁车站水暖设备安装项目涉及多个专业,如通风、给排水、消防、供电等。各专业管线规格、走向不一,存在施工交叉,难以在有限空间内合理排布。例如在风管安装完毕后,电气、给排水、通信等专业的管线支吊架安装操作空间受限,后期协调困难。

3)设备房管线密集,空间排布困难。消防泵房、冷冻机房等地铁设备房面积较小,管线众多。现有设计图纸通常为初步平面图,施工单位须根据空间结构自行深化设计管线走向,可能导致管线拥挤、混乱、交叉等问题,美观度降低且不便于维护。

4)资料庞大,运营查询不便。地铁水暖设备安装涉及多种设备、材料。运营后,维护各类管线设备所需基础资料查找困难,调用时间较长,降低工作效率,增加维护成本。

5)运行维护要求高,成本大。地铁建筑寿命可达百年,后期运维至关重要。管线维护方面的运维成本为工程建设成本的数倍。采用BIM数据库进行后期运维管理,有助于提高效率,降低物业运维成本。

基于此,项目组选择使用BIM技术对原有的水暖设备安装方案进行优化,以期在工期要求内顺利完成施工,并保证施工质量。

2 优化方案

2.1 设计阶段的方案优化

对于碰撞检测主要分为3部分：一是水暖设备专业与建筑、结构专业的碰撞;二是水暖设备安装项目中相同专业之间的碰撞;三是水暖设备安装项目中不同专业间的碰撞[1]。

其中,对于水暖设备专业与建筑、结构专业的碰撞,由BIM技术进行建模可知,水电设备所使用的线缆桥架在布置上与建筑土木结构的梁发生了碰撞,如图2(a)所示。因此在进行水暖设备安装前,须对碰撞部位进行优化调整。经分析与设计,采用降低电缆桥架标高的方式进行调整,将原本拟设计标高由5 400 mm下调至5 200 mm,并利用设置弯头的方式,在桥架与梁接近处进行调整,调整后如图2(b)所示。

其中,对于水暖设备安装项目相同专业之间的碰撞,由BIM技术进行建模可知,水暖设备所配置的排气管道间发生了碰撞,如下图3(a)所示,因此对于冲突的排气管道在建设前需要进行优化调整,避免冲突。经分析与设计,采用提升原有排风口地面标高的方式进行调整,将原本拟设计标高由5 100 mm上调至5 220 mm,让上半部分扣在下方管道之上,优化调整后如图3(b)所示。

(a)检测出的碰撞 (b)优化后的管线

其中,对于水暖设备安装项目中不同专业间的碰撞,由BIM技术进行建模可知,水暖设备所配置的水泵机房,其给排水专业的管线(给水管、消防管等)与水暖项目暖通专业的回风管出现了碰撞,如图4(a)所示。因此,须根据BIM对回风管、给水管、消防管等进行调整,避免碰撞冲突,经分析与设计,采用提高回风管标高、降低给水管、消防管的标高的方式进行调整,回风管标高由3 500 mm提升至3 800 mm,给水管、消防管标高由3 350 mm下调至3 200 mm,调整后如图4(b)所示。

(a)检测出的碰撞 (b)优化后管线

2.2 BIM出图

BIM技术在地铁站的水暖设备安装工程中主要的应用目的是对工程安装进行指导,在项目施工前,绘制和确定带有精准信息标注的图纸,因此需要多方参建单位一同合作、相互配合进而获取BIM成果图[2]。BIM技术软件中Revit单元具有模型连接的功能,可将多专业的模型进行连接形成项目统一模型,并按照管线安装规范要求、以建筑专业、结构专业作为参照,将各专业的管线进行优化调整,从而获取适用于本工程项目的管线设备综合排布图。BIM出图流程如图5所示。此外,由于综合排布图信息量较为复杂,为便于各参与方获取所需的各专业图件,BIM技术软件还设置过滤器功能,可隐藏和屏蔽本专业不需要的图元,提高施工效率。

2.3 施工阶段的方案优化

2.3.1 可视化技术交底及施工进度模拟

对于工程项目,传统的技术交底方式为技术负责人对施工人员进行施工图纸、施工方案、具体问题的分析、讲解、指导,但施工人员素质参差不齐,难以保证施工人员充分领悟技术的精髓,在交底时往往会存在信息缺失等问题,导致技术交底难以准确、高效地进行。通过BIM技术的应用,利用BIM的构建和展示,可做到技术交底的可视化,可以更加直观地反映出施工难点,有利于后续施工组织计划的调整与优化,从而提高施工效率,保证施工质量[3]。

