基于BIM的机电管线布置施工工法.docx
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基于BIM的机电管线布置施工工法
基于BIM的机电管线布置施工工法
黄鹏
1.前言
随着国民经济实力增强和人民生活水平的提高，大型、复杂建筑物不断增多，建筑物内外部功能需求越来越高，建筑物中的各种设备和管线数量也越来越多。
设计过程中，各专业管线由不同专业的设计人员进行设计，在有限的建筑空间里，难免会产生管线的重叠、交叉和相碰；施工企业传统深化方法是通过二维软件（如CAD）将各专业图纸叠加来调整和优化管线，并辅以局部的剖面图的方式来解决机电管线综合的问题，对于大型、复杂项目该传统方法存在局限性，很难保证管线布局的合理性、准确性。
安装过程中，各施工班组和各系统的管线均各自独立安装，在处理管线密集区域，往往因管线布置不明确而多次返工、影响其他专业管线安装以及净空空间降低；同时由于各专业管线均为独立安装，分别设置本专业所需支吊架，过多支吊架容易影响管线安装空间并压低吊顶高度，容易出现净高不足、检修空间不足等问题。
如何解决这些问题成为机电安装工程的难点。
公司技术人员采用revit软件在施工前搭建仿真建筑及机电管线BIM模型，依据现行设计、施工规范以及项目设计文件合理规划布置管线，明确各管线的空间定位；并通过BIM技术中模拟施工功能进行虚拟建造安装，用以解决复杂管线区域的安装方法和合理的安排施工工序。
我们将BIM技术与机电专项技术有机的结合，利用BIM技术中的精确信息，极大的提高了机电管线的加工、安装精度以及施工质量，各机电安装施工参与方利用BIM技术中的可视化和4D模拟掌握安装顺序及有效的施工进度、材料把控，为施工的顺利进行创造了条件。
通过项目的实践，取得了良好的效果，形成了新颖的“基于BIM的机电管线布置施工工法”。
2.工法特点
2.1技术问题前置解决
提前发现并解决各系统的管线相互干扰、空间位置重叠、管线设备碰撞等问题，在模型中精确标识各系统管线、设备的定位信息，较传统做法更有利于提高施工质量；
2.2预先核算、计算、合理选用并加工综合支吊架
通过管线综合布置，多专业汇合-综合支架，提前设计计算并安装管道综合支吊架，节约工期和成本；
2.3快速完善施工详图及节点设计
通过修改模型及其信息，各施工详图及节点图会随着模型的变更自动更新，无需重新绘制，相比传统方法而言，BIM技术省去了每张图都要修改的麻烦，也避免了图纸数量过多引起的漏改现象，在BIM技术应用中，只需修改调整模型，与之相关的任何图纸均会自动更新；
2.4严格控制各专业或各分包施工工序
通过4D模拟安装管线施工过程，帮助施工人员理解整个进度计划的流程，及时对重要施工节点进行控制，合理安排施工顺序、优化施工方案，提高施工效率、减少返工、拆改等现象；
2.5快速生成各施工区域材料清单
通过模型快速准确生成不同阶段材料需求量，结合施工程序及工程进度周密安排材料采购计划，做好事前备料、事中限额领料，防止备料过多或过少对工程的影响及领料过多造成的二次搬运，较传统方法更有效的对材料进行管控；
2.6模型与施工结果直观比对
通过移动端把带有信息的模型与施工作业结果进行比对验证，及时有效避免错误的发生，精确控制安装质量，较传统方法更有效的提高了工程质量检查效率和质量；
3.适用范围
本工法适用于房建、市政、工业等安装工程，尤其是造型复杂、功能需求高的大型工程效果更加明显，主要包含水管、桥架、风管等机电各专业管线应用。
4.工艺原理
管线安装施工前，根据工程实际将各专业管线设备图纸，将各专业管线放入统一的综合布置平台，利用计算机建立三维仿真建筑、机电管线模型，再根据规范、净高需求等因素，在模型内对各系统的管线、设备进行综合优化，通过BIM技术的优势尽量将设计图纸问题和施工过程中可能碰到的问题在施工之前提出和找到解决方案，打通设计与施工之间、施工现场与加工厂之间的屏障。
管线安装过程中，根据需求快速提取管线、设备、构件信息，通过这些信息形成明细表，向材料供货商提供准确的采购清单；同时以这些信息为依据，合理安排施工人力、材料、机械，保证工程施工从下料、成型、组装、焊接、构件预拼、检验、误差纠偏、安装就位等全过程精细化控制的一种预控技术。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5.1施工工艺流程
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、各专业及BIM技术人员、计算机、软件等到位；
2、收集工程所有专业（包括建筑、结构、装饰装修、机电专业等）的施工图纸、会审记录、技术变更、管道设备外形尺寸等资料并实时更新；
3、在满足规范的前提下，与业主充分沟通，了解其对建筑物净空的要求，如电梯前室最小净空、地下室大空间净空、走道净空、最不利处净空等；
