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BIM技术在建筑主体结构及机电安装中的运用

           浏览次数:  时间:2017-04-19  【字体:

        随着计算机科学技术的进步和快速发展,CAD技术的发展和应用使传统的设计方法和生产方式发生了深刻变化,使建筑师、工程师从手工绘图走向电子绘图,从而缩短了设计周期,提高了设计质量,可以说 CAD 技术的应用是建筑工程领域的第一次革命。

        BIM 技术是近几年出现的一项数字化新技术,为建筑工程领域带来了第二次变革,实现了从二维图纸到三维模型的转变。作为一项新兴的科学技术,BIM 正引领着建筑业信息技术走向更高层次,它的全面广泛应用将对建筑工程领域产生无可估量的影响,为建筑业的发展带来巨大的效益,使整个工程的质量和效益显著提高。然而 BIM 技术在中国的应用还只是刚刚开始,但会逐步推广和深入到建筑行业各个领域,从全球化的视角看,BIM 作为一种全新的理念和技术,对其应用已成为建筑行业的主流本文将利用 Autodesk 公司的相关 BIM 软件建立褒河信号综合楼工程的结构模型及机电管线综合模型,并进行仿真分析,完成了机电管线的碰撞检查。结合工程实际,将理论与实践相结合,对实验结果进行了综合分析,为后期 BIM 技术在其它阳安二线站后房屋建筑的正式工程中的应用奠定了基础。

        1建筑信息模型的发展及应用

        1.1建筑信息模型的概念

        建筑信息模型是指在开放的工业标准下,建筑设施的物理特性、功能特征以及相关的项目生命周期信息的可计算或可运算的表现形式,它是以三维数字技术为基础,通过一个共同的标准( IFC,Indus-try Foundation Class) ,集成的建设工程项目各种相关信息的工程数据模型。建筑信息模型是对工程项目实体的工程数据模型程项目实体与功能特性的数字化、参数化的表达,可以持续、及时地提供有关项目的各种实时数据,且完整可靠,是设计人员和工程技术人员应对各种建筑信息,实现协同工作的基础。

        1.2建筑信息模型的发展背景

        传统的计算机辅助设计主要采用 Auto CAD 等设计软件进行二维图形的设计,然而这种工作模式与传统手工绘图方法类似,只是利用了计算机作为绘图工具,提高了绘图效率和绘图精度,并未从根本上将设计师从繁重的绘图任务中解放出来; 另一方面,为了推敲细节与最终设计效果,设计师们虽然可以在 3 ds Max 等三维设计软件中制作效果图,然而此类三维模型并未集成建设工程所用的材料、材质及其他相关信息,其目的仅仅是为了得到三维动画或效果图; 此外,传统设计软件无法将平面、立面、剖面与三维模型统一关联,某一图纸作了变动,其它图纸并不随之改变,因此往往出现各种图纸表达互相矛盾的现象 。以上是目前 CAD 设计面临的普遍问题,是进一步提高设计水平和设计效率所面临的严重挑战,因此通过计算机新技术来解决这些问题便成为各软件厂家竞相研究的对象。建筑信息模型技术提供了可靠的解决方案,它根据设计图纸将整个建筑在电子三维环境中完整的表现出来,模型中蕴含了完整的实际信息,包括材料、材质、规格、型号、尺寸、构造及其他各种相关信息,从而把整个建筑模型化、数字化。

        1.3建筑信息模型在机电工程中的应用

        在机电工程施工过程中,可以利用 BIM 技术的碰撞检查、施工模拟及工程量统计等功能,进一步指导现场施工,达到节约材料、控制成本、加快施工进度、确保工期目标的目的。通过 BIM 技术相关软件建立三维数字信息模型,在施工深化阶段对建筑、结构及机电专业管线进行综合碰撞检查,是 BIM 技术较为直观、突出的功能之一。它可以将发生冲突的管线以高亮的形式显示出来,从而使施工技术人员及时发现冲突,并在施工深化阶段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。在工程建设过程中,借助于 BIM 技术,还可以对施工现场的施工管理预先进行模拟,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。对于重难点施工部位,还可以通过精确预演模拟现场施工过程,减少因施工顺序,施工技术方案不合理造成的返工和浪费。由于 BIM 软件所搭建的数学模型是带有材料材质、规格、型号及尺寸信息的数字模型,因此在信息量足够的条件下,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。

        2.BIM 技术在褒河信号综合楼中的应用

        2.1主体结构及机电工程中的应用

        为了在主体结构及正式机电安装工程中降低工程返工次数,提高劳动生产率,我们首先在褒河信号楼的建设中运用了BIM 技术。目前主要的 BIM 设计软件有 Autodesk 公司的Revit、Progam 公司的 Magi-CAD 以及 Graphisoft 公司的 ArchiCAD 。在此我们以 Autodesk 公司的 Revit 软件为建模工具,利用 Au-todesk Revit Architecture 建立了主体结构模型,利用Autodesk Revit MEP 实现了机电管线的合理布局并进行了仿真分析,完成了机电管线综合的碰撞检查,同时结合工程实际进行了简单的施工模拟和工程材料统计。最后将理论与实践相结合进行分析,验证了该技术的可行性及先进性。

