BIM技术在天津全运会场馆机电专业施工中的应用

北京建工集团有限责任公司

摘要:此次全运会场馆的建设引入了建筑行业新兴的BIM技术,将复杂的管线设备通过信息技术进行模拟,提前发现图纸中存在的碰撞问题并及时调整,并通过施工模拟等技术为项目实施提供了有力的保障。  
  关键词:体育馆   BIM   机电安装   施工模拟  
  一、引言  
  建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是近两年来出现在建筑界中的一个新名词。BIM是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,是对工程项目设施实体和功能特性的数字化表达。  
  此次全运会场馆项目中,我们引入了BIM技术,实践证明,BIM技术的应用不仅提高了设计的准确性,更对施工过程起到了实际指导意义。  
  二、项目概况  
  天津全运会场馆项目共包含室内田径馆、运动员公寓和运动员餐饮中心三个建筑物。  
  (补充项目详细信息)  
  三、BIM技术在项目中的应用  
  此次项目建设过程中引入了BIM技术,在整个项目过程中,针对项目设计、施工过程中遇到的难点问题,利用BIM技术的参数化、可视化、可模拟性、协同性等特点对不同问题提出了有针对性的解决方案,保证了整体设计的质量和进度。  
  以下将分别介绍BIM技术在该项目中的应用成果。  
  3.1BIM参数化建模  
  BIM技术采用参数化的建模方式,参数化的设计方式意味着建筑物的几何外形可以通过参数来控制,当方案改变时不再需要手动修改和重建模型。在参数化的建筑信息模型中,任何一个设备的形状和属性都可以通过编辑参数的方式进行修改和调整,参数的改变将直接反映到模型当中,从而使设计变得更加快捷和灵活。  
  另外,除了设备的尺寸信息,参数中还包含了设备的不同属性信息,比如材质、厂商、型号等等,这些信息都会在设备的采购和安装等方面起到重要的参考作用。

吊杆可见性参数控制

  
  3.2模型深化设计  
  3.2.1碰撞检查  
  BIM模型是对整个建筑设计的一次“预演”,建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。通过专业的三维软件可以对建筑物进行全专业的碰撞检查,发现大量隐藏在设计中的碰撞问题,这些问题往往不涉及规范,但跟专业配合紧密相关,或者属于空间高度上的冲突,在传统的单专业校审过程中很难被发现。  
  通过与设计人员协商沟通,对管线布局进行合理优化,避免因后期返工带来工程费用的增加及建设工期的延长。

模型中发现的碰撞问题

  
  3.2.2管综优化设计  
  管线综合是项目建设过程中最为复杂的部分,因其涉及的管线系统繁多,同时还要考虑到不同系统的施工顺序以及对楼层净高的影响等。但是在传统的平面图纸中,往往无法体现各系统管路的空间位置及相互避让关系,使得施工过程中常常出现管路碰撞、净空不足等情况。

此次应用BIM技术,对运动员餐饮中心楼进行了全面的管线综合排布及优化,BIM团队结合已有的建筑结构模型进行三维管线综合设计,可以方便快速的发现管线之间的不合理排布以及对净高有影响的位置,并将这些问题反馈给设计团队,由他们提出设计修改方案,经过多次反复修改和调整,直至排布出最优化的管线布置位置,对管线标高进行了全面精确的定位,同时精确控制净高及吊顶高度。

管综优化调整前

  管综优化调整后

  
  3.2.3田径馆节点深化应用  
  在本项目中,室内田径场结构较为复杂,尤其是部分节点位置,施工工序较为繁琐,针对这种情况,我们对田径场的部分节点位置进行了深化建模,包括钢筋节点深化以及安装节点深化等。  
  某处梁、柱的交叉节点,由于钢筋布置比较复杂,为避免钢筋之间发生碰撞,我们在模型中将钢筋、钢骨柱等进行实际建模展示,发现碰撞问题并及时调整,保证钢筋的有序排列。另外,对于一些复杂的安装节点,我们也进行建模展示,为实际施工提供参考。

  

  典型节点钢筋布置


  安装节点细化

  
  3.2.4装饰装修深化设计  
  应用BIM技术,可以通过软件进行内装排布设计,确定最佳装修方案。  
  3.3施工模拟  
  应用BIM技术,可提前对施工过程进行模拟,保证施工过程顺利进行。  
  3.3.1施工进度模拟  
  在此次田径馆的建设过程中,我们采用了4D施工模拟的技术,即在施工开始之前,结合真实的施工进度计划表进行施工进度的模拟。通过软件可以清晰的表达从基坑开挖到设备进场,直到项目建立起来的整个过程,通过施工模拟,可以对建筑材料的堆放位置、方法和建筑设备的位置、工作流程进行优化,提出最优施工方案,合理调配人员数量、建筑材料、机械设备等建设资源。  
  同时,对应田径场馆的几处重难点施工部位,还进行了精确预演模拟现场施工过程,对实际施工起到了很有价值的参考意义。

