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基于BIM技术的机电系统管线碰撞优化设计

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：张玉菡

[导读] 为达到精准机电系统管线施工、减少施工过程中的返工问题，及实现有效控制施工成本之目标，文章结合BIM技术特点及其在机电系统管线碰撞检测中的应用价值分析，通过碰撞检查报告及优化调整进行了验证，希望能为相关企业提供有益参考。

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摘要：为达到精准机电系统管线施工、减少施工过程中的返工问题，及实现有效控制施工成本之目标，文章结合BIM技术特点及其在机电系统管线碰撞检测中的应用价值分析，通过碰撞检查报告及优化调整进行了验证，希望能为相关企业提供有益参考。
关键词：BIM技术；机电系统；碰撞检查；优化设计
        0引言
        伴随着骨架经济水平的不断提升，各类建筑项目对于绿色建筑的要求越来越高，通过BIM技术的科学应用，可实现节约资源、保护环境、减少污染，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。尤其在机电系统管线施工中，通过BIM技术的有效应用，可充分利用其可视化、模拟性、协调性特征使管线布设更为简捷、直观，在保障施工质量的同时，提升施工进度，确保建筑企业经济效益的大幅提升。朱明明[1]等通过对当前超高层建筑机电工程施工面临的施工难度大、安全风险高等问题的分析，结合工程实例，简要介绍了BIM技术的具体应用状况。通过BIM技术运用，可实现该机电系统管线工程设计的模拟、开展管线碰撞检查模拟，最大限度地保障了工程施工质量。
        1BIM技术特点
        1.1可视化程度高
        BIM技术的最大应用优势就是其较高的可视化程度，在机电系统管线布设施工之中，合理应用BIM技术可实现二维设计向三维设计模式的转变，为工程施工单位提供更加形象化、立体化的实际方案。在过去，在开展机电系统管线布设施工时，所有设计方案都是以平面的纸质图纸进行展示，这种设计图因为太过平面化，施工单位很容易出现读图不深刻造成施工混乱，甚至出现返工、窝工现象。而将BIM技术引用到机电系统管线布设施工之中，就可以很好地将各环节有机地串联起来，在保证各施工环节高效进展的基础上实现工程设计的整体化和可视化。
        1.2模拟性
        一般的，在应用BIM技术时，都是将其与现代化数字模拟仿真系统结合使用，实践证明这一做法不仅能使工程设计与模拟工作变得更为真实，还能够直观体现出设计结构。例如，在对某建筑工程地下室机电设备管线设计、施工中，通过BIM技术的科学应用，应用可在设计图上真实地呈现出管线走向、交叉等情况，真正实现了全真模拟，对于工程造价人员，完全可借助模拟效果对工程成本进行预估[2]。
        1.3协调性
        在开展机电系统管线布设施工之中，需多个部门协调进行，明确划分各自的责任，以便更好地完成整体工作[3]。BIM技术的高协调性特点能够更好地模拟工程施工的整个过程，让各相关单位都能够明确整个施工流程，并及时找出施工中可能出现的问题，确保工程施工就够顺利进行，达到提升工程质量、降低施工成本、提高企业经济效益的目的。
        2基于BIM的机电系统管线施工价值分析
        2.1可视化沟通协调
        目前设计院的各个设计专业，开发单位，建设单位的各个部门都在BIM总发包模式下，统一采用BIM可视化协调工作，同在三维模式下，不存在理解分歧，提高了大家的工作效率和质量
        2.2提升设计品质
        通过三维模型净高检测，配合管线剖面图，管线平面图对管线密集处进行合理化管线排布，有效提高净空，某地库利用BIM技术，将整体净空提高90mm，部分区域提高多达150mm，确保了行车高度和停车位净高。
        2.3减少设计变更，提升施工质量
        BIM模型深化设计完成后可以确定预留套管的位置，并生成相应的平面图及剖面大样图，指导现场施工。套管采用预留预埋的形式，避免后期的开洞，对结构不会造成破坏，且避免了因封堵不严导致的渗漏风险。通过对设计模型和深化模型的严格把控，可以明显减少设计变更数量，减少现场拆改，提升施工质量[3]。
        3基于BIM技术的机电系统管线碰撞优化设计
        3.1模型创建
        针对项目施工过程中的各类问题，本文以BIM技术在某建筑物地下车库中机电管线施工优化应用为例展开研究。
        根据施工图纸建立三维机电模型，整个地下车库管线错综复杂，碰撞交叉点密布各个角落，这就给施工过程带来巨大困扰，尤其在各类消防泵房、空调机房、配电房等的进出口位置，重叠交叉，净高空间严重不足，设计过程中各专业设计人员单独设计出现信息差，施工过程中各专业施工人员之间沟通不到位，引起施工过程中的返工现象，造成材料工期的浪费。
        为提高机电系统管线施工品质，节约造价，就应该科学地将现代化信息技术——BIM技术应用于工程施工中。由于该地下室顶板采用的是无梁楼盖结构体系，由于没有梁做支撑分担荷载，所以结构的柱帽设计得比较大，且板厚比较厚。而这些因素都会导致管线排布的困难，在二维设计的情况下，很容易发生无法施工的情况[4]。
        在设计初期，根据BIM设计总包的要求，采用BIM技术对项目全专业的模型进行三维建模，在机电方面采用Revit MEP进行设备管线模型的创建。根据设备专业施工图里面系统的分类不同，采用不同的颜色来体现管道类别，然后进行全专业的协同。该项目总共投入土建专业BIM工程师2位，机电专业BIM工程师2位，采用中心文件分离的方式进行建模，耗时20天完成模型搭建。
        3.2管线综合设计及优化
        在某建筑机电系统管线布设工程BIM技术应用中，机电管线碰撞位置共计有4510多处，按照管线综合原则并考虑到施工的方便，维修空间的大小以及支吊架的定位等因素，最终调整碰撞为零。除了整体对管线碰撞进行调整之外，考虑到管线排布的美观、整洁、便于维修等因素，对重要机房、管井等进行优化调整。
        对水井预留洞口，管道路由进行调整。确保了水井内部管线分专业系统排布规整美观，如图1所示。

