BIM在機(jī)電工程中的應(yīng)用探析——以北京燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目為例

本文將利用BIM軟件建立燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目樣板間工程的結(jié)構(gòu)模型及機(jī)電管線(xiàn)綜合模型，并進(jìn)行仿真分析，完成了機(jī)電管線(xiàn)的碰撞檢查，結(jié)合工程實(shí)際，為后期BIM技術(shù)在燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目正式工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和快速發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)方式發(fā)生了深刻變化，使建筑師、工程師從手工繪圖走向電子繪圖，從而縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，可以說(shuō)CAD技術(shù)的應(yīng)用是建筑工程領(lǐng)域的第一次革命。BIM技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的一項(xiàng)數(shù)字化新技術(shù)，為建筑工程領(lǐng)域帶來(lái)了第二次變革，實(shí)現(xiàn)了從二維圖紙到三維模型的轉(zhuǎn)變。

作為一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，BIM正引領(lǐng)著建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次，它的全面廣泛應(yīng)用將對(duì)建筑工程領(lǐng)域產(chǎn)生無(wú)可估量的影響，為建筑業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的效益，使整個(gè)工程的質(zhì)量和效益顯著提高。然而B(niǎo)IM技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用還只是剛剛開(kāi)始，但會(huì)逐步推廣和深入到建筑行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，從全球化的視角看，BIM作為一種全新的理念和技術(shù)，對(duì)其應(yīng)用已成為建筑行業(yè)的主流。

本文將利用相關(guān)BIM軟件建立燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目樣板間工程的結(jié)構(gòu)模型及機(jī)電管線(xiàn)綜合模型，并進(jìn)行仿真分析，完成了機(jī)電管線(xiàn)的碰撞檢查，結(jié)合工程實(shí)際，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了綜合分析，為后期BIM技術(shù)在燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目正式工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1.建筑信息模型的發(fā)展及應(yīng)用

1.1建筑信息模型的概念

建筑信息模型是指在開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下，建筑設(shè)施的物理特性、功能特征以及相關(guān)的項(xiàng)目生命周期信息的可計(jì)算或可運(yùn)算的表現(xiàn)形式，它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)(IFC，Indus-tryFoundationClass)，集成的建設(shè)工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。建筑信息模型是對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)體與功能特性的數(shù)字化、參數(shù)化的表達(dá)，可以持續(xù)、及時(shí)地提供有關(guān)項(xiàng)目的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且完整可靠，是設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員應(yīng)對(duì)各種建筑信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作的基礎(chǔ)。

1.2建筑信息模型的發(fā)展背景

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要采用AutoCAD等設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行二維圖形的設(shè)計(jì)，然而這種工作模式與傳統(tǒng)手工繪圖方法類(lèi)似，只是利用了計(jì)算機(jī)作為繪圖工具，提高了繪圖效率和繪圖精度，并未從根本上將設(shè)計(jì)師從繁重的繪圖任務(wù)中解放出來(lái)；另一方面，為了推敲細(xì)節(jié)與最終設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)師們雖然可以在3dsMax等三維設(shè)計(jì)軟件中制作效果圖，然而此類(lèi)三維模型并未集成建設(shè)工程所用的材料、材質(zhì)及其他相關(guān)信息，其目的僅僅是為了得到三維動(dòng)畫(huà)或效果圖；此外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件無(wú)法將平面、立面、剖面與三維模型統(tǒng)一關(guān)聯(lián)，某一圖紙作了變動(dòng)，其它圖紙并不隨之改變，因此往往出現(xiàn)各種圖紙表達(dá)互相矛盾的現(xiàn)象。

以上是目前CAD設(shè)計(jì)面臨的普遍問(wèn)題，是進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率所面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，因此通過(guò)計(jì)算機(jī)新技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題便成為各軟件廠(chǎng)家競(jìng)相研究的對(duì)象。建筑信息模型技術(shù)提供了可靠的解決方案，它根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將整個(gè)建筑在電子三維環(huán)境中完整的表現(xiàn)出來(lái)，模型中蘊(yùn)含了完整的實(shí)際信息，包括材料、材質(zhì)、規(guī)格、型號(hào)、尺寸、構(gòu)造及其他各種相關(guān)信息，從而把整個(gè)建筑模型化、數(shù)字化。

