基于BIM技术的超高层建筑机电深化设计与施工

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：为了提高建筑机电深化设计以及施工管理效果，可以采用BIM技术，并在其基础上开展机电深化设计与各方面协调管理工作。为此，该文以某机电工程为研究案例，在正式施工前建立较为完善的BIM模型，基于二维进行断面综合管线排布，再进行三维碰撞检测等措施，有效地解决管线碰撞以及楼层净高控制问题等，同时，利用BIM技术的可视化特点，对大型设备吊运过程进行模拟分析，纠正并解决高层设备吊装问题，较大程度地缓解了施工过程中的协调管理工作，保证项目质量和进度。
　　关键词：BIM技术;机电深化设计;施工管理;超高层建筑工程
　　中图分类号：TU974             文献标志码：A
　　0 引言
　　随着BIM技术在超高层建筑工程中的广泛应用，机电深化设计以及施工管理水平都有所提升。基于此，该文结合某超高层建筑机电工程，具体就项目情况、BIM协同平台及其机电深化BIM设计流程展开，重点探讨管线综合排布、多专业间协调、BIM辅助多专业出图等机电深化设计措施，总结该工程施工管理协调方法，做好技术交底、工序协调、超高层设备垂直运输、一次墙套管预埋、二次墙留洞和现场验收等工作。
　　1 工程概况
　　1.1 项目简介
　　星港国际中心项目位于上海，建筑物为超高层建筑，占地约4.5万m2，总建筑物面积达到45万m2左右，建筑物分为地上与地下两部分，地下总面积约为19万m2，局部最深处达到30 m以上。该项目主要由2幢办公楼及裙房商业中心。其中双塔办公楼为50层，高度为263 m，而商业中心层为4层，地下共两层，建筑面积13万m2。
　　该项目建设中，机电深化设计与施工管理为项目重点，采用BIM技术进行管线优化设计及其协调管理，最终取得较好的项目效果。
　　1.2 BIM协同平台
　　星港国际中心项目建设过程中，为了加强管理，便于沟通协调，构建该BIM协同平台，其主要包含硬件与软件2个部分。
　　1.2.1 总承包单位以及设施配置
　　由总包单位组建机电BIM工作室，BIM团队由建设方、监理、顾问、施工单位组成。项目总包单位进行统筹，机电、土建、消防和弱电等分包紧密配合，实行日常运转。各专业分包各派技术人员组成专业深化团队，由总工领头，根据项目进度的需求安排BIM人员。此外，消防单位以及弱电单位也是其中的重要组成部分，承担着重要的职责。针对消防单位而言，主要根据装修要求及机电深化图纸进行深化设计以及各类子系统的安装。针对弱电单位而言，弱电设计是其中的重点，该工程中弱电问题主要体现在以下4点。1）因为地上地下分为2个施工许可证，弱电系统分为2次招标两次出图。2）该项目分为4个监控中心，监控中心之间的通信线缆多，关系复杂。3）招标图非专业弱电单位设计，弱电分包需要根据中标情况做较大幅度调整。4）安防深化图纸须技防专家评审后确定。
　　1.2.2 软件配置
　　设立中心服务器，连接到各机电专业分包的电脑，各分包均可访问中心服务器文件，在管理员允许的基础上进行服务器文件的删除、修改。对于图纸更新部分，则会保留前版，增加新版。通过BIM软件，统一进行机电专业的建模，各专业在中心模型的基础上通过数据格式的交换，实现与中心模型同步[1]。在协同平台上，统一BIM制图模板，规范制图标准、下发作业指导书，标准化指导机电深化设计工作。BIM协同平台具有统一性及整体性，大大缩短了各专业模型协调时间，便于提高工作效率。
　　1.3 机电深化BIM设计流程
