BIM技术在安装工程中支吊架专业中的应用

2021年5月18日
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BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)作为覆盖建筑全生命周期的数字信息平台,是以三维数字技术为基础,仿真模拟建筑物的真实信息,对工程项目相关信息的详尽表达。具有可视化,协调性,模拟性,优化性和可出图性等五大特点。机电安装工程的深化设计从二维到三维,从计算机绘图到协同设计,再依据运用BIM技术深化设计后的图纸进行施工。BIM取代传统设计方式是必然趋势。其表现在:

一是设计的协调性,能够有效地处理建筑,结构以及机电设备等各个专业设计间的碰撞问题,能在建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,实现可视化的协同设计变更。空间信息更加充分的呈现,有利于各个专业进一步的深化设计,简化施工程序,更利于施工现场的管理与缩短工期;

二是施工进程的模拟性,可将原本需要在真实场景中实现的建造过程,在 BIM模型中预先进行模拟建造,从而把实际安装过程中遇到的问题提前演练出来,加以修正与预防;在构件预制、材料堆放等方面,通过演练与模拟也可以提供精确的信息和更优化的材料堆放点,从而确定合理的施工方案来指导施工;

三是建筑性能的优化性,除了可进行节能模拟、日照模拟、紧急疏散模拟进行设计优化外,还可进行4D(加上时间轴)5D(加上成本轴)模拟实现施工时间流程和成本控制,通过项目优化将设计方案和投资回报分析结合起来,计算出设计变更对投资的实时影响,从而最大限度地减少高成本的风险。

传统支架到抗震支架的衍变

在地震中建筑机电设备的损坏,包括消防管道,油电煤气,通风等管线的损坏。消防管道的损坏直接导致消防功能失效,同时地震引发火灾等次生灾害使得生命财产的损失,甚至超过建筑物破坏等直接灾害导致的损失与人员的伤亡。由此,建筑物的全面抗震设防不应仅仅局限于建筑主体结构的设防,机电设备同样必不可少。因此,中华人民共和国住房和城乡建设部发布GB 50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》将于2015年8月1号正式实施。

建筑机电抗震支撑系统始于美国。在中国现有建筑行业以及支架构件的“工厂预制,现场安装”的诸多优势的带动下必将迎来一场创新式的技术革新。抗震支吊架对传统的支吊架的体系更是迎来一次技术的跨越,正因传统的CAD,2D视图对现有的建筑行业很多方面难以体现,对抗震支架和成品支架的现场安装方面更难做到与周围空间环境的精确匹配,造成材料与人力的浪费。

BIM技术在支吊架系统中的运用

设计阶段

BIM是团队化作业,它的协同模式可以实现集团设计,共享建筑内的所有信息,实现高效率的设计及项目管理,如Magicad软件的核心便是建立一个项目管理,从而各专业共同配合,整合方案,从而达到协同设计。应用BIM设计流程可以缩短设计周期,如上海迪士尼乐园的标志性建筑奇幻童话城堡便是全程运用BIM技术从设计到施工全程管理控制。对于各专业因为不同的软件,Revit Architecture、Revit MEP在各领域有更强的专业体现,对于抗震机电中所用到的抗震支架与普通承重吊架更是预建参数化的族之后直接对其进行导入布置。相比CAD更重要的特点是为导入的族可自动附着、捕捉系统中的管道,标高。

除此外,BIM对于安装支架的后期材料统计带来的极大便利是传统CAD所不具有的,大到材料数量的统计,小到每一个支架类型的属性。Revit插件的材料统计如图(5)
基于BIM的材料管理不仅仅只是一个深化设计--预制加工--物流追踪--现场安装的物流管理,而是一个建造全过程的信息管理,譬如欧美的装配式支架流程:预埋件→过渡横梁→悬吊式支吊架,而预埋的位置是否准确更离不开BIM的模拟与施工的结合。

此前交付运营的上海地铁11号线龙耀路车站的技术资料中有这样一组数据:该站机电设备安装工程应用BIM技术,建立数据模型,事前检测各类管线碰撞112处,自行规避93处,报设计修订19处,大幅减少各专业摩擦、返工和误工,有效降低费用30%,节省工期约10%,并为后期维护管理带来潜在效益。

BIM除了能风力计算,水力计算之外,亦能结合ANSYS、ABAQUS等力学分析软件对支架部件进行受力分析,以检验其载荷、以及锚栓对结构所造成的破坏力是否符合相应的力学标准。

我们公司BIM技术的运用

建立支架BIM模型及支架碰撞空间碰撞检测

从BIM图中直接读取的碰撞点便直观表现了故障情况。设计阶段尽早的解决管道位置在空间上的冲突,能够有效的调节管线的空间位置,增加建筑的净空,也有利于支吊架对于建筑结构和机电系统的附着和避让。支架布置完成后,进行管线综合,对综合后的管线进行碰撞检测。统计管线碰撞数量,定位碰撞位置,进行路由修改,再次进行管线检测。直到无碰撞管线排布才算完成。见图
锚栓间距检测