1.3建筑信息模型在機(jī)電工程中的應(yīng)用

在機(jī)電工程施工過(guò)程中，可以利用BIM技術(shù)的碰撞檢查、施工模擬及工程量統(tǒng)計(jì)等功能，進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，達(dá)到節(jié)約材料、控制成本、加快施工進(jìn)度、確保工期目標(biāo)的目的。通過(guò)BIM技術(shù)相關(guān)軟件建立三維數(shù)字信息模型，在施工深化階段對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)及機(jī)電專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)進(jìn)行綜合碰撞檢查，是BIM技術(shù)較為直觀(guān)、突出的功能之一。它可以將發(fā)生沖突的管線(xiàn)以高亮的形式顯示出來(lái)，從而使施工技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)沖突，并在施工深化階段對(duì)管線(xiàn)布局進(jìn)行合理優(yōu)化，避免因后期返工帶來(lái)工程費(fèi)用的增加及建設(shè)工期的延長(zhǎng)。

在工程建設(shè)過(guò)程中，借助于BIM技術(shù)，還可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工管理預(yù)先進(jìn)行模擬，對(duì)建筑材料的堆放位置、方法和建筑設(shè)備的位置、工作流程進(jìn)行優(yōu)化，提出最優(yōu)施工方案，合理調(diào)配人員數(shù)量、建筑材料、機(jī)械設(shè)備等建設(shè)資源。對(duì)于重難點(diǎn)施工部位，還可以通過(guò)精確預(yù)演模擬現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程，減少因施工順序，施工技術(shù)方案不合理造成的返工和浪費(fèi)。由于BIM軟件所搭建的數(shù)學(xué)模型是帶有材料材質(zhì)、規(guī)格、型號(hào)及尺寸信息的數(shù)字模型，因此在信息量足夠的條件下，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工所用建筑材料的數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量和預(yù)算，同時(shí)，可以準(zhǔn)確測(cè)量預(yù)制構(gòu)件的尺寸，從而避免預(yù)制構(gòu)件的尺寸錯(cuò)誤。

BIM技術(shù)在燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目樣板間機(jī)電工程中的應(yīng)用

為了在正式機(jī)電安裝工程中降低工程返工次數(shù)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，我們首先在樣板間的建設(shè)中運(yùn)用了BIM技術(shù)。目前主要的BIM設(shè)計(jì)軟件有Autodesk公司的Revit、Bently公司的Revit、Progam公司的Magi-CAD以及Graphisoft公司的ArchiCAD。在此我們以Autodesk公司的Ｒevit軟件為建模工具，利用Au-todeskRevitArchitecture建立了主體結(jié)構(gòu)模型，利用AutodeskRevitMEP實(shí)現(xiàn)了機(jī)電管線(xiàn)的合理布局并進(jìn)行了仿真分析，完成了機(jī)電管線(xiàn)綜合的碰撞檢查，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行了簡(jiǎn)單的施工模擬和工程材料統(tǒng)計(jì)。最后將理論與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性及先進(jìn)性。

工程簡(jiǎn)介

燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目工程是由首旅集團(tuán)開(kāi)發(fā)建設(shè)，為北京市重點(diǎn)酒店類(lèi)建筑工程，集五星級(jí)酒店、三星級(jí)酒店以及甲級(jí)商用辦公樓為一體。該建筑工程總建筑面積166293．20m2，其中地上建筑面積108766．00m2，地下建筑面積57527．20m2。結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，外飾面主要由玻璃、鋁構(gòu)件和琉璃瓦鑲板組成。工程要求確保結(jié)構(gòu)長(zhǎng)城杯金獎(jiǎng)，建筑長(zhǎng)城杯金獎(jiǎng)，力爭(zhēng)魯班獎(jiǎng)。本項(xiàng)目為高品質(zhì)酒店工程，項(xiàng)目質(zhì)量要求高、工期長(zhǎng)，因此希望通過(guò)建立樣板間，為后期主體工程客房精裝修提供參考依據(jù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)樣板間的建造，確定裝修選材、減少變更、縮短工期、降低成本。

BIM技術(shù)在樣板間機(jī)電管線(xiàn)綜合中的應(yīng)用

在樣板間圖紙深化階段，有必要對(duì)機(jī)電管線(xiàn)進(jìn)行綜合分析，找出并調(diào)整有碰撞的風(fēng)管、線(xiàn)管、管道和橋架，用于指導(dǎo)后期施工。使用BIM技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確幫助施工技術(shù)人員確定所建模型中存在的碰撞問(wèn)題，從而為施工技術(shù)人員指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工解決問(wèn)題提供理論依據(jù)。要查看其中一個(gè)有沖突的圖元，可以在沖突報(bào)告對(duì)話(huà)框中單擊該圖元名稱(chēng)，并單擊下方“顯示”按鈕，該圖元將在當(dāng)前視圖中以高亮顯示。