        2.2工程简介

        本工程为改建阳安线增线第二线洋县站车站信号综合楼,采用钢筋混凝土框架结构,总层数为两层,其中一层建筑面积532.97平方米,二层为346.45平方米,总建筑面积879.32平方米,房屋总高度8.7米。

        本工程为阳安二线站后控制性工程,项目质量求高、工期紧,因此希望通过建立信号楼BIM主体结构及机电模型,来解决前期因多专业(信号、通信、电力、暖通、消防、建筑、结构等)设计未融合而产生的设计矛盾,进而解决设计产生的返工问题。为后期主体工程机电及主体结构施工提供参考依据,同时通过对褒河信号综合楼的BIM施工模拟,来确定装修选材、减少变更、缩短工期、降低成本。

        2.3BIM 技术在信号楼机电管线综合中的应用

        在信号楼图纸深化阶段,有必要对机电管线进行综合分析,找出并调整有碰撞的风管、线管、管道和桥架,用于指导后期施工。使用 BIM 技术能够快速准确帮助施工技术人员确定所建模型中存在的碰撞问题,从而为现场指导现场施工解决问题提供理论依据。

        首先,利用 Autodesk Revit 软件建立信号楼的主体结构和机电管线模型,如图 1 ~ 图3所示,该模型以信号楼施工图为依据,真实、客观地反映了信号楼工程的实际情况,因此对其进行管线综合的碰撞分析能够得到真实可靠的结果。


图1 褒河信号综合楼主体模型


图2 褒河信号楼卫生间管线综合布置图


  图3 褒河信号楼设备管线(桥架)综合布置图


图4  碰撞检测选项图


图5  碰撞检测报告



图6 碰撞检测矛盾部位



图7 解决碰撞问题后的现场实际管线布置图


        其次,利用 Autodesk Revit MEP 软件的碰撞检查功能,可以实现对所绘机电管线进行碰撞检查。如图4 所示,分别对类别 1 和类别 2 下勾选的图元进行检查,在此我们将对 2 个类别中所有有关机电专业的图元进行碰撞检查,其中 2 个类别可以分别来自“当前选择”、“当前项目”、“链接模型”。在检查和链接模型之间的碰撞时应注意,不能检查两个链接模型的碰撞,即一个类别选择链接模型后,另一个类别不能再选择其它链接模型。

        当所检查图元发生碰撞时,则会弹出冲突报告对话框,该对话框列出了相互之间发生冲突的所有图元,如图5所示。要查看其中一个有冲突的图元,可以在冲突报告对话框中单击该图元名称,并单击下方“显示”按钮,该图元将在当前视图中以高亮显示。如图 6 所示为存在碰撞的机电管线 BIM 模型,为了解决实际施工中的碰撞问题,通过分析调整了消防控制弱点的标高,如图 6所示为解决碰撞后的现场实际管线布局情况。同目前在二维图纸上进行管线综合相比,使用BIM 技术进行管线综合分析,检查碰撞冲突,不仅具有直观的三维显示效果,而且能快速准确地找到并修改碰撞的图元,从而极大地提高了管线综合分析的效率和准确性,同时避免了后期信号楼因管线布置矛盾引起的较大的返工时间成本及费用成本。

        2.4BIM 技术在模拟施工中的应用

        Autodesk Navisworks Simulate 软件具有诸多先进工具,它提供了完备的 4D 模拟功能和动画制作功能,支持用户对设计意图进行模拟演示,对施工流程进行模拟仿真,从而帮助加深项目理解,提高可预测性。在四维环境中对施工进度和施工流程进行仿真,可以通过可视化的方式分析项目活动,减少工期延误和施工工序中的其它问题。利用 Au-todesk Navisworks Simulate 进行四维仿真的具体步骤如下: 将模型几何图形与时间、日期相关联制定施工顺序; 从项目管理软件导入时间、日期和其它任务数据,以此在明细表和项目模型之间创建动态链接; 制定预计时间和实际时间,以及可视化的计划进度与实际进度之间的偏差。为了验证该软件在模拟施工中的可行性,我们建立了仿真模型,并根据信号楼工程的实际施工进度,进行了仿真分析,期间通过改变某些工作间的衔接关系、缩短某些工序的持续时间,加快了施工进度,保证了计划工期的顺利实现。通过仿真分析,BIM 技术可以通过可视化的方式对施工进度和施工程序进行模拟,可以对施工难度大及重点施工部位进行精确预演,从而减少因施工顺序、施工技术方案不合理等原因造成的返工和浪费。

        2.5BIM 技术在机电工程材料数量统计中的应用


图8 解决碰撞问题后的现场实际管线布置图


        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,Autodesk Revit MEP 提供了多种明细表类别,可以分别对建筑、结构、机械、电气及管道系统所用材料的规格、型号、数量等进行详细统计,并可以对统计结果计算求和。如图 8 列出了信号楼中使用的部分镀锌钢管的规格、型号、长度,并可以在此基础上对相同规格型号的镀锌钢管计算求和,为材料使用及成本控BIM 技术是建筑业信息技术应用发展的必然产物,对 BIM 技术的应用可以使建筑工程更快、更省、更精确,各工种相互配合更协调、更方便。从长远利益看,BIM 技术得到的效益已经超越了设计和施工阶段,并将惠及整个建筑物的运行、维护和设施管理。





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