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建筑機電工程中BIM技術(shù)的應用論文
1引言
隨著(zhù)計算機科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和快速發(fā)展，CAD技術(shù)的發(fā)展和應用使傳統的設計方法和生產(chǎn)方式發(fā)生了深刻變化，使建筑師、工程師從手工繪圖走向電子繪圖，從而縮短了設計周期，提高了設計質(zhì)量，可以說(shuō)CAD技術(shù)的應用是建筑工程領(lǐng)域的第一次革命。BIM技術(shù)是近幾年出現的一項數字化新技術(shù)，為建筑工程領(lǐng)域帶來(lái)了第二次變革，實(shí)現了從二維圖紙到三維模型的轉變。作為一項新興的科學(xué)技術(shù)，BIM正引領(lǐng)著(zhù)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次，它的全面廣泛應用將對建筑工程領(lǐng)域產(chǎn)生無(wú)可估量的影響，為建筑業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的效益，使整個(gè)工程的質(zhì)量和效益顯著(zhù)提高。然而B(niǎo)IM技術(shù)在中國的應用還只是剛剛開(kāi)始，但會(huì )逐步推廣和深入到建筑行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，從全球化的視角看，BIM作為一種全新的理念和技術(shù)，對其應用已成為建筑行業(yè)的主流。本文將利用Autodesk公司的相關(guān)BIM軟件建立燕翔飯店改擴建項目樣板間工程的結構模型及機電管線(xiàn)綜合模型，并進(jìn)行仿真分析，完成了機電管線(xiàn)的碰撞檢查，結合工程實(shí)際，將理論與實(shí)踐相結合，對實(shí)驗結果進(jìn)行了綜合分析，為后期BIM技術(shù)在燕翔飯店改擴建項目正式工程中的應用奠定了基礎。
2建筑信息模型的發(fā)展及應用
2．1建筑信息模型的概念
建筑信息模型是指在開(kāi)放的工業(yè)標準下，建筑設施的物理特性、功能特征以及相關(guān)的項目生命周期信息的可計算或可運算的表現形式，它是以三維數字技術(shù)為基礎，通過(guò)一個(gè)共同的標準(IFC，Indus-tryFoundationClass)，集成的建設工程項目各種相關(guān)信息的工程數據模型。建筑信息模型是對工程項目實(shí)體與功能特性的數字化、參數化的表達，可以持續、及時(shí)地提供有關(guān)項目的各種實(shí)時(shí)數據，且完整可靠，是設計人員和工程技術(shù)人員應對各種建筑信息，實(shí)現協(xié)同工作的基礎。
2．2建筑信息模型的發(fā)展背景
傳統的計算機輔助設計主要采用AutoCAD等設計軟件進(jìn)行二維圖形的設計，然而這種工作模式與傳統手工繪圖方法類(lèi)似，只是利用了計算機作為繪圖工具，提高了繪圖效率和繪圖精度，并未從根本上將設計師從繁重的繪圖任務(wù)中解放出來(lái);另一方面，為了推敲細節與最終設計效果，設計師們雖然可以在3dsMax等三維設計軟件中制作效果圖，然而此類(lèi)三維模型并未集成建設工程所用的材料、材質(zhì)及其他相關(guān)信息，其目的僅僅是為了得到三維動(dòng)畫(huà)或效果圖;此外，傳統設計軟件無(wú)法將平面、立面、剖面與三維模型統一關(guān)聯(lián)，某一圖紙作了變動(dòng)，其它圖紙并不隨之改變，因此往往出現各種圖紙表達互相矛盾的現象［5］。以上是目前CAD設計面臨的普遍問(wèn)題，是進(jìn)一步提高設計水平和設計效率所面臨的嚴重挑戰，因此通過(guò)計算機新技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題便成為各軟件廠(chǎng)家競相研究的對象。建筑信息模型技術(shù)提供了可靠的解決方案，它根據設計圖紙將整個(gè)建筑在電子三維環(huán)境中完整的表現出來(lái)，模型中蘊含了完整的實(shí)際信息，包括材料、材質(zhì)、規格、型號、尺寸、構造及其他各種相關(guān)信息，從而把整個(gè)建筑模型化、數字化。
