BIM技术在发展大厦机电工程施工中的应用与研究

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1  工程简介与特点分析 发展大厦是西安市浐灞生态区管委会重点投资的建设项目。项目采用钢筋混凝土核心筒结构,地下两层,地上十九层,建筑高度85米,总建筑面积约37750平方米。工程设计包括电气、智能化、给排水、消防、中水、通风空调等系统,功能完善,智能化程度高,是一座集办公、会议等功能为一体的现代化综合性公共建筑。 该工程紧邻周边建筑,开挖深度深、地下室设3层机械车位对标高要求苛刻,机电深化设计和安装工作量大,工期短,管线排布困难,各工种穿插作业面多,且各功能用房布置较为分散,地下室及屋面设备多,设备尺寸及荷载大,运输及安装难度大,安装对隔振降噪的要求较高。
2  BIM组织与实施
根据工程特点与施工难点,结合项目管理目标与现阶段技术人员水平,考虑在工程施工与管理中采用BIM技术,将BIM技术与项目管理相融合,制定BIM应用流程,深度解析BIM技术在土建施工、机电安装和项目管理等中的专项应用点,从而达到降低施工难度、固化管理流程,实现施工与管理同质化、精细化。为此,BIM小组制定了相应的组织架构与实施方案,根据企业已有的《BIM模型构建规则》与《BIM设计与实施规则》,结合工程具体设计及施工特点,专门编制了《项目BIM实施策划书》,统一了各类构件类型、命名规则,规定了管线九大避让原则及系统RGB值,完善项目所需各类族达300余个。在施工与项目管理中严格按照建模流程、管线综合排布总体避让原则进行模型深化设计。依据出图流程及施工进度计划,细致划分施工各阶段出图节点[2][3][4],并进行技术交底。
3  基于BIM技术的智慧建造
在做好BIM组织与实施准备工作后,我们以施工中实际需求为导向,在企业应用清单中选取所需应用点,研究如何根据项目实际情况将BIM技术有效应用于机电安装和项目管理,使BIM技术真正在工程施工与项目管理中落地。
3.1 净高分析
一层层高5.10米,吊顶标高3.75米,设有空调机组,冷凝水管采用重力排水,通过净高分析,发现冷凝水管对吊顶标高影响大,如图1所示。利用BIM技术,在满足设计8‰坡度的要求下,将冷凝水管由房间内调整至公共走廊,缩短了排水路径,减少了坡降,效果如图2所示。通过对净高进行分析后,确定了影响标高的主要因素,经过对管道排布方案进行优化,将管综深化提升到空间管理层面,从而满足了工程严格的净空标高要求。 3.2 复杂节点深化设计 风管进设备机房处,设有甲级防火门1.50*2.20米,垂直净空间有限,考虑土建门上过梁施工情况,风管无法按设计要求施工,如图3所示。综合考虑各专业管线排布后,与土建、设计单位协商将过梁设计尺寸由200mm减小至100mm,从而满足风管要求。紧接着利用BIM软件模拟了最佳施工顺序,即首先进行自喷管道及支吊架安装,同时预留风管下增设喷头支管接口,其次进行桥架及支吊架安装,然后进行风管机支吊架安装,最后再进行风管下增设喷头安装。
通过BIM技术直观模拟、展示关键工序施工过程的效果可以看出,针对复杂节点输出深化设计节点详图,模拟最佳施工工序,可以杜绝返工,做没有意外的施工,这给施工技术带来的宝贵价值。
3.3 基于BIM技术的大面积支管穿梁工艺
       地下室层高4.8米,局部层高6.8米,最大梁0.95米,机电管线错综复杂,并设有2层、局部3层机械车位。依建设单位要求,2层机械车位安装净空间不应小于3.6米,3层机械车位不应小于5.6米。在传统的贴梁敷设管道安装模式下,自喷登高管长度达1.15米,平均登高管长度达0.93米,需设置竖向固定支架保证系统安全运行,这导致空间不足,无法满足机械车位的安装要求,如图4所示。而采用BIM技术模拟自喷支管穿梁布置方案,与传统施工工艺相比,可减少管道交叉碰撞100余处,减少自喷登高管长度约752米,减少支管固定支架角铁长度约566米,同时提高约200毫米的可利用空间,从而满足了机械车位的安装要求,如图5所示。经各方认可,最终选择则管道穿梁布置方案。
