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摘要：建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具。在安装工程项目中利用BIM对项目进行管理，共享信息，提高项目协调沟通效率。通过实际的安装工程项目中利用BIM对板式换热器的供冷管路进行构建并优化，展示了BIM在实际应用中的工作流程和相关的注意事项。利用其他三维建模软件对BIM中缺少的功能进行补充，从而增强BIM对实际工程的适应性。提出一些现阶段BIM在实际安装工程应用中的局限。在安装工程中利用BIM这个高度信息集成化的模型，为参与工程的各方提供一个工程信息交换和共享的平台，有利于高效推进安装工程项目。但BIM的学习成本高、缺乏管理平台和BIM软件间的兼容性严重阻碍BIM在工程领域中的应用和推广。
关键词：BIM;实际应用；管路优化；信息集成化
0引言
无论是对于建筑师还是建筑业，以建筑信息模型(Building Information Model,BIM)为主导的建筑信息技术正在引发一场从个人工作模式到整体行业组织的深刻变革[1]。随着公司转型发展，接触更多安装工程项目。大型设备的安装往往与建筑结构一同进行，特别是新建的能源站、新建筑的设备安装、涉及结构的大型改造项目等。同时新设备的安装有可能因各种现场的因素导致与原本设计不一致的情况发生。安装工程项目过程的不确定性对项目的推进起到严重的阻碍作用，在一定程度上阻碍公司在外拓业务上的发展。因此需要引入在建筑行业中已经有广泛应用的BIM来辅助安装工程项目的进行，以确保公司在转型发展中具有相应的技术力量。传统的纸质图纸，以及二维CAD辅助设计具有很好的现场指导作用，但往往不能及时反应现场的变化，存在一定的滞后性。而往往在实际工程管理中滞后性意味着投入更多的成本，对进度的控制也产生不利的影响。如何有效利用现场信息，做好信息管理工作，高效推进项目。BIM技术围绕建立虚拟三维模型展开，这个模型中包含所有与现场相一致的相关信息。利用这个信息高度集成化的模型，为参与工程的各方提供一个共同参与项目优化的平台。利用BIM技术消除滞后性对实际安装工程带来的不良影响，做好现场信息管理工作，最大程度利用现场的信息，整合项目有效的信息，达到减少投入成本和加快项目推进的目标。
1方法
1.1 BIM简介
BIM技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具[2]。利用BIM对建筑、构件、设备、管网进行数据化整合，在项目全过程，即策划阶段、建设阶段、运行阶段和维护阶段进行项目的综合管理。BIM提供详细的项目内建筑、构建设备信息，方便参建各方及时了解并修改相关信息。使用BIM对项目进行管理不仅可以提高生产效率还可以节约成本和缩短工期。
1.2 BIM特点
BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性的特点[3]。可视化体现在利用BIM可以直观观察整个项目，BIM所呈现的三维模型与实际现场相一致。在传统CAD上采用线条描绘的构件，往往不够直观，需要有相关看图、绘图的知识才能理解并需要通过自身的想象将二维平面图形转化为三维空间模型。BIM直观地将图纸转化为更加直观的三维模型，并且将其展示在各参建方的面前。BIM的可视化是整个项目过程的可视化。
协调性是指是在项目进行过程中，参建的各个单位都会就现场出现的问题相互协调及配合。不同专业的图纸在设计时往往存在一定的局限，不能全面考虑。在管道安装的现场，往往出现设计的管线布置被建筑内构件阻挡的情况。在传统的二维平面CAD设计中，往往只能在发生问题后再去协商解决。BIM的协调性的优越性就体现在，BIM可以在前期协调各专业的碰撞问题。凭借着高度信息化的三维模型，提前提供需协调的问题的具体数据，加快协商的过程，减少协调的成本。
模拟性除了指BIM可以通过对建筑、构件、管道等三维模型的模拟，还可以对当前时点不可在实际中进行的事物进行模拟。类似在定制新的机械零件前会使用有限元对零件进行各种工况的模拟。在项目上可以通过BIM进行负荷模拟、管道压力损失模拟、温度分布模拟、热能传导模拟等，根据模拟的结果修改施工方案使其更符合实际情况。对整个项目造价进行模拟，实现成本控制，即5D模拟（基于4D模型加造价控制）。
项目的优化往往要考虑实际的信息、问题的复杂程度以及所需的时间。在缺乏准确信息的情况下，不能做出符合现场的优化。BIM则是通过使用包含大量实际信息的模型对项目进行优化的过程。实际项目各参建方各自都带有海量数据，BIM通过具有各种数据在处理模块的软件统合整理这些数据，为复杂的项目优化提供了优化的可能。