  模拟施工过程

  
  3.3.2大型设备安装模拟  
  通过软件模拟田径馆内大型设备安装顺序及方法,体现设备安装工艺等。包括对大型构件吊装施工模拟以及大型垂直运输设备的爬升模拟等。  
  3.3.3工程组织模拟  
  对田径馆进行工程组织模拟,协调物料进场顺序,物料堆放位置,提高各个分包单位的合作水平, 解决传统施工过程中的工作交接和工作面安排问题, 提高工作流的稳定性和团队合作的效率, 减少项目团队成员之间工作交接的时间。  
  3.4工程量统计  
  BIM技术除能够进行管线综合分析、模拟现场施工外,同时还具有材料统计功能,由于BIM软件所搭建的数字模型是带有材料材质、规格、型号及尺寸信息的数字模型,因此可以对现场施工所用建筑材料的数量进行准确计量和预算,同时,可以准确测量预制构件的尺寸,从而避免预制构件的尺寸错误。  
  3.4.1构件明细表统计  
  在本项目中,我们分别对田径场、运动员公寓以及餐饮中心进行了构件清单的统计,清单以建筑、结构、机械、管道等专业进行分类,对不同材料的规格、型号、数量等进行了详细统计,大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误。同时,这些统计结果将成为设备采购以及施工完成后的工程量决算的重要依据。

门窗统计

管件统计

  
  3.4.2施工材料统计  
  从模型中提取施工材料,面积,数量等表单,为总承包提供数据参考。比如混凝土编号、浇灌体积等。  
  3.4.3施工流水段统计  
  在施工过程中,往往按不同的流水段来确定不同分包的工作内容和范围,因此我们在建模的过程中对BIM模型进行了施工流水段的划分,并且可以统计每个流水段的工程量数据。  
  3.5BIM标准化设计  
  BIM技术不仅可以进行复杂的管线排布及节点设计,同时还可以将项目中通用的设备构件甚至房间单元作为标准化模块进行重复利用,这将大大提升BIM工作的效率。  
  在本项目中,运动员公寓楼的设计就充分证明了这一点。运动员公寓具有结构简单,标准层多,房间统一布置等特点,在BIM建模过程中,将同一户型的房间作为一个个标准模块,直接放置到对应的位置并稍加调整,在短时间内即快速将整体模型搭建完成。除此之外,项目中常用的设备构件,也将制作成参数化族构件的形式进行重复利用,这样不仅可以在本项目中提高设计效率,同时,也为后续其他项目的BIM应用建立了一定的数据基础。

  
  消防喷头族文件

  
  3.6BIM可视化应用  
  BIM技术为项目的直观展示提供了一个很好的平台,通过鼠标即可操控虚拟人物查看项目全貌,如同亲身置于项目之中,即使不懂BIM技术的人员也能轻松的查看和操作,十分便捷。  
  3.6.1可视化交流  
  借助BIM的三维可视化效果,项目各个参与方交流起来更加便捷。任何问题都可以在模型当中一目了然,即使大家不在同一地点,也可以快速准确的发现项目中存在的问题。  
  3.6.2可视化漫游  
  应用BIM模型,可以对项目整体以及项目内部进行详细的漫游查看,模型搭建完成后,我们可以将项目整体模型放置在真实的社会环境中,查看体育场与周围环境的位置关系。便于查看项目周边的交通情况及其他配套设施情况。  
  另外,由于田径馆内的观赛区空间位置较为狭窄,观赛人数较多,于是在本项目中,当模型搭建完成后,我们对田径馆内部进行了一次漫游展示。通过漫游可以清晰的查看进场及出场路径,检查设计的合理性。

  
  实时漫游

  
  3.6.3可视化交付  
  本项目应用BIM技术后,对业主的交付内容不再是二维的CAD图纸,而是三维的BIM模型以及大量的工程统计信息。通过BIM手段交付后,业主可以在项目还未开工前就能清楚的看到项目建设完成之后的样子。同时,还可以提前了解到项目施工过程中所需要的各种工程材料信息,为采购工作做好充分准备。  
  四、结语  
  本项目通过应用BIM技术,提前发现图纸中存在的错漏碰缺等问题并及时调整和修改,保证了最终施工图纸的准确性。同时,通过管线综合优化、施工模拟等技术,对项目的施工起到了很好的指导作用,保证了施工的顺利进行,并在很大程度上降低了返工率。  
  另外,通过此次的BIM应用,我们也了解了BIM应用的流程,为BIM在后续项目中的应用打下了坚实的基础。  
  参考文献:  
  1、同济大学建筑与城规学院 《BIM在体育建筑设计中的应用》  
  2、《南郑州亚新广场项目的BIM应用实践》  筑龙网  
  3、《合肥万达茂项目的BIM实践》  筑龙网  
  4、何琳、耿秦  《空港项目BIM应用探索——西咸空港综合保税区事物服务办理中心项目BIM应用介绍》