為存在碰撞的機(jī)電管線(xiàn)BIM模型，為了解決實(shí)際施工中的碰撞問(wèn)題，通過(guò)分析調(diào)整了空調(diào)補(bǔ)水管的標(biāo)高，如圖8所示為解決碰撞后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管線(xiàn)布局情況。同目前在二維圖紙上進(jìn)行管線(xiàn)綜合相比，使用BIM技術(shù)進(jìn)行管線(xiàn)綜合分析，檢查碰撞沖突，不僅具有直觀(guān)的三維顯示效果，而且能快速準(zhǔn)確地找到并修改碰撞的圖元，從而極大地提高了管線(xiàn)綜合分析的效率和準(zhǔn)確性。

BIM技術(shù)在模擬施工中的應(yīng)用

AutodeskNavisworksSimulate軟件具有諸多先進(jìn)工具，它提供了完備的4D模擬功能和動(dòng)畫(huà)制作功能，支持用戶(hù)對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行模擬演示，對(duì)施工流程進(jìn)行模擬仿真，從而幫助加深項(xiàng)目理解，提高可預(yù)測(cè)性。在四維環(huán)境中對(duì)施工進(jìn)度和施工流程進(jìn)行仿真，可以通過(guò)可視化的方式分析項(xiàng)目活動(dòng)，減少工期延誤和施工工序中的其它問(wèn)題。

利用Au-todeskNavisworksSimulate進(jìn)行四維仿真的具體步驟如下：將模型幾何圖形與時(shí)間、日期相關(guān)聯(lián)制定施工順序；從項(xiàng)目管理軟件導(dǎo)入時(shí)間、日期和其它任務(wù)數(shù)據(jù)，以此在明細(xì)表和項(xiàng)目模型之間創(chuàng)建動(dòng)態(tài)鏈接；制定預(yù)計(jì)時(shí)間和實(shí)際時(shí)間，以及可視化的計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的偏差。

為了驗(yàn)證該軟件在模擬施工中的可行性，我們建立了仿真模型，并根據(jù)樣板間工程的實(shí)際施工進(jìn)度，進(jìn)行了仿真分析，期間通過(guò)改變某些工作間的銜接關(guān)系、縮短某些工序的持續(xù)時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，保證了計(jì)劃工期的順利實(shí)現(xiàn)。通過(guò)仿真分析，BIM技術(shù)可以通過(guò)可視化的方式對(duì)施工進(jìn)度和施工程序進(jìn)行模擬，可以對(duì)施工難度大及重點(diǎn)施工部位進(jìn)行精確預(yù)演，從而減少因施工順序、施工技術(shù)方案不合理等原因造成的返工和浪費(fèi)。

BIM技術(shù)在機(jī)電工程材料數(shù)量統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)除能夠進(jìn)行管線(xiàn)綜合分析、模擬現(xiàn)場(chǎng)施工外，同時(shí)還具有材料統(tǒng)計(jì)功能，AutodeskRevitMEP提供了多種明細(xì)表類(lèi)別，可以分別對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電氣及管道系統(tǒng)所用材料的規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量等進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，并可以對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)算求和。

如列出了樣板間工程中使用的部分鍍鋅鋼管的規(guī)格、型號(hào)、長(zhǎng)度，并可以在此基礎(chǔ)上對(duì)相同規(guī)格型號(hào)的鍍鋅鋼管計(jì)算求和，為材料使用及成本控制提供依據(jù)。BIM技術(shù)是建筑業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的必然產(chǎn)物，對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用可以使建筑工程更快、更省、更精確，各工種相互配合更協(xié)調(diào)、更方便。從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益看，BIM技術(shù)得到的效益已經(jīng)超越了設(shè)計(jì)和施工階段，并將惠及整個(gè)建筑物的運(yùn)行、維護(hù)和設(shè)施管理。

本文通過(guò)AutodeskRevit相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)在建筑機(jī)電工程施工中的應(yīng)用，通過(guò)碰撞檢查實(shí)現(xiàn)了大家最為關(guān)心的機(jī)電管線(xiàn)綜合問(wèn)題，并將其仿真結(jié)果應(yīng)用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工；同時(shí)，結(jié)合工程實(shí)際分析了BIM技術(shù)在模擬現(xiàn)場(chǎng)施工、材料數(shù)量統(tǒng)計(jì)方面的應(yīng)用。BIM技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了建筑業(yè)的生產(chǎn)效率，隨著軟件與硬件的進(jìn)一步發(fā)展，BIM技術(shù)作為一種新生的科技力量，必將推動(dòng)傳統(tǒng)建筑行業(yè)快速發(fā)展，并引起整個(gè)建筑生產(chǎn)方式的巨大變革。