1.3 BIM的应用研究现状
BIM在引入我国后，经过一段使时间的发展，BIM实际应用的方法和形式在不断更新和发展。围绕着如何更好地在工程中运用BIM,国内外许多专家、学者提出了许多关于BIM应用的方向以及思路。
苏岩等[4]提出：在“互联网＋”背景下，BIM技术在工程项目招投标中的应用能够提高设计方案的准确性，有助于工程项目管理水平的提升。梁志刚等[5]提出：建筑设计可考虑应用BIM技术，将其成功推广至每一设计阶段，以完善设计内容，最大限度呈现BIM技术优势。潘存瑞等[6]深入研究基于BIM技术的装配式钢结构建筑设计与施工过程中的具体应用，提出使用BIM技术可以提高不同部门之间的沟通效率，增强利益相关方之间的协调性，有助于缩短建设周期，优化施工环节，减少工作量，提高施工效率。江宇萌等[7]提出：利用M R+BIM技术的智能化、信息化方法来指导和辅助施工。韦良等[8]提出一套基于适用于商业综合体的管线综合优化方案的具体思路及方法。
国外学者Zahra Pezeshki[9]提出BIM方法学倾向于向专业知识方向发展，不断变化的能力和学习能力是BIM方法论的驱动力，也将是未来智能应用的关键。Sofia Lideliw[10]提出工程中使用BIM技术的预期收益受到当前实践状态的限制，同时最先进的BIM和主流行业的采用之间存在差距，并强调了扩展BIM应用研究的重要性。F Lozano[11]提出将M IVES和BIM方法结合起来，使用一个真实的高架桥进行验证，以评估可持续性并进行敏感性分析，确定对可持续性表现影响最大的指标。Sepehr等[12]提出将在建筑、工程和施工(AEC)行业中，利用扩展现实(XR)技术将火星栖息地项目的BIM模型转换为VR和M R模型，提供了一种BIM转化的应用路线。Bilal等[13]通过调查研究了各个发展中国家在BIM应用领域中所存在的问题，建立了一个包含BIM实施障碍和策略的框架。
2安装工程项目中BIM的应用
2.1项目简介
广州某公司在金融城起步区投资建设的两个地块AT090958、AT090960拟使用集中供冷。该项目为一次侧供冷项目，从集中供冷管道的接驳口至城投两个地块的板换间的板式换热器。
2.2设计分析
根据发包方提供的集中供冷主管道以及各地块大楼建筑图纸，从各地块红线内1m处的支管接口（含服务阀门和阀门井）至大楼板换间的板式换热器（含板式换热器以及板换一次侧的阀门以及仪表），包括管道、阀门、控制电缆、DCS控制系统用户远程站（冷站控制系统已设计）、板式换热器的选型设计、管道的敷设路径及相关土建设计等内容。两个地块的供冷板换间情况如下：集中供冷供回水温度为2.5℃/11.5℃,该地块二次侧用冷温度为7℃/12℃,用冷负荷大约为384 RT(1 RT=3.517 kW),用冷面积大约为4665 m2,板换间位于地下负四层原制冷机房。
以#60地块为例，按原设计管道由负一层北侧楼板就近开洞下穿至负三层，在负三层由北侧布置管道路由至G轴预留空调水管井向下至负四层板换间，最后接至板换。首先通过设计院给出的初步设计图纸确定板换的位置以及管道的走向，如图1所示。最初的设计图往往没有考虑其他系统的管道和设备，所以管道的布置往往以最短以及避让建筑内构造体的原则设计。此时就需要使用BIM对供冷管道进行优化。
2.3利用B IM进行板换间管路优化
利用BIM可协调的特性，第一步，通过导入土建、消防、通风等专业的施工图以及BIM中各专业的现场布置模型，作为背景约束条件，如图2中的(a)所示。第二步将原设计的图纸导入Revit软件中，根据设计图的位置先隐藏其他专业的三维模型，建立板式换热器和供冷管道的三维模型，如图2中的(b)、(c)、(e)所示。第三步，加载其他系统管道，如图2中的(d)所示。此时可以观察到部分供冷管道与其他管道的模型发生重叠的现象。部分已安装的通风管道阻挡供冷管道、部分消防管道阻挡供冷管道、部分电缆桥架阻挡供冷管道，如图2中的(f)~(g)所示。
通过软件的系统检查功能，检查综合管道系统。系统检查后发现存在不同专业的管道存在碰撞干涉。现在要对出现碰撞干涉的供冷管道进行优化布置。管线优化处理原则[14]:(1)确保重力管道优先；(2)确保大管径管道优先；(3)确保不易弯折的优先；(4)确保永久管道优先；(5)确保现有管道优先；(6)确保存在检修难度的优先。
优化后的板换间的供冷管道如图3所示。通过将供水管道与回水管道的主干管从两台板换的中间移到右侧，避开电缆桥架；将主干管道的高度下调500 mm避开已安装的通风管道；同时根据现场实际的情况将平衡阀、控制阀、流量计后移至板换间后方走道的房间内方便日后维护检修。