　　在该超高层建筑机电深化设计过程中，采用了BIM技术深化设计方法，深化BIM设计流程。具体BIM技术深化设计流程如下：成立深化设计小组——明确设计思路——设计参数的收集——提出深化设计大纲——确定设计配合流程，制定出图计划——绘制各专业深化设计图纸——BIM绘制过程中发现CAD深化不足之处进行标高以及走向修正——对综合管线CAD图修改——BIM绘制——结束。该流程包含专业模型建设到综合协调的过程。通过明确该设计流程，使得该项目各专业深化设计人员可以按照流程进行整体布局，利用各专业模型进行统筹协调，进而加强机电深化设计以及协调管理。
　　2 BIM技术助推机电深化设计
　　2.1 管线综合排布
　　在该项目建设过程中，BIM团队已经建立完善的LOD300模型，并开展管线综合排布工作。
　　首先，先利用二维技术进行断面综合管线排布，再采用三维碰撞检测办法，避免机电管线和各专业管线发生碰撞[2]。
　　其次，一次墙套管预埋、二次墙和钢结构留洞。主要结合机电专业图纸加以深化设计，在梳理干线基础上调整BIM模型，利用该模型进行综合留洞图纸的绘制，为相关专业施工和深化排产提供指导。
　　加强LOD400模型的建立，主要结合图纸，进行各专业LOD400模型的绘制，同时进行数据上传，方便BIM团队进行该项目机电工程专业综合模型的调整，进而满足LOD400精度要求，具体如图1所示。
　　绘制综合图纸以及各专业图纸。针对审批通过的机电专业综合图纸进行施工图纸的绘制，进而指导该项目现场施工的开展。在指导阶段，依据BIM模型来指导施工，包含机电工程进度管理、质量管理、工序管理、安全管理等方面的指导，进而实现施工全过程的指导。机电施工中，施工人员遵循先主管后分支管，管槽、设备、配线的施工原则，其中管线综合布置时，按照先上层后下层的顺序开展施工任務;根据先大后小，先里后外，先干管后支管，先无压，后有压等工序进行管线安装。综合布线结束后，再利用移动iPad承载的BIM模型进行施工现场验收，确保现场管线布置与模型一致。
　　2.2 多专业间协调
　　该项目包含多个施工专业，为了解决各专业间的协调问题，利用BIM技术可视化的优点，通过多专业的BIM综合协调，提前解决各专业与机电之间的矛盾。以精装修管理为例，设计师考虑到装修美观及视觉效果，但在设计时缺乏对于机电设备等位置的考量，难以掌握各类管线位置、布设情况等。因此，建立BIM模型，可以直观地了解三维空间内的机电情况，同时有利于双方进行沟通与协调。 　　2.3 BIM辅助多专业出图
　　该项目为超高层建筑，与传统建筑相比，具有一定的复杂性，受基坑深度和建筑高度影响，结构的梁，机电的管线、桥架尺寸都比较大。其次，该项目对于净高要求高，地下设备层与地上标准层的净高有着严格的要求，层高3.7 m和4.5 m，净高2.2 m和3.2 m。。由此可见，项目机电设备以及各种管线等方面的布置难度较大。
　　为了解决这类问题，针对机电与弱电的图纸进行建模分析，BIM辅助多专业出图要点有4个。1）对于建筑结构图进行核对。2）剪力墙留洞检测，检查是否其低于标高要求。3）核对管线最低标高，并加强BIM模型的多次审核，如果发现问题，及时更改管线走向，调整安装位置[3]。4）由于各专业交叉施工，管线重叠问题突出，项目人员将工序与施工区域、工种进行细化分工，同时各专业对于BIM模型加以拆分，制作各专业施工图纸，避免耽误工期。
　　3 BIM技术助推机电施工协调管理
　　3.1 施工技术交底
　　利用BIM三维设计手段进行工程可视化设计，使建筑设计图较为直观地呈现在项目人员面前，进而降低建筑设计的难度，同时还方便各方进行沟通交流，使得信息交互效率得以提升。在技术交底中，BIM也起到了辅助作用，通过BIM模型与工程实体情况进行对比，加强工人对项目的理解，有助于缩短工期[4]，加强施工进度方面的协调管理。
　　3.2 施工工序协调管理