2．3建筑信息模型在機電工程中的應用
在機電工程施工過(guò)程中，可以利用BIM技術(shù)的碰撞檢查、施工模擬及工程量統計等功能，進(jìn)一步指導現場(chǎng)施工，達到節約材料、控制成本、加快施工進(jìn)度、確保工期目標的目的。通過(guò)BIM技術(shù)相關(guān)軟件建立三維數字信息模型，在施工深化階段對建筑、結構及機電專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)進(jìn)行綜合碰撞檢查，是BIM技術(shù)較為直觀(guān)、突出的功能之一。它可以將發(fā)生沖突的管線(xiàn)以高亮的形式顯示出來(lái)，從而使施工技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現沖突，并在施工深化階段對管線(xiàn)布局進(jìn)行合理優(yōu)化，避免因后期返工帶來(lái)工程費用的增加及建設工期的延長(cháng)。在工程建設過(guò)程中，借助于BIM技術(shù)，還可以對施工現場(chǎng)的施工管理預先進(jìn)行模擬，對建筑材料的堆放位置、方法和建筑設備的位置、工作流程進(jìn)行優(yōu)化，提出最優(yōu)施工方案，合理調配人員數量、建筑材料、機械設備等建設資源。對于重難點(diǎn)施工部位，還可以通過(guò)精確預演模擬現場(chǎng)施工過(guò)程，減少因施工順序，施工技術(shù)方案不合理造成的返工和浪費。由于BIM軟件所搭建的數學(xué)模型是帶有材料材質(zhì)、規格、型號及尺寸信息的數字模型，因此在信息量足夠的條件下，可以對現場(chǎng)施工所用建筑材料的數量進(jìn)行準確計量和預算，同時(shí)，可以準確測量預制構件的尺寸，從而避免預制構件的尺寸錯誤。
3BIM技術(shù)在燕翔飯店改擴建項目樣板間機電工程中的應用
為了在正式機電安裝工程中降低工程返工次數，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，我們首先在樣板間的建設中運用了BIM技術(shù)。目前主要的BIM設計軟件有Autodesk公司的Ｒevit、Bently公司的Ｒevit、Progam公司的Magi-CAD以及Graphisoft公司的ArchiCAD。在此我們以Autodesk公司的Ｒevit軟件為建模工具，利用Au-todeskＲevitArchitecture建立了主體結構模型，利用AutodeskＲevitMEP實(shí)現了機電管線(xiàn)的合理布局并進(jìn)行了仿真分析，完成了機電管線(xiàn)綜合的碰撞檢查，同時(shí)結合工程實(shí)際進(jìn)行了簡(jiǎn)單的施工模擬和工程材料統計。最后將理論與實(shí)踐相結合進(jìn)行分析，驗證了該技術(shù)的可行性及先進(jìn)性。
3．1工程簡(jiǎn)介
燕翔飯店改擴建項目工程是由首旅集團開(kāi)發(fā)建設，為北京市重點(diǎn)酒店類(lèi)建筑工程，集五星級酒店、三星級酒店以及甲級商用辦公樓為一體。該建筑工程總建筑面積166293．20m2，其中地上建筑面積108766．00m2，地下建筑面積57527．20m2。結構形式為現澆鋼筋混凝土框架－剪力墻結構，基礎形式為筏板基礎，外飾面主要由玻璃、鋁構件和琉璃瓦鑲板組成。工程要求確保結構長(cháng)城杯金獎，建筑長(cháng)城杯金獎，力爭魯班獎。本項目為高品質(zhì)酒店工程，項目質(zhì)量要求高、工期長(cháng)，因此希望通過(guò)建立樣板間，為后期主體工程客房精裝修提供參考依據，同時(shí)通過(guò)對樣板間的建造，確定裝修選材、減少變更、縮短工期、降低成本。
3．2BIM技術(shù)在樣板間機電管線(xiàn)綜合中的應用
