BIM技術在高層建筑機電安裝專業落地應用點分享

2021年1月28日
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隨著建筑技術的發展,越來越多的高層、特別是超高層建筑在國內遍地開花,而在超高層建筑中機電施工如何更好的緊跟技術發展腳步,開拓創新,更好的處理好施工中的重點難點技術問題,成為了眾多機電施工單位的發展的突破瓶頸,若要立足高層建筑市場,就要保證施工質量達到設計要求和規范標準,同時又能降低成本提高效率,而隨著bim技術的推廣使用,高層建筑中機電施工技術又得到一個利器。BIM技術是工程項目通過技術管理、進度管理、質量管理、安全管理、協調管理等方面所開展。本文將著重講述BIM技術在高層建筑機電安裝施工中的應用。

近幾年房地產的發展和城市化進程的加劇,使得建筑行業的也一片繁榮景象。但是行業整體能力參差不齊,開放式管理生產效率低下,機電施工尤甚,由于受到設計制約、土建工作面制約,以及相關技術方面的制約,作為建筑物內部命脈的機電專業的發展,也相對限制了建筑行業的整體水平線。根據美國《經濟學人》調查表明,25%-30%的施工流程是返工工作;建筑勞動30%-60%浪費在交錯工序、返工中;建筑材料浪費率10%以上。以上數據表明建筑行業包括機電專業的精細化管理亟待解決,在這樣的一個大環境下,BIM技術逐步興起,BIM(Building Information Modeling)—建筑信息模型,是指建筑物在設計和建造過程中,創建和使用的可計算信息,是數字化的建筑多維信息模型。所有的工程數據,提供可自動計算、查詢、組合拆分的實時工程數據。為項目信息創建、管理提供準確、實時的共享數據平臺。在整個系統的運行過程中,要求甲方、設計方、監理方、總包方、分包方、供應方多渠道和多方位的協調,并通過網上文件管理協同平臺進行日常維護和管理。BIM系統管理貫穿建筑物的設計、施工、運營,包含設計方、施工方、建設方等多單位的工作。BIM技術逐步得到行業和國家的認可,施工管理的開放式管理,也逐步走向精細化,節約式。本文針對機電施工過程中出現的普片問題,就BIM技術給予的新型解決方案加以概述。

BIM技術在高層建筑機電安裝專業落地應用點分享

1、管線綜合圖(Combined Services Drawings)的應用如果一個建筑物比作一個人的話,那么機電管線就是這個人的血管經脈,一般小型建筑或住宅建筑可能較為簡單,但高層建筑、超高層建筑由于多為商業綜合體,建筑內業態復雜,設計標準嚴格,設計要求高,造成了機電管線系統復雜,管線路由密集,而高層建筑、超高層建筑業態要求凈空高度高,于是空間小,管線多的管線綜合排布問題會導致后期施工過程中的反復拆改。
早期由設計院給出的設計圖紙圖紙,因為是分專業設計的思路,致使后期機電專業的及時繪制綜合管線圖(CSD圖- Combined Services Drawings),也只是將各專業的平面布置圖進行簡單的疊加,在疊加過程中按一定的原則,如小管道避讓大管道,有壓管道避讓無壓管道,水管避讓電管道等,確定各種系統的管線的相對位置,確定相對位置后,進一步確定各管線的原則性標高,并針對關鍵位置繪制局部剖面圖,最終完成管線綜合圖紙CSD圖。但由于是以二維管線圖紙來確定三維管線的相對關系,若系統簡單的管線還可以處理,當系統復雜,管線眾多時圖紙變很難指導施工,造成的管線反復拆改便在所難免。通過二維圖紙繪制的管線綜合圖,由于其二維空間限制從根本上就存在如下缺陷不足:二維圖紙中各專業管線交叉區域難以全面分析,管線間存在的各種碰撞無法完全暴露及避免,即便有些管線交叉的位置設計院會給出局部處理剖面或其他方法,但由于機電管道的系統連續性強,繪圖者很難把管線連貫性考慮進去,即機電管線接駁困難,或無法接駁,很容易顧此失彼;此外由于多專業圖紙疊加的二維平面圖管線交錯,增大了識圖難度,進而增大綜合排布難度。
然而通過使用BIM技術的強大的三維功能,三維的可視化,降低了識圖的誤差。施工前期使用revit或其他類似功能軟件,根據二維設計圖紙繪制三維模型,將復雜的二維圖紙轉換為真實的三維模型,于是二維專業圖紙疊加出的綜合管線圖存在的問題都通過可視化調整而迎刃而解,調整過程中配合建筑結構模型,完美的展示了綜合存在的各類問題,針對復雜點位,還可提出合理修改建議,或建筑結構需做出的配合調整。在高精度模型完成后,還可以進行碰撞檢查,發現一些細微碰撞,避免由于人工疏忽所帶來的管線排布的紕漏,這些都極大的避免施工過程中造成返工和材料的浪費等問題。

2、預留預埋圖Combined Buider's Work Drawings(CBWD)的應用預留預埋圖即 Combined Buider's Work Drawings(CBWD),分為一次結構預留預埋圖和二次結構預留預埋圖,機電施工過程中,涉及許多與土建專業交差作業,其中預留預埋圖紙屬于機電提資,在多專業綜合模型調整完畢后,精度可達到指導施工要求,并實現模型零碰撞后,可以使用bim軟件依據機電管線位置,在結構模型中開洞,而根據結構模型中的洞口位置,可導出預留預埋圖,從而避免機電施工提資不充分,預留圖紙不準。由于結構留洞后期更改不易,機電管線若就洞而造成過多的不合理翻彎。隨著技術的進步和模型精度的不斷提升,目前已有項目在二次墻體砌筑中也采取了預留預埋,由于建筑后期防火封堵施工難度大,一步砌筑到位,減少了后期封堵以及現場交叉施工的溝通,提高了工作效率,也達到了降低控制成本的目的。

