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基于BIM技术的超高层建筑机电深化设计与施工

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：郭建

[导读] 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。

        杭州明捷普机电设计事务所有限公司浙江杭州 310000
        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;
        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
        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。
        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。
        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务；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。
        2.3BIM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3.7m和4.5 m，净高2.2 m和3.2 m。。

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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。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，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。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]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.
        [3]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.