本地铁站的水暖设备安装工程中水泵机房管线安装部位较为复杂,传统的二维CAD图纸等难以精确、直观地反映复杂节点的实际情况,对于施工管理人员的经验及想象力要求较高,具体实施较为困难。而通过BIM技术的应用,可将传统的二维CAD图纸转化为三维模型,如图6所示。利用可视化的技术优势,将水泵机房复杂节点安装方法及步骤清楚、直观地展示出来,可有效避免因理解错误造成施工失误,影响项目工期。

图6 水泵机房立体图

此外,利用施工进度计划与BIM的整合与关联,可直观、方便地查看工程进度状况,有助于对现阶段施工进度影响因素进行分析,探究相应的解决方案,并合理规划和分配人、机、材等资源,避免因资源供给问题影响项目的施工进程。

2.3.2 施工现场场地布置

工程施工前,对施工现场场地的布置十分重要。工程中会用到各种设施、设备、材料等,在施工前绘制施工现场平面布置图,提前规划各种资源在场地中的使用、存放位置,可提高现场空间利用率,避免后期施工场地不满足施工要求的问题出现[4]。

该地铁站的水暖设备安装工程施工复杂,因此合理规划好生活区、加工区、材料存放区、设备存放区等施工场地十分重要。通过BIM技术的应用,将施工场地进行三维可视化处理,更加精准合理地进行施工现场场地布置,有效避免了二次搬运问题的发生,降低了施工成本。利用BIM构建施工场地的三维模型,可从模型中清晰、直观、便捷地掌握各设施、设备、材料于现场中的具体位置,提高了施工效率。

2.3.3 工程量提取

通过应用BIM技术,可将项目各专业的工程量子项如风管、管道等进行整合汇总,分类提取出工程量明细表,从而可精确地掌握水暖设备安装工程中各工序、环节的具体工程量,通过工程量对施工中人力资源、材料资源与设备资源进行精确控制,进而实现对各项工序与环节的费用控制。并且在工程量提取过程中,以计算机为主导,可降低复杂工程量计算出错的概率,并且工程量会随着模型的变动而更新,降低传统计算的工作量,有效提高工作效率与质量。

2.3.4 仿真漫游

通过BIM技术在水暖设备安装项目中的应用,可全方位无死角地展示出管线的安装过程,通过仿真漫游,对项目中各专业进行碰撞检查,避免不同专业施工冲突问题的出现,进而对施工过程进行优化,避免出现施工空间不足问题,有效降低返工问题。通过对工程量的仿真漫游,精准把控各类费用,降低造价成本,精细化调整材料的需求规划以及优化工期[5]。施工方不仅可以通过仿真漫游的方式掌握工程项目,工程甲方也可以利用仿真漫游的方式,便捷、直观地获取项目的进度以及各种管线的排布,进而降低施工方与甲方间的沟通成本,实现多方共赢。

3 方案优化效果评价

3.1 BIM碰撞检测效果分析

本地铁站的水暖设备安装工程应用BIM技术进行碰撞检测时发现,在检测过程中出现了大量的专业间管线交叉碰撞现象,碰撞点共计400处,结合实际情况对碰撞条件进行有效调整,对400处的碰撞点进行筛查。经排除后共有80个有效碰撞点(影响施工的碰撞点),占总碰撞点的20%。若未经BIM完成碰撞检测工作,在后续的施工中此80个有效碰撞点会出现返工、材料浪费的问题。通过BIM碰撞检测有效地降低了出现工期延误的概率,并有效地控制了材料的浪费,降低了施工成本。

3.2 成本节约分析

为具体化评估BIM技术在本地铁站的水暖设备安装工程的实际价值,以BIM技术带来的效益,即技术应用节约的成本作为体现,进行了估算分析。

在本地铁站的水暖设备安装工程中,构建了各专业的BIM,将模型导入Navisworks软件进行整合与碰撞检测,记录导入时的工程量,在碰撞检测后,对检测出的有效碰撞点进行优化,并记录优化后的工程量,通过技术应用带来的工程量变化分析对比,对BIM技术应用在本工程中的节约量进行估算。

节约量即节约总计采用节约材料的量与材料单价的乘积,通过节约量计算,该地铁站的水暖设备安装工程中给排水专业节约量15%、暖通专业节约量8%、电气专业节约量11%,通过BIM技术对水暖设备安装方案进行优化后,成本节约较为明显,且多集中于给排水专业。

4 结束语

通过结合实际地铁站的水暖设备安装工程案例,利用BIM技术对水暖设备安装方案进行了优化,利用Navisworks对专业模型进行整合,通过碰撞检测、BIM出图对设计阶段进行优化,利用BIM可视化技术对交底及施工进度进行模拟,对施工现场场地布置、工程量提取、仿真漫游,以及对施工方案进行优化指导。通过优化后的模型可获得精准的工程量信息以及费用信息,有效地实现了成本节约,BIM技术的应用对水暖设备安装工程具有重要的应用价值。