   将深化模型报请设计单位校核后,输出深化设计图纸、预留套管定位图及加工清单,然后进行预制加工,效果如图6和图7所示。       研究发现,虽然管道穿梁设置比传统工艺优化,能满足机械车位的安装要求,但是套管的预埋及封堵施工难度大。如果定位不准确、固定不牢靠、封堵不严密,会造成后期预埋套管无法使用或安装管道不同心,为保障支管穿梁工艺的顺利实施,组织编制了《穿梁套管施工专项方案》,确保预留套管一次成型。
按照专项方案采用穿梁套管施工工艺后,套管实际预埋施工如图9所示,套管敷设施工完成后实际效果如图9所示。而且采用支管穿梁布置施工方案后,共计节省工期10天,节省自喷管道及支、吊架制作安装费用共计3.9万元,达到了很好的预期效果。
3.4 基于BIM技术的大型设备运输方案 利用BIM技术分别对本工程设备卸车点、设备楼外水平运输路径、设备吊装口或楼层承重卸料平台、设备楼内水平运输路径、设备运输吊装顺序等进行综合分析规划,形成“大型设备分布图(图10)及参数信息表(图11)”;遵循最短、转弯最少线路,先进设备不挡后进设备通行的原则,实施步骤如下:
(1)利用BIM技术结合本工程实际,形成大型设备分布图及参数信息表;
(2)根据信息表所显示的各设备外形尺寸及理论重量对设备运输路径及顺序进行规划,形成设备运输规划图;
(3)模拟审查相同运输路径下外形尺寸最大的设备途径路由各结构墙体空间是否满足设备通行,提醒土建相应的二次砌体预留或延迟砌筑;
(4)模拟审查相同运输路径下,理论重量最重的设备途径路由的地面单方荷载是否满足该重量的设备通过,是否需要沿途对楼板采取反顶加固措施;
(5)模拟设备起吊点及设备落地时水平运输前的设备方向,以确保设备在水平运输过程中经多次转弯到达就位点方向,与就位方向一致。
大型设备吊装运输,重点考虑2个关键参数,一个是设备外形尺寸,一个是设备理论重量。 外形尺寸的作用是:相同路径下利用外形尺寸最大的设备来模拟校核所经路径空间能否满足设备顺利通过,理论重量的作用是:利用理论重量最重的设备来模拟校核途经路径各楼板允许最大单方荷载是否满足设备通过,是否需要采取加固或反顶措施等。还有一个关键控制点是:采用BIM技术模拟在设备落地瞬间,水平运输之前,设备落地方向的控制,要确保设备落地后水平运输时经过几次转弯到达设备就位点,设备朝向与设备就位安装方向一致。
3.5 基于BIM技术的创优策划及接口管理
在施工过程中,利用BIM技术对管道接点、综合支吊架、屋面风机穿墙风管预埋、电气竖井接地扁钢安装等进行创优策划,对机电与土建各专业间的创优交叉节点进行接口管理,效果明显。 (1)管道接点优化:利用BIM技术对管道按标准长度进行分段,对管道连接点进行优化,实现并排敷设的管道上连接点位置成排成线。见图12。     (2)综合支吊架策划:根据BIM机电管线综合排布方案,确定综合支架形式及排布方案,保证支架设置符合规范且整体效果美观。见图13。    (3)电气竖井接地扁钢安装策划:利用BIM技术策划竖井中接地扁钢位置及与设备连接路径,确保竖井整体布局美观、施工经济。见图14。      (4)卫生器具定位策划:根据卫生器具规格、间距及排水管位置,利用BIM技术进行排布,使器具与排水管、配件与墙面砖骑缝或居中。地漏避开人站立位置,且距板块中间对称设置。见图15。       (5)屋面风机连接管道预埋策划:基于设备基础及设备尺寸,利用BIM技术模拟屋面风机管道安装,策划确定风管在二次墙体中的定位,可省略二次封堵工序,且安装效果美观。见图16。    (6)综合天花板策划:根据业主提供的装修设计图,利用BIM技术对所有器具进行排布策划,喷头、灯位、风口等应紧贴吊顶表面,对称、居中、成排成线,间距合理。见图17。       基于BIM技术的机电创优策划,不仅仅依托于BIM技术,还结合了公司的特色做法、标准化做法以及完善的管理体系进行综合策划。重点对机电各专业自身、机电与建筑、结构、机电与装饰装修之间进行精细化协调管理。