3、工廠預制化加工及裝配式安裝機電安裝向工廠預制化和現場裝配化發展,它們相互獨立進行,亦相互影響。只有大面積管線、管件的工廠預制化才為現場裝配化帶來操作基礎;而通過現場裝配化所帶來的效益,更促進了工廠預制化的前進。
工廠預制化是通過圖紙提取管線制作分段圖、放樣圖,在工業化工廠內流水作業式機械化生產。無需在施工現場再次切割制作。傳統的機電安裝工程現場制作,需要現場的加工廠地;且臨時場地中動火生產存在安全隱患,并對施工現場環境造成污染,;耗費大量人工,且制作管道管件質量對制作人員要求高,管道管件質量隨機性大,若制作過程中尺寸有所偏差將導致不必要的返工或者報廢。這些生產上的弊端,通過工廠預制,機械化流水制造都可以避免,機械高效率的的生產,還不受施工現場空間環境的影響,也不受其他施工進度的影響,在工廠內提前預制,按施工計劃合理時間進場,直接投入施工中,避免管道管線的存放與保養。
但是因為早期機電管線設計圖紙與施工現場實際管線布置偏差大,即便通過二維圖紙繪制了綜合管線圖,仍不能夠精準導致預制加工圖紙,因為加工圖紙精度低,預制加工不準確,預制化加工也便無法體現其節約成本,效率高的一面。然而在使用BIM技術,特別是高精度的機電管線模型,因其模型精度高,數字信息詳細準確,可通過高精度模型借由BIM軟件轉換為管道分段及放樣圖紙,這樣既滿足工廠預制要求,也能滿足管道現場安裝要求。這樣可以減少重復勞動,通過預制化加工提高現場施工效率,并能確保工作的一致性和工作的同步性。
當全部管道管件均可由工廠預制加工完成,現場安裝過程即利用已完成管線或管線組合件,根據管線編號和裝配圖紙,實施機械化安裝,對全過程進行質量和安全的監測控制。這樣既是由工廠預制化帶來的施工現場裝配化。施工現場裝配化給項目帶來如下優點:現場安裝利用機械設備,減少了現場作業人員。組合式構件,裝配式、機械化的安裝,對安裝人員的技術要求低,減少了現場施工人員、減輕了勞動強度、提高了施工效率,保障了工程質量。減少高空作業和輔助設施的架設,在提高技術水平和效率的同時,更保障了施工人員的安全。避免污染,降低了安全隱患。減少了現場的切割和焊接,可避免污染和安全問題。

4、施工工序及進度計劃的應用施工計劃是施工單位進行生產的重要依據,是工程質量、進度、投資三大建設管理的核心內容,合理的工序和進度計劃在施工項目中可以使項目的參與各方達到協調,僅根據施工圖紙、相關圖集、總控計劃等資料,制定的施工工序、進度計劃存在著盲目限定工期、誤工、返工考慮不足等缺陷。而BIM技術,由3D模型加之時間,發展為4D模型,就可以讓項目施工人員能夠輕松的預見的施工進度計劃。 與之前施工單位編制的施工進度計劃的橫道圖、網絡圖,使用BIM軟件制作的4D模型的有點就顯而易見。橫道圖和網絡多用于技術人員和管理層面,并不能廣泛推廣到施工過程中的各級各類的人員中,但是BIM技術中的4D模型卻可以將施工中的每一個工作以施工模擬制作可視化視頻來顯示,使得項目中每一個層級人員都可以接受理解,并予以執行。
高層建筑、特別是超高層建筑中由于設計功能齊全,系統復雜,機電管線復雜,交叉多,施工難度大,為了避免由于現場施工工序的不合理造成的管線拆改,工期延誤以及費用增加,需要施工單位對于局部復雜部位或關鍵部位:比如管廊,管井,十字交叉走廊以及大型機電設備機房進行施工區域劃分,對每個區域進行節點劃分,對節點內的機電管道或機房內設備,依據計劃所需的時間制作施工工序模擬,運行BIM相關軟件在電腦上將管線、設備的安裝施工工序通過可視化視頻,模擬出現場施工,制定出最優的施工方案。

一般流程為:根據高精度機電BIM模型,完成CSD綜合圖紙的制作,根據圖紙進行區域劃分;然后依據劃分區域綜合排布情況,編排合理的機電管線施工工序計劃;并將編制好的機電管線施工工序計劃導入Navisworks軟件,進行4D工期計劃的制作。施工工序模擬視頻用作指導復雜部位的機電管線施工。
通過相關BIM軟件在電腦上將機電管線、機電設備施工工序、施工進度計劃加以模擬,制定合理的工序、施工進度計劃。根據施工工序模擬結果,可以用來驗證施工計劃的可行性,并依據可行性計劃合理安排人工、機械、材料。起到減少成本,提高效率,節約工期的目的。
此處于土建施工模擬類似

結束語

利用BIM技術能有效的提高機電安裝的生產效率和工程質量,BIM技術的實施在施工過程中貫穿了深化設計,進度計劃,技術交底,施工及驗收等全過程。以其精準的三維模型和參數化設計,使得圖紙設計修改的效率有了很大的提高,克服了傳統施工設計的難題。從施工及管理過程中達到施工節約成本,提高工程品質。BIM技術作為一項新興的技術,隨著信息技術的深入發展,基于BIM技術的施工技術也將成為機電施工的一大趨勢,在通過不斷的實踐,總結經驗教訓以促進施工技術的進步和發展。

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