BIM案例丨大型地下室机电管线综合的BIM技术应用

摘要：通过BIM技术在实际工程项目建设过程的协同应用，选取地下室机电管线综合分项作为案例，简要介绍了BIM协作平台、BIM团队与工程各参与方的协作模式，以及地下室管线综合设计优化过程BIM的协作内容及阶段总结。

　　0 引言
　　本项目为一座超高层写字楼，总建筑面积约15万m2，地上50 层，地下4 层，建筑高度250m，BIM技术由开发商直接导入，时间点为施工图纸已完成，地下室土建伊始，采取全过程第三方BIM团队咨询服务的方式，协作时间为2013-12—2017-01( 计划竣工) 。以下对其中地下部分机电管线综合前期设计优化的BIM协同分项进行介绍。
　　地下室4层建筑面积共计约4. 29万m2，主要为停车库、设备用房及管理用房，机电管综的BIM前期协同周期为2014-02-20—2014-11-14( 施工逐步开始进场) 。多方协作采取云端共享，BIM客户端软件，各阶段分项的BIM汇总报告、工程项目例会等相结合的方法，整个过程参与方主要包括业主设计部、工程项目管理部、各施工分包、班组、BIM团队等［1］。
　　1 BIM协作平台及方式
　　1. 1 第三方BIM团队的服务模式
　　以业主利益为优先原则，根据工程建设不同进度、阶段、不同分项的需求，由独立的BIM团队提供全专业、全过程跟进的伴随式协同服务。BIM团队的主要构成包括: 建模团队( 建筑专业背景的人员构成) ；工程技术顾问团队( 具备多年工程设计施工经验的人员构成) ；软件开发团队［2-3］。建模范围包括但不限于建筑、结构、机电、幕墙、钢结构、装饰、市政、景观等专业。
　　1. 2 BIM协作平台及方式
　　1) BIM前期问题汇总报告通过分析项目资料及设计图纸，根据分项需求，BIM团队快速进行初步模型搭建，并提前出具专业问题、优化建议等BIM汇报，供多方协商讨论，如为重大问题则上会提报；根据结论BIM团队继续进行模型调整更新、深化完善。
　　2) 云端共享中心工程项目资料、BIM过程模型共享至云端，项目管理人员、专业人员等工程参与方通过其本地客户端软件使用模型进行各种问题交互，BIM团队负责实时更新过程模型文件［4-5］。
　　3) 各个分项讨论、协调会、工程项目例会基于BIM的直观展示各种疑义、问题、方案比对，通过项目协调会议、每周例会进行快速明确、协商解决。设计阶段和施工阶段的BIM协作方式图解如图1所示。


　　2 大型地下室机电管综的BIM技术应用案例分析
　　2. 1 地下室BIM初步协同
　　超高层建筑机电专业系统的复杂性体现在：①系统多包括空调、通风、消防、给水、排水( 污、废、雨) 、强电、弱电、智能化等；②设备机房多；③主管管径大，分支管线密集等。本项目的地下室机电管线施工对各参与方都是一个挑战，前期的系统梳理、沟通、管综排布、设计优化尤为重要［6］。
　　地下4层机电系统管综的BIM 前期协同周期为：2014-02-20—2014-11-14 ( 施工逐步开始进场) ，其中2014-02-20—2014-07-02，BIM 团队与业主设计部、工程项目管理部及施工分包一起完成了地下4层机电系统的初步协同工作，如图2所示。


　　1) 土建施工前，预留预埋校核及问题修正由于工程工期紧张，业主要求BIM的建模速度要快，在土建施工前，首先解决土建预留预埋的校核问题。2014-02-20完成BIM各专业初步模型链接( 机电模型完善度满足50mm以上管径) ，并出具初步汇总报告，如图3所示。


　　第1个BIM协同应用的任务是扫除土建预留预埋遗漏问题，表1为预留预埋问题数据统计，该项目地下室仅暖通专业共计17处预留洞口土建施工图纸遗漏表达( 剪力墙平均0. 7m2 /个) ，其他还有楼板、给排水管道预留预埋等问题，通过BIM的三维模型大部分在早期提前发现，出具设计变更予以解决，避免了后期的敲打补强对结构的损伤以及签证费用。




　　2) 管线布置问题的提前暴露建模过程实际又完成了一次设计图纸校审工作，二维设计较难协同到位的地方，通过三维模型的搭建更容易、直观地予以发现，并明确，如图4所示雨水管布置问题。图5所示机电管线密集、后期施工难度大的区域提前暴露，提交专业部门协商。BIM初步管综意见：BF～B3层核心筒至设备房Z形走道区域无法进行管线综合，必须设计变更调整( 后期设计变更把电气桥架大部分转移出去) 。