BIM技术在支架方面的设计将会带来更加便捷,可视化和可控性的管理。下图(6)为传统支架与抗震支架(双向支撑)对比。

利用BIM技术建模的可视化功能,显示成品支吊架垂直槽钢及抗震支吊架的斜撑杆,各专业协调处理保证各种支架有足够的安装空间。对于锚栓的检测,详见发表后的文章,此处省略。

国内现有支架安装分成普通承重支架,成品支架,抗震支架等都是由三方分开安装而成,利用BIM技术,能直观的看到安装的竣工模拟图,而抗震支架从性能载荷上能替代其余两种支架,因此在设计阶段利用BIM技术的协同作用,将三种支架进行最优化整合,能摘除重复的支架,以达到精简预算,提高整体美观程度。支架的整合优化及预制装配,是安全高效、节能环保、文明施工的必然选择,而BIM技术的应用也必将成为支架行业利用的必要技术手段。

管线综合

各专业间的协调要求

综合管线图绘制过程中暖通、给排水、强电、消防、弱电等各专业之间及机电安装各专业与装饰专业之间应紧密配合,相互协调,且应遵循以下原则。

各专业的管线发生冲突时的一般避让原则是:有压管让无压管,小管线让大管线,施工容易的避让施工难度大的。管线综合协调过程中还应根据实际情况综合布置。

各专业每个区域最终出图时,剖面图、平面图所表现的位置、标高应保持一致。在综合管线协调过程中,剖面图做调整时,平面图也做相应调整。

应考虑到空调水管、空调风管保温层的厚度。考虑与电气桥架、水管外壁、墙柱的最小距离,根据现场实际情况确定各管线间的距离。空调冷热水管布置时应考虑管道坡度,考虑设备、管路的操作空间及检修空间。不同专业管线间距离,必须满足设计及施工规范要求。

应对建筑结构有清楚的了解,注意建筑标高及结构标高间的差别,以及不同区域的吊顶标高的差别,混凝土底板的厚度,柱子大小,钢梁大小,是否有斜支撑等。应了解装饰具体做法,了解吊顶标高、墙面做法等相关内容。
管线布排及空间整合

利用BIM技术进行管线综合布排,具体步骤如下:

用BIM 技术对走廊管线进行三维建模,剖面图及三维模型;生成2D图时,自动附着、捕捉系统中的管道及标高;

根据空间要求,必要时可更改水管走向(在剖面中上下左右调节位置),风管形状(譬如800*750可改为1000*600,这样可节约吊顶空间),强电还需考虑放置电缆空间与检修空间;

重新整合管线走向,更改BIM模型及2D图纸。

施工阶段

设计与施工之间的协调更改一直是施工的重点难题,特别是在支架领域,由于支架是附着在管道以及结构上的,相比于水管、桥架、风管更需要精准的定位,以及施工现场的实际空间环境等因素。利用传统的CAD预先所布置的节点,例如广州东塔项目,采用抗震支吊架系统,由于现场实际安装条件,安装线路与设计图纸有一定的偏差,导致多次施工图纸变更。BIM软件,在设计院所交付的BIM图上直接进行布点,充分考虑建筑的结构,在设计阶段便已考虑支架的生根点。

BIM软件能进行智能纠错,去除掉多余、错误的信息,清理多余的构件,重复图层,以及删减未使用的族以缩减图纸文件大小。除此外,利用BIM软件中的Clash detective功能,与管线综合一样,支架与管道,墙体之间也能进行碰撞检测。而碰撞检测与调整并非一步完成。因为各个专业在调整碰撞的同时,往往会产生新的碰撞,所以管线综合要多次反复地进行,以便使问题得到解决,避免问题遗留到施工阶段。而这些目前项目施工往往需要有经验的施工者根据想象与现场安装空间位置来决定,同时会影响其他专业的管路的安装变更。如何组合更节约材料,更有利于对管线的综合管理。BIM能更快,更加精准的统计出所需的材料,便于材料的把控。更可利用BIM技术直观的预推出材料的堆放位置以及补料时间,大大节约搬运材料的劳动力。中国第一个全BIM项目--总高632米的“上海中心”,通过BIM提升了规划管理水平和建设质量,据有关数据显示,其材料损耗从原来的3%降低到万分之一。

BIM技术的展望

随着我国城市化的进程,建筑机电安装行业快速发展。资源浪费、环境污染、施工安全和效率低下的问题日显突出。因此,安全高效、节能环保、文明施工,成为该行业健康发展的迫切需求,在此引导下,“工厂预制和现场装配” 的发展方向,逐渐成为机电安装行业可持续健康发展的必然选择和趋势。BIM在数据共享、协调管理上的功效,将有效控制工程成本,缩短施工工期,提高施工效率。

在灾害应急方面,开发相应灾害分析模拟软件,在灾害发生前,模拟灾害发生的过程,分析灾害发生的原因,制定避免灾害发生的措施,以及发生灾害后人员疏散、救援支持的应急预案。当灾害发生后,BIM模型可以提供救援人员紧急状况点的完整信息,这将有效提高突发状况应对措施。而这些灾害模拟应用到同时伴有二次灾害等复杂的地震灾害时,模拟最优疏散及救援路线更能减少人员伤亡及挽救更多的生命。

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