4、根据建筑特点，对机电专业模型绘制进行分区、分层任务分配；
5、把机电管线系统按给排水、暖通、电气三大专业划分，并初步设定三大专业的管线安装高度；
5.2.2模型搭建
1、根据建筑、结构施工图建立建筑结构模型，并作为机电模型绘制的基础；
2、根据机电各专业施工图中的管线、设备外形尺寸等数据建立相应机电各专业系统模型；
3、整合建筑、结构、机电模型；
4、模型搭建时各机电系统的命名须与图纸保持一致，一些需要增加坡度的水管须按图纸要求建出坡度，系统中的各类阀门须按图纸中的位置加入，有保温层的管线，须建出保温层；
5、所有模型数据均应准确无误，模型与其相应的数据应保持一致，构件数据有变更时，模型应及时随之更新；
5.2.3模型检查优化
1、依据规范及业主对净空的要求，设定管线最低控制标高，确保模型中各系统的管线、设备在其之上；
2、检查重力水管是否连续、坡度是否符合设计要求；
3、通过软件碰撞功能快速检查各专业设备管线与剪力墙、柱、梁及各专业设备管线之间是否有冲突，并生成冲突报告；
4、管线优化人员应结合自身专业经验或与施工技术人员配合，充分考虑管线施工中的安装空间、各类桥架与其他管道的净距要求、各类阀门的安装位置、考虑采购材料的定尺长度和管线穿楼板、墙、结构梁等预留孔洞位置的合理性、考虑大型设备安装的预制结构板区域、施工分区的合理性等进行甄别，并进行相应的调整优化；同时，对优化后的模型实施冲突检测，确保各专业之间的冲突与碰撞问题得到解决；
5、一般性调整或节点的设计优化等工作，由优化人员自行修改，并出具优化报告；较大变更或变更量较大时，由建设单位协调后确定优化调整方案；
6、修改和调整模型时应遵循有压让无压、小管道让大管的原则；
5.2.4信息添加及提取
1、机电模型应保证信息的完整性，包含几何信息、技术信息、产品信息、建造信息及维保信息，其中技术信息包含材质、技术参数等，产品信息包含生产厂家、生成日期、供应商等，建造信息包含安装日期、操作单位等，维保信息包含使用年限、维保单位、维修日期等；
2、根据工程进度实时输入变更信息，包括工程设计变更、施工进度变更等，输出所需的设备与材料信息表，并按需要获取已完工程消耗的设备与材料信息、以及下个阶段工程施工所需的设备与材料信息；
3、按作业面划分，从机电模型中输出相应的设备、材料信息，生成材料清单，通过内部审核后，提交给施工部门审核；
图5.6区域材料清单
5.2.5深化图纸制作
1、深化图纸应包含综合预留洞口图、综合支吊架平面及详图、机房深化图、管井综合图、各专业平面施工图、复杂节点详图等；
2、模型导出的施工图及节点图应当清晰表达深化后模型的内容，满足施工条件，并符合规范要求；
5.2.6管线施工模拟
图5.8管线施工模拟流程
1、收集施工方案的文件和资料，包括工程项目的施工进度和要求、施工现场的自然条件和技术经济资料等；
2、结合工程项目的施工工艺流程，对施工作业模型进行施工模拟、优化，选择最优施工方案，生成安装模拟演示视频并提交施工部门审核；
3、针对局部复杂的施工区域，进行重难点施工方案模拟，生成方案模拟报告，并与施工部门、相关专业分包协调施工方案；
4、出现设计变更和修改时，先在模型上进行模拟推演，寻找最佳解决方案；
5.2.7技术交底
1、施工前通过模拟施工对班组进行可视化技术交底，使施工人员更直观地了解操作要点、质量要求，做到心中有数；
2、施工模拟交底后，形成文档及视频两种形式技术交底记录；
3、施工班组必须严格按深化图纸中的构件编号及构件位置进行安装；
5.2.8指导后期施工
1、指导施工组织设计编制，合理安排、调整各专业或各分包间的施工顺序；
2、通过综合支吊架图纸及相应的材料表对施工进行指导，提前对支吊架进行加工，并明确各支吊架形式、位置及安装高度，形成流水线装配式安装；
3、快速提取各施工作业区域管线及零配件材料清单，根据清单领取相应的材料，并按施工分区进行构件打包运至施工现场，避免材料堆积及现场的二次搬运；
4、通过深化后的各专业图纸对施工进行指导，明确各专业管线具体施工位置及标高；
5、设计变更时，先通过模型进行变更方案模拟，确保方案最佳；
6.材料与设备
6.1材料要求
6.1.1软件要求：
序号
应用
软件
版本
备注
1
三维建模软件
AutodeskRevit
2
二维绘图软件
AutodeskCAD
3
施工模拟软件
Navisworks
5
文档生成软件
Microsoftoffice
6.1.2计算机要求：
6.1.3其他材料要求：
1、规范以及工程合同对建筑物净空的要求，包括电梯厅最小净空、地下室大开间净空、各房间净空、最不利处净空等；
2、建筑、结构、装饰装修、机电各系统的电子施工图纸数据；
3、设计变更、管道设备外形尺寸等数据；
6.2设备配置
本工法所需设备主要是模型优化后的指导实际施工时使用，如下表所示：
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