在樣板間圖紙深化階段，有必要對機電管線(xiàn)進(jìn)行綜合分析，找出并調整有碰撞的風(fēng)管、線(xiàn)管、管道和橋架，用于指導后期施工。使用BIM技術(shù)能夠快速準確幫助施工技術(shù)人員確定所建模型中存在的碰撞問(wèn)題，從而為施工技術(shù)人員指導現場(chǎng)施工解決問(wèn)題提供理論依據。要查看其中一個(gè)有沖突的圖元，可以在沖突報告對話(huà)框中單擊該圖元名稱(chēng)，并單擊下方“顯示”按鈕，該圖元將在當前視圖中以高亮顯示。為存在碰撞的機電管線(xiàn)BIM模型，為了解決實(shí)際施工中的碰撞問(wèn)題，通過(guò)分析調整了空調補水管的標高，如圖8所示為解決碰撞后的現場(chǎng)實(shí)際管線(xiàn)布局情況。同目前在二維圖紙上進(jìn)行管線(xiàn)綜合相比，使用BIM技術(shù)進(jìn)行管線(xiàn)綜合分析，檢查碰撞沖突，不僅具有直觀(guān)的三維顯示效果，而且能快速準確地找到并修改碰撞的圖元，從而極大地提高了管線(xiàn)綜合分析的效率和準確性。
3．3BIM技術(shù)在模擬施工中的應用
AutodeskNavisworksSimulate軟件具有諸多先進(jìn)工具，它提供了完備的4D模擬功能和動(dòng)畫(huà)制作功能，支持用戶(hù)對設計意圖進(jìn)行模擬演示，對施工流程進(jìn)行模擬仿真，從而幫助加深項目理解，提高可預測性。在四維環(huán)境中對施工進(jìn)度和施工流程進(jìn)行仿真，可以通過(guò)可視化的方式分析項目活動(dòng)，減少工期延誤和施工工序中的其它問(wèn)題。利用Au-todeskNavisworksSimulate進(jìn)行四維仿真的具體步驟如下:將模型幾何圖形與時(shí)間、日期相關(guān)聯(lián)制定施工順序;從項目管理軟件導入時(shí)間、日期和其它任務(wù)數據，以此在明細表和項目模型之間創(chuàng )建動(dòng)態(tài)鏈接;制定預計時(shí)間和實(shí)際時(shí)間，以及可視化的計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的偏差。為了驗證該軟件在模擬施工中的可行性，我們建立了仿真模型，并根據樣板間工程的實(shí)際施工進(jìn)度，進(jìn)行了仿真分析，期間通過(guò)改變某些工作間的銜接關(guān)系、縮短某些工序的持續時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，保證了計劃工期的順利實(shí)現。通過(guò)仿真分析，BIM技術(shù)可以通過(guò)可視化的方式對施工進(jìn)度和施工程序進(jìn)行模擬，可以對施工難度大及重點(diǎn)施工部位進(jìn)行精確預演，從而減少因施工順序、施工技術(shù)方案不合理等原因造成的返工和浪費。
3．4BIM技術(shù)在機電工程材料數量統計中的應用
BIM技術(shù)除能夠進(jìn)行管線(xiàn)綜合分析、模擬現場(chǎng)施工外，同時(shí)還具有材料統計功能，AutodeskＲevitMEP提供了多種明細表類(lèi)別，可以分別對建筑、結構、機械、電氣及管道系統所用材料的規格、型號、數量等進(jìn)行詳細統計，并可以對統計結果計算求和。如圖9列出了樣板間工程中使用的部分鍍鋅鋼管的規格、型號、長(cháng)度，并可以在此基礎上對相同規格型號的鍍鋅鋼管計算求和，為材料使用及成本控制提供依據。BIM技術(shù)是建筑業(yè)信息技術(shù)應用發(fā)展的必然產(chǎn)物，對BIM技術(shù)的應用可以使建筑工程更快、更省、更精確，各工種相互配合更協(xié)調、更方便。從長(cháng)遠利益看，BIM技術(shù)得到的效益已經(jīng)超越了設計和施工階段，并將惠及整個(gè)建筑物的運行、維護和設施管理。
4結論
本文通過(guò)AutodeskＲevit相關(guān)軟件實(shí)現了BIM技術(shù)在建筑機電工程施工中的應用，通過(guò)碰撞檢查實(shí)現了大家最為關(guān)心的機電管線(xiàn)綜合問(wèn)題，并將其仿真結果應用于指導現場(chǎng)施工;同時(shí)，結合工程實(shí)際分析了BIM技術(shù)在模擬現場(chǎng)施工、材料數量統計方面的應用。BIM技術(shù)的出現極大地提高了建筑業(yè)的生產(chǎn)效率，隨著(zhù)軟件與硬件的進(jìn)一步發(fā)展，BIM技術(shù)作為一種新生的科技力量，必將推動(dòng)傳統建筑行業(yè)快速發(fā)展，并引起整個(gè)建筑生產(chǎn)方式的巨大變革。
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