　　由于施工工序不合理，很有可能造成管线拆改造费用的增加，甚至延误工期。所以，该项目机电管理中，融入了BIM技术，基于BIM协调平台基础上，安排BIM工作人员针对各环节施工工序加以协调管理。主要建立BIM施工模型，在一些复杂或者管廊、管井等管线分层较多的部位进行BIM工序模拟，可以利用BIM模型实现节点拆分，方便引导施工人员进行严格施工，规范施工工序[5]。而后BIM工作人员再使用Navisworks软件对设备安装以及管线安装工序进行4D模拟，并进行工序模拟视频的制作，解决一些复杂部位交叉施工问题，促使机电施工各专业交叉作业效率有所提升，实现施工工序的协调管理。
　　3.3 超高层设备垂直运输管理
　　超高层设备垂直运输管理协调难度较大，这与3个因素有关。1）该项目专业多楼层高，单台物件起吊耗时长，需要使用塔吊的专业多，运输压力大;而且一旦设备垂直运输管理不到位，很有可能出现安全事故，供施工人员使用的垂直运输梯如拆除过早，会影响工人功效，如拆除过晚，会影响土建、装修的工期。2）该项目避难层及屋顶均有大型设备需吊装，由垂直起吊转为水平移动，存在较大风险。3）机电设备一般进场较晚，如果塔吊根据机电要求时间拆除，会影响擦窗机及屋顶停机坪工期。所以，该项目设备垂直运输管理成为了难题。因此，参与超高层设备垂直运输管理中，主要利用BIM技术模拟设备吊装，进行可视化分析，各方经过严格地审核论证后，分析出可能大型设备吊运过程中遇到的一些问题，再利用BIM模拟技术加以纠正，实现大型设备吊装方案的优化，从而加强超高层设备垂直运输管理，管理过程更具有安全性、经济性。
　　3.4 一次墙套管直埋、二次墙留洞
　　在项目建设过程中，一次墙套管预埋、二次墙留洞为重要施工环节。具体在一次墙套管直埋过程中，主要采用BIM技术，精确定位结构墙体上的机电管线位置，使得后续墙体浇筑施工得以顺利开展，同时也尽量避免机电管线开洞破坏结构。同样在二次墙留洞前，根据BIM给出二次墙留洞图，可减少后期墙面反复开洞修补次数，使得交叉工序也得到简化，同时提高砌体及交叉施工部分质量，呈现出良好的施工效果，真正加强施工管理。
　　4 结语
　　在该项目超高层建筑机电深化设计过程中，搭建完整的BIM协调管理平台，针对项目进行深化设计，主要应用二维进行断面综合管线排布，再完成三维碰撞检测等综合布线优化设计措施，例如对管线安装工序进行4D模拟，解决管线碰撞问题;同时，强化各专业之间的协调管理，利用BIM技术的可视化特点，对精装修工程进行协调，对大型设备吊运过程进行模拟分析，解决高层设备吊装问题;BIM技术的应用使得项目进度管理、质量管理以及安全管理方面也都得到了良好的保障，实现项目综合效益的提升。
　　参考文献
　　[1]胡秋明.基于BIM技术的超高层建筑机电深化设计与施工管理[J].青岛理工大学学报，2019，40（4）：97-103.
　　[2]陈彩渝，杨文杰，徐杰，等.BIM技术在超高层项目设计中的应用[C]//全国高等学校建筑学专业教育指导分委员会建筑数字技术教学工作委员会.共享·协同——2019全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集.全国高等学校建筑学专业教育指导分委員会建筑数字技术教学工作委员会：全国高校建筑学学科专业指导委员会建筑数字技术教学工作委员会，2019：506-510.
　　[3]范传祺.基于超高层建筑设计的BIM技术应用研究[D].合肥：合肥工业大学，2019.
　　[4]冯万茂，杨成文.BIM技术在超高层建筑施工中的应用研究[J].建筑工程技术与设计，2018（12）：139.
　　[5]房学法.浅谈BIM技术在商业综合体机电深化设计管理中的应用[J].中国房地产业，2018（16）：110.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15308107.htm