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河南科技馆新馆建设项目BIM技术应用

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：汪凯

[导读]

        黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州 450000
        1、工程概况
        本项目由河南省和郑州市财政共同出资建设，总建筑面积约13万m²，仅次于“世界最大科技馆”——广东科学中心，目前为全国最大的在建科技馆项目，为河南省重点工程，是展现河南文化实力、传播河南历史文化的窗口.
        2、施工前的模拟
        BIM技术在本项目施工阶段主要体现在利用BIM虚拟建造，辅助施工方案优化，从而指导现场施工。
        科技馆新馆项目利用BIM技术进行三维可视化建模，包括建筑、结构、暖通、电气、给排水等专业，增加部分重要、复杂管线的支吊架，从而进行管线综合施工前的真实模拟。通过三维可视化模拟，提前发现碰撞问题、施工工序问题，安装问题等施工阶段常见的问题，针对这些问题对施工方案进行优化，合理排布施工顺序，缩短工期，节省造价。

图1重点区域管线综合施工模拟

        图2消防泵房施工方案模拟
        3、碰撞检测
        工程施工过程中的碰撞分为专业内的碰撞和专业之间的碰撞。科技馆新馆项目基于BIM模型分别进行了专业内和专业间的碰撞分析，对导出的碰撞报告逐步进行了检查，采取改进措施实现模型的优化调整，指导施工。对于严重的碰撞问题我们会形成书面形式的问题报告告知各专业设计师，由设计师和BIM人员共同商讨解决方案。

