【BIM学院】第两百一十四期 BIM在超高层机电工程中的全面应用

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一、BIM 在机电安装中实施的需求及目标 1、BIM需要解决的问题 机电管线深化设计复杂,二维设计非常容易出现管线打架现象,在传统施工方式下返工的概率非常大,且分散的二维图纸修改麻烦,若业主有设计变更,则需要大量修改,工作量大,造成人才,财力浪费,延误工期。 机电安装的施工管理困难,施工进度难以监控,材料管理难以有序,项目参与方多,难以协调,项目竣工后,没有整体的竣工模型,难以后续维护管控。保温层、工作面、检修面等碰撞和冲突,通过提前预知施工过程中这些可能存在的碰撞和冲突,减少设计变更,提高施工现场的生产效率。

一、BIM 在机电安装中实施的需求及目标


1、BIM需要解决的问题


机电管线深化设计复杂,二维设计非常容易出现管线打架现象,在传统施工方式下返工的概率非常大,且分散的二维图纸修改麻烦,若业主有设计变更,则需要大量修改,工作量大,造成人才,财力浪费,延误工期。


机电安装的施工管理困难,施工进度难以监控,材料管理难以有序,项目参与方多,难以协调,项目竣工后,没有整体的竣工模型,难以后续维护管控。保温层、工作面、检修面等碰撞和冲突,通过提前预知施工过程中这些可能存在的碰撞和冲突,减少设计变更,提高施工现场的生产效率。


标准的预制管路常以线型化的形式出现,往往存在相同标高的布置方式,按照传统的施工做法,在施工现场做样板的形式,进行对比、更改、再对比、再更改,通过反复拆改最终确定施工方案,导致费工费时。


2、BIM在机电施工中的应用:


  • 通过BIM技术,将各专业管线的位置,标高,连接方式及施工工艺先后进行三维模拟,按照现场可能发生的工作面和碰撞点进行方案调整,实现方案的可施工性,实际需要拆改的工作,运用电脑实现,不仅省时省力,还节约成本,避免浪费材料,同时剖切三维及漫游等方式展示给施工工人,施工人更好理解施工方案,保证施工质量。

  • 检查净高,剖切模型,筛选出净高不符合规范的空间位置,有效避免施工完成后,净高不足的问题。

  • 可通过移动端实现现场管理。

  • 能够对施工进度进行模拟,确保工期。

  • BIM 竣工模型的设备管线应急运维系统,通过BIM模型设备提醒功能,定期提醒业主维护,检查设备,打造智能化,通过BIM模型设备提醒功能,定期提醒业主维护、检查设备。


3、机电施工难点


  • 结构形式复杂,建筑净空要求苛刻,机电可利用空间狭小,综合排布异常困难

  • 机电专业分包多达8家,设计及施工协调难度大

  • 超高层设备及材料运输困难,跨专业协调难度大

  • 工期短、工程质量标准要求高——鲁班奖


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4、BIM实施目标


机电专业全面使用BIM模型进行全区域管线综合排布,全方位用于深化设计、现场施工指导,运用BIM模型集成的“数据库”几何信息(三维),非几何信息(材料信息,构件信息,施工计划信息,质检信息,运维记录信息),做到模型与现场的100%一致性。

5、BIM实施策略


团队建设及软硬件配置


项目组建机电BIM协同工作室,将业主、顾问、项目各施工方、设计团队纳入日常设计协调工作中,统筹各专业分包协同作业,利用BIM技术进行机电专业“虚拟施工”。


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硬件配置

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以总进度计划为依据,合理安排BIM及深化设计、方案及材料报审的计划,做到BIM及图纸先行、方案及材料先行。


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二、BIM在机电安装中的标准制定


1、BIM实施流程


BIM 机电设计及施工协调流程

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机电深化设计及施工协调流程


在收到业主下发的设计蓝图后,首先组织施工各参与方进行图纸会审,同时BIM深化设计团队展开建模、管线综合、虚拟施工等工作,在设计阶段充分考虑各专业的施工工艺和施工工序,在建模阶段解决设计缺陷和施工过程中可能会出现的问题,之后由模型导出CAD图,图纸需由项目部、顾问公司、设计院、业主四方审核通过后方可进行材料采购和现场施工。