　　3) 机电管线优化前期机电管线的优化极有助于项目的后期施工及成本控制。以地下BF～B1层北侧机房大尺寸管线优化为例：DN500空调冷冻水管、DN600冷却水管，600mm柴油发电机房排烟管各2根，原设计走向如图7a所示，沿途对层高及其他机电管线布置造成影响，如图7b所示。
　　通过BIM的提前模拟，问题暴露后，由业主设计部会同设计单位进行反复分析、讨论，优化调整后的设计走向如图7c，7d所示。设计优化的前后数据比较，如图8所示。夹层、1层北侧机房机电大尺寸管线优化成果如下。




　　1) 层高优化解决局部区域层高1. 2m及1. 8m问题，大部分区域净高控制为2. 3～2. 4m。
2) 增加车位增加11个，按50万元/个× 11个= 550万元。
3) 管线优化保温水管DN500，DN600合计减少88. 2m，弯头配件减少12个；螺旋不锈钢风管600mm减小22. 6m，弯头减少4个。
4) 其他提高施工效率，美观度；减少后期拆装次数及签证费用等。
2014-12-15地下夹层及1层北侧机电系统部分利用移动端设备进场施工。


　　2. 2 地下室机电管综BIM深化及层高控制
　　经过BIM初步协同，解决预留预埋、磕错碰漏、管线系统设计优化后，BIM模型同步调整、更新，2014-07-02提供地下部分BIM协同汇报，根据BIM深化模型，开始会同设计部、工程管理部逐层、逐个区域制定机电系统的管线布置、地下室层高控制原则，如图9所示。同时对每层每个区域的难点继续协作攻克［7］。至2014-09应工程部要求，逐步提供机电管线系统的主材工程量供业主参考；进行部分采购品牌设备的模型替换及安装校核工作等［8］；2014-11地下室机电管线施工开始大面积铺开。
　　2. 3 总结
　　从2013年12月—2015年1月，本工程执行了较为完整的全专业、多方参与的BIM协同，仅选取地下室机电系统分项作为案例介绍。1年期的BIM协作取得了一定的成果，但对BIM技术的深广度而言，仍存在许多未达预期的不足，如技术成熟度、多方协作的紧密程度、共享中心文件的管理、实际施工的协同等。如项目更早期在方案或初期设计阶段导入BIM，会在层高压缩、建筑面积利用率( 管井、设备机房等) 以及管线走向等方面给予项目更大的价值贡献。根据合同BIM的协同工作还在继续，地下4层BIM全专业链接模型如图10所示。


　　3 结语
　　从刚开始业主对投资做BIM的怀疑到1年后的普遍认可，从每个人的工作模式改变到成为习惯，从对BIM的高度期望到实际落地应用的差异，虽然当前阶段每个BIM项目的推进和每个工程分项的实施都显得很艰难，但已经难以遮挡越来越耀眼的BIM价值光芒。
　　参考文献
　　［1］TAMEＲA McCuen，LEE Fithian． Team process and dynamics demonstrated in interdisciplinary BIM teams［D］． Oklahoma :University of Oklahoma，2010．
　　［2］刘保石，贺灵童．企业如何打造BIM技术团队［J］．施工企业管理，2013( 12) : 45-46．
　　［3］何关培．现阶段不同类型企业BIM应用的关键问题是什么?［J］．土木建筑工程信息技术，2014，6 ( 1) : 9-12．
　　［4］陈杰，武电坤，任剑波，等．基于Cloud-BIM的建设工程协同设计研究［J］．工程管理学报，2014( 5) : 27-31．
　　［5］何清华，潘海涛，李永奎，等．基于云计算的BIM实施框架研究［J］．建筑经济，2012( 5) : 86-89．
　　［6］高远，邓雪原．基于BIM 的建筑MEP 设计技术研究［J］．土木建筑工程信息技术，2010( 2) : 91-96．
　　［7］刘政．BIM技术在机电安装工程深化设计中的应用［J］．安装，2014( 6) : 56-58．
　　［8］梅挺，呼晓波．BIM与PMS在上海中心大厦机电安装工程中的结合应用［J］．工程质量，2013( 10) : 48-51．
　　（来源：施工技术 王健 福州品成建筑工程设计有限公司）