备注
1
经纬仪
J2—JDA
台
2
2
水准仪
S3
台
2
3
砂轮切割机
Φ400
台
4
4
半自动切割机
GZ-100A
台
3
5
各型号扳手
把
若干
6
工具车
1.5t
台
2
7
角向磨光机
台
4
8
手动葫芦
1t
台
2
9
电动液压弯管机
TQ150-A
台
4
10
车床
C620
套
10
11
直流电焊机
ZX7-400
台
30
12
交流电焊机
BX1-500
台
20
13
焊条烘干箱
0℃～500℃
台
2
7.质量控制
7.1质量控制标准、依据
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242—2002
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243—2011
《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303—2011
《自动喷水灭火系统施工及验收规范》GB50261—2005
《建筑工程施工信息模型应用标准》征集稿
室内管道支吊架图集05R417-1
7.2质量保证措施
7.2.1严格按照设计单位确定的工艺参数及使用功能控制，管线综合布置时，应遵守各管线相应规范及设计标准，不得人为降低标准；
7.2.2严格按制图规范制图，保证图纸质量，做到图面清晰、简明，符合设计、施工、存档要求，适应工程建设的需要；
7.2.3管线综合布置设计形式应灵活、方便，易于实施；
7.2.4严格按各系统管线避让布置原则进行布置，必须满足规范及安全使用功能；
7.2.5在保证结构安全及各系统管线使用功能基础上，管线应排布美观；
7.2.6在满足规范及设计要求的前提下，各专业管道（线）支架，尽量采用共用支架，统一设计和选型，提高安装质量和效率，减少支架的拆改工作量，最大限度地降低工程成本；
7.2.7应考虑维修和二次施工管道（线）的需要，预留出足够的后续维修及施工位置；
7.2.8模型完成后，应结合信息模型应用标准进行模型自检、共检，确保模型及模型信息准确无误；
7.2.9做好施工准备工作，建立健全资料数据实时更新制度，指派专人负责信息反馈，确保工程优化模型反映工程变化；
7.2.10结合优化模型做好各项技术交底，每道工序完成后，必须执行“三检”工作，并做好检查记录；
8.安全措施
因本工法核心实施内容均在电脑工作室内完成，安全措施无需特别说明；后期指导施工中的具体安全措施参照常规管线施工工法，不作特殊说明。
9.环保措施
本工法前期在管线排布中，充分考虑环保要求，从绿色施工角度进行考虑，缩短管道路由，减少资源浪费；后期指导施工中的具体环保措施参照常规管线施工工法，不作特殊说明。
10.效益分析
10.1社会效益
10.1.1本工法实现了超前预控技术，大大降低施工中的返工率，尤其在对于大型建筑、复杂管线安装工程，节约效果更加明显；
10.1.2本工法依据透视化、多角度化、精细化、节点化的特点，对施工过程进行全方位的直观展示，所有报表数据随时即得，更符合人性也更能提升工程各参与方协同效率；
10.1.3通过本工法完成的建设项目，可将项目BIM模型交付于物业管理，为智慧建筑运维系统提供基础信息支持；
10.2经济效益
10.2.1提高施工质量
以往机电管线综合优化布置是在二维平面上进行的，更多依靠技术人员的空间想象能力，影响优化结果的不确定因素较多。
本工法则是在仿真三维空间里对机电管线进行优化布置，优化的合理性、准确性、深度均得到有效提高，对后期施工的指导作用明显增强；
10.2.2缩短20%-30%的施工工期
在前期进行碰撞检查，提前发现机电管线的空间位置重叠、碰撞等问题并予以解决，减少在建筑施工阶段可能存在的修改和返工，优化管线排布方案，合理安排施工顺序，使得各专业有序进行交叉作业，提高施工效率、减少了20%左右的各专业协调时间，节约工期；
10.2.3降低约5%的材料成本
对管线进行综合布置，采用综合支吊架，减少支吊架数量，从而减少钢材用量；
对机电管路进行优化，缩短管线路由，降低管线成本；
对材料进行精确控制，避免材料因无计划使用造成的浪费；
11.应用案例
11.1江西省委党校项目
图一消防水泵房外走道管线（模型）
图二消防水泵房外走道管线（实际）
图三成排管线布置（模型）
图四成排管线布置（实际）
图五密集管线区域排布（模型）
图六密集管线区域排布（实际）
图七拐角处管线排布（模型）
图八拐角处管线排布（实际）
11.2开封市公安局业务技术用房建设项目
图一地下室管线布置（模型）
图二地下室管线布置（实际）
图三
图四
图五
图六
图七
图八
图九
图十
11.3景德镇学校项目
图一
图二
图三
图四
图五
图六
图七
图八
图九
图十
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