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机电BIM标准:在同一协作平台上,统一BIM制图模板,规范制图标准,标准化指导机电深化设计工作。


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三、BIM 在机电安装深化设计阶段的应用


1、总体应用思路


将BIM技术具有的可视化、参数化等诸多特性,结合机电安装工程的特点,以深化设计阶段为开端介入,贯穿整个施工阶段,并将应用成果延伸至业主的运维阶段。把保障工期、降低成本、提升质量,紧密与施工一线结合,切实为业主提供周全的建筑服务作为指导理念。


2、传统的深化设计


从项目来看由于设计人员无现场施工经验造成设计院提供的图纸一般有两个问题:


(1)是系统设计过于保守,细节考虑缺失;

(2)是基本没有管线的标高定位信息。


这在一些大项目中影响尤为明显,该超高层项目中,各机电系统基本都没有准确的标高和定位,按照图纸中的适意位置,现场存在大量各专业之间的冲突,基本是无法正常开展施工的。所以,通过传统机电深化设计解决系统的优化校核和主管线的综合排布。为构建高精度模型提供前提保障。在初步深化的基础上,开展模型构建工作,一方面可以极大程度上减少整体应用过程的工作量,另一方面可以保证模型构建使用的原始图纸的时效性。


3、BIM构建节点计划


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4、BIM模型搭建


(1)BIM负责人编制BIM构建节点计划并确定建模所使用深化图纸,实际选用的各设备、配件的品牌、型号、参数、尺寸,校核现场基础浇筑情况。

(2)各专业BIM工程师依据选用图纸,构建土建、管线、设备BIM模型。设备、配件模型根据实际选用品牌在我司族库管理体系中确定,如无匹配设备根据提供的电子样本自建相关设备族,配件族。

(3)完成各专业模型链接组装。模型包括:

  • 精确的土建结构模型

  • 所用机电管线主管道(一般为大于DN50的管道)

(4)利用BIM相关软件的碰撞检测功能,对初级深化进行校验,并根据导出分析报告逐个排除问题。

通过以上两个阶段,基本保证了机电系统排布方案、系统参数的合理性以及净高满足相关方面要求。


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5、检查设计


风系统检查设计:


(1)送、排风口的距离要适当。排风口与送风口至少保持3米的距离以防气流短路。


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(2)风管的布置要尽量减少局部阻力,即减少弯管、三通、变径的数量。


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(3)新风进口位置:


①进风口底部距室外地面不宜小于两米,当进风口布置在绿化地带时,则不宜小于一米; 

②应尽量布置在排风口的上风侧,且低于排风口,并尽量保持不小于10米的间距。


(4)排风管的新做法


类似的排风系统设计可如下考虑:利用排气扇将室内风排到走廊的吊顶内,在走廊设排风管排风,为有效利用余热,排风机可设置于卫生间。


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(5)风口与墙边的距离不应小于1米。


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(6)风口的选用


①新风口,送风口用双层百叶风口

②回风口用格栅风口

③排风口用双层百叶
④氟系统由于风量一般比较小,如要求冬季采暖需要,宜采用用双层百叶,不能用散流器。

⑤风机盘管带两个风口时宜选用带调节阀的双层百叶


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(7)风口凝露是由于风口小,温度低。可加大风口尺寸防止凝露。


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(8) 排烟风口布置

①走廊超过60米,做排烟口;

②电梯前室用常开型多叶送风口,每层设一个; 

③楼梯间用自垂百叶风口,2-3层设一个。


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(9)吊顶内的风管布置原则:从上到下依次为排烟风管,排风管,送风管,水管。


(10)送、排风口的相对位置:空调房间并行送排风管时,送排风口尽量不要并列布置,最好交错布置。


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(11) 送风管的设计:尽量使风在送风管内不倒走,确保良好的管内气流流动和出风效果。


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6、碰撞检查


(1)设计管理


将已经完成的土建和安装专业BIM模型输出相应的碰撞文件,利用碰撞系统集成全专业模型进行综合碰撞检查, 并详细定位每处碰撞点。


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(2)施工协调


利用碰撞检测,在电脑中提前预警工程项目中各不同专业(结构、暖通、消防、给排水、电气桥架等)在空间上的冲突碰撞。工程管线种类多,各专业管线相互交叉,施工过程中很难完成紧密配合,互相协调,明确各参与方责任。