        图3 问题报高图                       图4 碰撞报告回复
        4、管线综合优化
        管线综合是本项目中涉及专业最多、信息量最繁杂的施工内容，要求在有限的空间内合理布置消防、暖通、电力、通风、给排水等专业与建筑主体结构之间的空间关系，避免碰撞冲突。长期以来，施工单位常用传统二维管线综合的方式进行工程协调，工作量大，效果不够直观和系统，隐藏问题与碰撞矛盾难以彻底暴露，仍埋下了质量返工的弊端因素。例如：使用二维管线综合的方式难以表达清楚部分区域内多层管道相互交叉、十字连接等复杂的管线排布关系。鉴于BIM技术的模型数字化、可视化、真实化特点，将基于BIM技术的三维管线综合应用于工程建设项目可以解决传统管线综合施工方法遗留的诸多问题。BIM技术的三维可视化特性使机电安装工程在施工的全过程中都更易于沟通和操作，提高施工质量和效率，节省时间与投入。
        在本项目中应用BIM技术可大幅减少由于设备管线碰撞引起的返工和材料浪费等增加工程成本的问题。按真实尺度建立的BIM模型为管线碰撞检测提供了可靠平台，将传统管线综合技术难以表达清楚的部分均予以表现，暴露更深层的碰撞问题，助力施工单位全面考虑管线综合。为进行优化调整提供了技术支持，辅以局部剖面及局部轴测图，管线关系一目了然。
        5、系统平衡校核
        在空调、通风系统中，由于同一系统的风管是相互连接的一个整体，因而必然遵循各支路阻力平衡规律，当风管系统的结构形式、管道尺寸一经确定，在一定的风机作用下，各段的风量是按阻力平衡规律自动分配的。在设计计算时未经阻力平衡计算，会导致系统实际风量分配与设计不符。当然我们也可以通过调节风阀来分配风量，但这样一来就又使非最不利环路的风压多余。所以在设计计算时考虑各环路的阻力平衡具有现实意义。
        然而，在传统二维设计中，常常在进行风道水力计算及阻力平衡过程中仅仅凭经验估算或查图手算，这样费时费力还达不到理想效果。因此，在BIM深化设计辅助中，采用了将信息输入模型并在模型中进行校核的方法，基本步骤如下。
        5.1 将各节点间的逻辑关系、管段的相关参数依次输入并保存，然后根据技术要求初步选定各管段的假定风速；
        5.2 根据假定风速自动计算管段当量水力直径及阻力损失；
        5.3 用节点逆寻法自动查找系统各环路的路径及阻力损失，并确定系统最不利环路；
        5.4 对非不利环路进行自动阻力平衡；
        5.5 对计算结果进行校核。
        6、BIM在本项目中运用的价值
        资产或设备管理人员依靠CAD图纸和可以写入格式的数据，来收集有关于资产或设备的有用信息。当遇到的突发状况时，不依赖于设计图纸和规范是很重要的。随着BIM技术的出现，项目建设正处于一个高水平的准确性的且不同行业之间有很紧密的沟通效率的状况。资产管理人员可以使用基于BIM技术模型来识别建筑物的不同组件，
        而且在施工期间，通过嵌入的信息模型以识别建筑物的历史。使用BIM软件所建立详细的模型被用于定义建筑物的不同属性和组件，并将其分为几个大类别：结构、建筑、机械和电气。每个组件或属性可以根据它的类型与其属性信息联系起来，例如：一个结构单元可以与它的信息如材料，建设年限、建筑用途，维护或修复所持续的时间以及先前缺陷等等。另外，资产管理人员将精心设计如何将不同属性和组件与有用的信息联系起来，机械组件可以与这些信息如建造者信息，模型ID编号、安装日期、能源消耗和先前维护或修复措施联系起来。科技馆的每个组件会影响整个科技馆的服务水平，因此，对于一个资产管理人员来说，知道每个组件是如何影响科技馆的服务水平的是相当有用的。资产管理人员能够指定不同组件的权重，这样能够获取每个组件对整个科技馆的服务水平的影响。
        7、如何充分利用BIM组织施工
        建筑信息模型（BIM）技术的拓展应用给建筑业的发展带来了新的动力。虚拟施工（VC）技术作为BIM技术在施工阶段的延伸，能够更好地对施工过程进行模拟与优化，提前检测施工过程中可能存在的问题，从而减少返工、提高施工效率。
        借住BIM数据库中的数据具有可计量的特点，大量相关的工程信息可为工程提供数据后台，将成为施工管理巨大支撑。具体的讲，运用BIM技术，能使工程结构信息、成本数据、进度数据、合同信息、产品数据、报告信息等紧密地联系起来。施工各个步骤变得具体、清晰，施工步骤间的关系变得直观、明了。进而人力、资金、材料、机械和施工方法这五要素能够被安排得科学、合理，使工程活动得以实现有组织、有计划、有秩序的施工，使得工程项目质量好、进度快、成本低。具体的，BIM施工组织中的运用体现在以下几个方面：
        7.1 现场布置优化
        随着建筑业的发展，对项目的组织协调要求越来越高。BIM技术为平面布置工作提供一个很好的平台，在创建好工程场地模型与建筑模型后，通过创建相应的设备、资源模型进行现场布置模拟。同时还可以将工程周边及现场的实际环境以数据信息的方式挂接到模型中，建立三维的现场场地平面布置，并通过参照工程进度计划，可以形象直观地模拟各个阶段的现场情况，灵活地进行现场平面布置，实现现场平面布置合理、高效。
        7.2 进度优化
        BIM对工程的模型的建立达到构件级别，所以BIM技术可实现进度计划与工程构件的动态链接。通过甘特图、施工模拟等多种形式直观表达进度计划和施工过程，形象直观、动态模拟施工阶段过程和重要环节施工工艺，将多种施工及工艺方案的可实施性进行比较，为最终方案优选决策提供支持。
        基于BIM技术对施工进度可实现精确计划、跟踪和控制，动态地分配各种施工资源和场地，实时跟踪工程项目的实际进度，并通过计划进度与实际进度进行比较，及时分析偏差对工期的影响程度以及产生的原因，采取有效措施，实现对项目进度的控制，保证项目能按时竣工。