        原设计——管线布设不规整、不美观               调整后——管线排布规整、美观
        图1：经调整的水井模型
        3.3碰撞检查报告分析
        首先，将工程建筑结构、水、暖、电各专业BIM模型链接整合在一起。其次，通过碰撞检查设置个专业之间的容差值，整个建筑信息模型第一次共有初始碰撞点4510处。再次，除去建筑和结构已经成型工程实体碰撞点，并对建筑和结构信息完成修正，检测出第二次碰撞点4580处。
最后，根据实际经验和对模型结构和碰撞点统计信息，发现有大部分是自动喷淋支管和其他管线的冲突，根据施工经验及各专业沟通之后做了调整，第三次碰撞点共823处。
针对第三次碰撞检查发现的823处碰撞点进行分析，其中现场施工过程可规避问题561处，占到总数的百分比为68.1％，须上报设计单位协调解决的262处，占到总数的百分比为31.9％。
        3.4BIM技术碰撞检查及净高分析
        （1）碰撞检测结果可以快速查找定位发生碰撞的管线位置，通过双击碰撞点可在模型中快速查看碰撞点所在位置，并可直接在模型上调整修改，软件支持导出碰撞报告，便于施工方会总汇报相关碰撞情况[5]。
        （2）净高分析，首先设置检测范围，选择某一个标高作为净高检测的建筑完成面，其次设置检测规则，支持不同的房间设置不同的净高要求，最后设置检测类别，方便设置参与净高检测的构件。
        4结束语
        当前，BIM技术在国内建筑工程领域中正处于蓬勃发展的阶段，在本建筑机电管线优化和管理模式中应用BIM技术，通过建立模型和效益分析证明了其应用价值，为我国建筑行业内BIM技术的应用和推进作出了贡献。
参考文献
[1]朱明明、谢源、赵星煜、孙雪岩.BIM技术在超高层建筑机电施工中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2021-（04）-25.
[2]张淑静、柯耿、廖春成.基于BIM技术的机电系统管线碰撞优化设计[J].绿色科技，2021-（03）-30.
[3]聂曙光.BIM在高层建筑机电管线综合深化设计中的应用[J].居舍，2020-（07）-15.
[4]袁欣.基于BIM的超高层建筑管线综合技术应用研究[J].西安科技大学，2020-0（07）-01.
[5]李强.BIM技术在地铁机电系统施工中应用初探[J].黑龙江科技信息，2016-（03）-25.