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(3)提高解决问题的效率


利用BIM软件平台的碰撞检测功能,根据各专业管线发生冲突时,有压管让无压管,小管线让大管线,施工容易的避让施工难度大的,再考虑管材厚度,管道坡度,较小间距以及安装操作与检修空间,较后结合实际综合布置避让原则,完成结构与设备管线图纸之间的碰撞检测,加快各专业人员对图纸问题的解决效率。


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预先发现图纸管线碰撞冲突问题,及时反馈给设计单位,进行施工方案优化,减少由此产生的变更申请单,避免后期施工因图纸问题带来的停工以及返工,不仅提高施工质量,确保施工工期,还节约大量的施工和管理成本,也为现场施工及总承包管理打好基础,创造可观的经济效益。


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7、问题报告


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8、管线综合优化调整


碰完成之后,利用BIM系统三维可视化的优点——处理碰撞点。考虑现场施工便利性和使用功能的前撞检查提下,要确定排布原则,并提出多套方案供项目选择。


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确定方案之后,在三维状态下重新细致地排布管线,尽可能避免出现碰撞点。


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确定方案之后,在三维状态下重新细致地排布管线,优化净高。


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9、管件及附件管控优化


设计优化。工程设备管线利用BIM技术对各类管材及附件等的路径与尺寸进行优化和管线综合平衡设计,减少部分管线的长度和弯头数量,找出较短路径、较优尺寸,做预留孔洞或管线预埋。


据统计,因节省材料需用量而降低成本可达项目总造价的3%以上,有效降低材料成本,实现降本增效目的。以暖通风管的钢板制作与安装为例,按常规的制作与安装方法,损耗量多数都会超过定额所规定的11%,通过BIM技术,大大减少废料,项目损耗率不足4%,同时,优化施工工序与工艺,还可提高施工效率,减少返工。


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通过搭建各专业的BIM模型,设计师能够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突,从而大大提高了管线综合的设计能力和工作效率。这不仅能及时排除项目施工环节中可以遇到的碰撞冲突,显著减少由此产生的变更申请单,更大大提高了施工现场的生产效率,降低了由于施工协调造成的成本增加和工期延误。


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超高层立管的承重支架以及伸缩节设置方案

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VAV空调系统末端设备安装方案

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大宽度风管下喷头安装工艺方案

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10、碰虚拟仿真漫游


在完成综合排布楼层内,可以模拟第一人称的视角进行漫游检查——查看管线排布情况,管线属性信息,对比管线排布后建筑物的净高与装饰吊顶是否有冲突,同时,还可以模拟设备进场路线。在大体积机电设备进场施工亲,要进行三维交底工作。


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11、基于BIM模型的深化设计流程


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12、BIM多方会议及交底


利用软件生成剖面详图及对应的三维大样图、问题报告,通过可视化设备放置在交流屏幕上,设计人员通过交流屏幕分解施工BIM三维模型讲解各项技术参数对施工人员进行技术交底。


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13、BIM深化设计管理


机电BIM工作实施全区域BIM综合,所有区域管线排布均严格按照现场实际施工需求进行绘制,包含管道材质、排水管坡度、保温、支架尺寸、设备阀门外形尺寸、检修放线空间预留等。


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14、BIM强化族


自建参数族强化细部节点设计。利用BIM技术对管井、设备安装等节点部位进行优化设计,为其细部做法提供方案性指导,节省现场样板制作费用。


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15、综合天花设计


方案讨论确定以后,由BIM工程师在于装饰专业协调后,根据精装方案,进一步完善BIM模型的末端(小于DN50的管线,喷头、风口、开关、灯具等),使模型精度达到LOD300以上。并利用模型生成我司特有的综合机电管线BIM深化图,导出BIM图纸。


借助BIM技术参数化设计特点,通过各构件信息自动生成平面布局,同时借助BIM可视化特点,各专业在设计过程可以随时查阅各构件之间协调关系,保证了综合天花设计、讨论、决策都在可视化状态下进行。