4  基于BIM技术的精益管理
通过引进EBIM协同管理平台,可为各参建方形成以云为中心的协同沟通管理机制,实现项目安全、质量、进度、成本齐抓共管,协助管理人员有效决策和精细化管理[5],确保工程质量一次成优。
4.1 安全管理
利用云平台实现人员安全龙八娱乐管控、安全文明防护用品实时跟踪、危险源识别、临电及施工机械实时监控等。
(1)人员安全管理:生成二维码,录入个人信息,可通过实时查询掌握施工人员入场教育、进出场时间及违反劳动纪律等情况,实现人员龙八娱乐管理;见图18。
(2)安全文明物品管理:根据物品登记信息,对安全文明物品状态实时跟踪,责任到人;
(3)危险源管理:全覆盖监控危险隔离区域并设置红外报警系统,及时将现场情况反馈到管理平台中,有效解决现场管理中出现的纰漏;
(4)临电安全管理:使用信号传输功能,实时将临电使用状态传输至管理平台,专业管理人员以此获取临电使用情况,进行检查。
(5)施工机械安全管理:持证上岗,专人负责,定期维修保养,将维修记录上传至管理平台,随时查看机械设备运行情况。
4.2 质量管理
工长使用移动端进行现场检查,方便实体与模型进行对比,随时查询模型信息,对于发现的问题,可在模型上直接批注(图19),同步到云端,下达任务(图20),共享视图视口及图片。相关责任人接收到项目问题及任务后及时整改(图21),并将整改后的实际现场资料同步到平台,由质检部门验证后关闭,形成质量管理闭环。 4.3 进度管理 将BIM模型导入协同管理平台,与Project 进度计划进行挂接,以施工进度为主线分解至工序级,生成模拟进度,与实际进度进行比对,直观反映进度偏差,及时纠偏调整。根据模拟施工顺序指导各相关责任人合理调配人、材、机等资源组织施工,严格执行计划管理,确保工程按时按质竣工。
4.4 成本管控
劳务分析:根据现场形象进度,利用BIM技术导出每月验收合格工程量,结合广联达计价软件计算出劳务结算数据,对班组现场安装工程量进行核算,若BIM模型量与现场实际量不一致,则需对现场施工与BIM模型进行核查;若相符,生成最终劳务结算,以此严格把控工程劳务支出。
      收支分析:用BIM模型导出的施工量编制甲方报量,经甲方审核批准后,对甲批量中的人、材、机与现场实际产生的人、材、机进行阶段性收支分析。协助管理人员实时了解工程收支状况。为项目部进行成本控制、改进施工方法提供依据。
通过预算成本与实际成本进行阶段性对比,实现项目成本动态管控。 注:对照模型查看各班组提交的工程形象进度,见图23和图24。
4.5 资料管理
借助EBIM平台实现任意管理表单导入,按部位分区域与模型挂接,利用碎片化时间通过移动终端实时填报(图25)。PC端打印输出,确保了工程质量验收表格与工程经济资料等各类工程资料的完整性、同步性和可追溯性。方便各相关责任人随时进行资料检查。 5   结论 BIM技术在浐灞发展大厦项目施工与管理全生命周期中的应用,成果丰硕,效益显著。实现了施工工法与工艺的革新,提高了施工质量,实现智慧建造的目的。同时也带来了很好的经济效益,经综合分析测算,应用BIM技术后节约机电工程安装成本约36.16万元,节约工期约25天。为客户节约了投资成本、提高了工程品质。BIM技术在项目管理中的应用,固化了管理流程,提高了企业的综合管理水平,为打造企业核心竞争力提供了动力。在整个工程施工与管理中,施工企业有效履行了国家节能、节地、节水、节材及环境保护政策,为企业降本增效提供了有力支持,也树立了良好的品牌效益。


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