利用B IM进行负3层供冷管路优化同理，重复上述对板换间供冷管道的操作优化管路布置。依次进行：导入BIM—加载原设计图—建立三维模型—判断是否产生干涉—调整管路布置。建立三维模型的过程如图4所示。通过-3层供冷管道三维模型的构建，加载其他系统管道后，发现部分供冷管道与通风管道、消防水管道、电缆桥架发生干涉，如图4中的(e)(f)所示。
原设计深化图上-3层的部分供冷管道的位置已被通风管道占用，利用Revit软件对-3层管道进行优化，避开现场已安装的设备和管道，调整后的管道如图5所示。与平面图纸不同，利用空间的可视性，直观的调整管道走向：对于平面无法绕开的风管，采用在空间位置上下绕行的策略如图5中的(e)所示；采用相同的策略绕开消防水管，如图5中的(f)所示。
在完成对现场管道走向的优化布置后，共享已经优化的BIM让各参建的单位获得更加详细的信息，从而推进各方的协调，高效推进项目进行。BIM的应用拓展在使用BIM建立模型时，会遇到没有合适现场实际情况的族（三维模型）。通常的做法是按照实际情况寻找相似的模型，再对其进行修改使其各参数与实际一致，例如本项目的板式换热器等根据项目实际情况订制的设备，而Revit软件中包含的是通用标准的模型。使用时，要根据实际的设备各个参数对应修改三维模型。同时，由于Revit中仅收录标准的模型，对于一些客制化的阀门、构件等需要在外部导入模型。常用的方法是通过其他三维建模软件如3ds Max,建立特殊的三维模型后再导入Revit,从而实现在Revit中使用客制构件。
同时，Revit中可以系统进行的模拟分析，如模型的荷载、不同荷载下的工况、不同荷载组合对模型的作用、风管压力损失、管道压力损失的计算等。虽然Revit对模型的分析计算不如专业有限元分析软件ANSYS。但Revit中对三维模型的模拟分析操作较为简单，适合针对1~2项状态的模拟计算。
4 BIM技术现阶段的局限性
BIM技术在现阶段存在一定的局限性。首先，BIM应用技术作为一种新兴的科学技术需要从业人员去主动学习，且涵盖建筑结构和机电两大专业的内容。学习其中一个往往需要大量的时间。所以有国内学者会提出：前期投入高，BIM的价值在前期难以体现，让BIM在实际推广上受到阻碍[15]。
同时，BIM缺乏一个管理平台。现阶段的BIM模型仍然只是通过网络共享或者以邮件的方式进行交流沟通。并没有实现真正意义上的实时在线数据同步。实际项目涉及多个在建单位，各方人员的数据存在差异，需要用一个平台将BIM模型和各方数据整合在一起，实现数据共享。国内也有学者进行相关的研究，提出要通过构建新型的网络共享平台加速产业发展[16]。
同时在运维阶段管理使用管理软件都以传统表单形式为主，不具备BIM结构，甚至不具备CAD平面的应用模块[17]。市场上的BIM软件种类繁多，包括计价软件、分析软件、碰撞检查软件等，因国内没有制定统一的BIM标准，不同公司的软件之间的兼容性差，很大程度上影响BIM的推广[18-20]。Autodesk公司推出Revit系列软件，具有大量的标准化模板，且对Autodesk系列软件有良好的兼容，可以无缝衔接二维与三维设计。Bentley公司的ABD(AECOsim Building Designer)软件系列并未对建筑、结构以及机电等专业模块的BIM设计功能进行集成，系列软件具有复杂且差异较大的操作界面。Nemetschek公司的ArchiCAD,作为一款主要面向建筑设计的建模软件，其他专业领域设计功能不足，其参数化设计功能有所欠缺。
5结束语
BIM是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具。在金融城城投地块供冷项目中，利用BIM对供冷管网进行数据化整合，对现场实际的管网布置进行优化。通过将原始设计图上的管网布置导入以BIM为中心构建的三维模型中。结合模型中碰撞、干涉等相关数据，不断优化管网的布置，最终将管网的数据返回BIM模型通过网络共享其他参建单位使用。在安装程项目中应用BIM能够做到在现场复杂的情况下，快速提供现场相关的有效信息。但是BIM技术应用在现阶段存在一定的局限性，包括投入成本、管理平台、软件的统一性等。利用BIM进行工程管理，能最大程度利用现场的信息，整合项目有效的信息，达到减少投入成本和加快项目推进的目标。
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BIM技术在供冷管网安装的应用论文
人参与 2025-01-23 15:12:14 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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