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16、图纸管理


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四、BIM 在机电安装施工管理阶段的应用


1、施工进度管理:通过对BIM模型进行节点拆分,制定切实可行的工序计划,模拟施工工序,可视化协调各专业分包交叉作业。


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2、设备运输模拟:狭窄的建筑空间,复杂的结构形式,上百家施工队伍交叉作业,上千台大型设备吊运压力重重。通过可视化施工方案模拟,指导各专业施工工序有序配合。


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3、墙体砌筑提资:根据管线排布密集程度,合理编排二次墙体砌筑与管线施工的工序计划。


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4、颠覆施工工序:高精度的机电模型,打破了传统先砌墙后开洞的模式,做到了一墙一图、一井一图。墙体砌筑计划根据机电需求合理编排,实现了二次墙体套管的一次预埋,杜绝了现场打砸发生。


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5、管道井管套预留


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6、预制加工


管道预制与管道安装的分离已然是大势所趋,将管道预制技术有效的运用到管道预制工厂和管道预制现场,提高管道工程建设的质量水平,缩短管道工程建设的工期。为了提高预制加工图的精度,我司创造性的将BIM技术运用到预制加中, 为预制加工的发展提供了一个新的方向。


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7、可视化交底


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8、预制加工与集成应用


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9、RIFD物料追踪系统的应用


在关键设备上贴二维码,通过RFID扫描得到的信息与BIM模型关联,管理人员可以根据RFID传递的信息对现场发生的情况(例如:施工进度情况、材料使用情况等)了如指掌,便于进行管控。


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10、协同管理平台


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11、施工质量管理


项目始终坚持BIM指导施工的理念,利用IPAD进行工程过程验收,对现场施工与模型不一致地方进行及时纠偏,最终实现了现场与模型的100%一致性。


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五、BIM 后期运维应用


1、竣工模型构件信息录入


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2、维修保养计划


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3、空间管理,资产管理


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六、BIM 经济效益分析


1、减少拆改:本工程深化设计到目前为止共解决设计问题约3200余处,通过实际核算,共为本工程节省拆改费用约640万元。


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2、节省材料成本


(1)T1-B1层母线路由优化:前面为优化前路由,后面为优化后路由,优化后节省母线65m。

(2)T2-B1层新风路由优化:前面为优化前路由,后面为优化后路由,优化后节省风管38㎡。(3)T1-B1层排风路由优化:前面为优化前路由,后面为优化后路由,优化后节省风管25㎡。


在结构施工本工程正在进行中,通过对BIM管线优化工程量的实际核算,本工程实际节省材料费约260万元。


通过对BIM管线综合,能够准确的进行工厂加工,设备房能够采用预制拼装施工做法,不仅材料损耗降低,加工效率提高,施工安装工期也节约,本工程实际节省材料费约60万元(仅统计风管)。


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3、采用综合支吊架


利用BIM技术对管道支架的排布进行优化,并对支架的受力进行计算,采用综合支吊架,不仅节约了施工空间,达到更加美观的效果,而且节约支吊架的材料成本和施工成本。本工程初步估算节约支吊架成本超过10%。


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4、打破传统工序


(1)各专业相对独立施工:图纸中显示了每条管线及设备的水平定位及标高信息,各专业可以相对独立施工,节省工期10%

(2)设计问题提前解决:虚拟施工过程已经解决了大量设计问题及施工中可能会出现的问题,节省工期5%

(3)综合支吊架:成排管线采用联合支架,只需一次安装支架时间,节省工期5%


5、经济效益分析


该项目BIM模型形成的过程,是协调各专业按施工图标准完善深化设计的过程,是一次对整个超高层建筑机电安装的虚拟建造,我们秉承施工图就是竣工图的理念,在虚拟建造的过程中,解决了各专业间的设计矛盾,利用精准的BIM模型辅助施工管理,使得实体管线的易施工性得到了充分体现,为整个项目争取了可观的经济及工期效益。


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首先感谢能看到这里的小伙伴,文章真的很长,也希望通过这篇文章,让大家对机电工程中BIM全面应用的分解有一个明确的认识。本文中的案例对BIM在机电专业的应用讲解的比较详细,从每一个最小的步骤开始应用BIM,相信对大家来说不是什么难题。

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