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BIM的地下车库机电管线优化设计应用研究

发布时间:2019-05-22 15:15所属分类:土木工程浏览:76次

第 1 章   绪论

1.1   研究背景
二十一世纪以来,我国的国民生活水平大幅度提高,物质生活也在不断丰富,私家车的数量飞速增长,而新增车辆与道路和停车位的配比严重失调。随着我国城市化进程的加快,我国建筑公司的承接项目量越来越大,建筑的造型和技术都在不断升级,但大规模的建筑项目在机电优化设计阶段同各专业协同出现问题,由此引出更多的财力、物力和人力的浪费,严重者经常出现返工和窝工。
大型地下车库内的相关专业构件数量庞大,传统的各专业设计图纸冗杂,相关工作人员在审图和检查阶段很难发现专业相互间的构件冲突和矛盾;地下车库的综合管线种类繁多、数量庞大、轨迹复杂,如风管、  强弱电桥架系统、给排水系统,采暖系统水管等,各系统构件众多,管线交叉布置,在局部管线密集的区域无法满足车库的净高要求。
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1.2    研究意义
1.2.1   理论意义
《2006 年-2020 年的国家中长期发展规划》将城镇化与城市发展提到国家层面上,这对我国目前建筑行业的效率提出了更高的要求,迫切需要转变目前国内城市基础建设的方式,提升建筑行业的施工质量,由于现在国内的工程施工依然存在很多问题,比如效率偏低、物料和人力资源浪费比较严重,在国家提出绿色建设、可持续建设的背景下,迫切需要通过技术的突破和推行,来解决目前的问题[1]。而 BIM 技术的发展在发达国家已经比较普及,在我国国内依然处于起步阶段,通过在建筑过程中引入 BIM 技术,改进传统的 2D 施工图纸传递信息流失及各专业工程师沟通不协调的状况,提升施工管理水平和降低“意外事件”的发生。另一方面,BIM 技术在世界范围内研究与应用发展迅速,
它的应用包括建筑业各阶段及相关的各专业。通过建立 BIM 信息模型,使建设地下车库项目能够在施工各阶段、各专业之间拥有一个信息共享的平台,达到施工进度进展顺利及充分交流信息的目的,有效压缩项目的实施时间,减少施工过程的资源浪费,在目前我国的政策环境下有一定的理论意义。由以上分析,本论文结合实际项目,通过引进 BIM 深化设计技术提出了基于 BIM 技术的地下车库机电管道的优化设计和应用。
1.2.2   现实意义
大型地下车库的建设过程设计的专业较多,建筑内结构复杂,设备相关构件繁多,传统的施工图纸数量庞大,导致相关工作人员的检查和审图过程工作量巨大,并且传统的 2D 施工图纸很难看出专业间构件和管线的碰撞冲突,很大程度的延长了施工时间,并且犯错的几率较大,经常出现返工和窝工的情况;而且地下车库的综合管线种类繁多,设计复杂,风管、给排水系统、强弱电桥架系统等各类管线及其容易在交叉区域无法满足车库原定的净高要求,导致整个项目不达标。根据大型地下车库的以上特点,本文以实际案例为研究对象,
建立 BIM 建筑信息模型,还原了地下车库内机电管线深化的过程。
1.2.3   研究目的
在建筑信息化的进程中,BIM 技术作为一个标志性的突破,是一个非常重要的环节。通过 BIM 技术的引进,设计师建立全生命周期的工程项目信息库,从而提高各利益相关方的参与度,从而减少长期在项目中出现的信息阻断等问题,综合提升项目效率,保证项目质量;同时,由于 BIM 突破了传统建模中的 2D 技术,通过三维建模的方式进行管综优化设计,从而有效降低成本,压缩工期。
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第 2 章   理论基础

2.1   BIM 技术概述
2.1.1   BIM 技术的概念
BIM 技术,即建筑信息模型,英文全名为 Building Information Modeling,其概念已经提出,就有学者和从业人员从不同的角度给予其各自的定义。 “Building Modeling”一词最早出现在在 1986 年罗伯特?艾叶(Robert Aish)发表的一篇论文中,论文简要阐述了 BIM 技术的概念和涉及的相关技术,包括三维建模技术、关联信息库、智能参数化、自动出图、施工进度模拟等[5]。1987年,Graphisoft 公司首次在实践中应用了 BIM 技术[6],实现了从单纯的“建筑模型(Building Model)”到可以应用于实际项目的“建筑信息模型(Building Information Modeling)”的转变。而建筑信息建模一直到 2002 年,才第一次被赋予完整定义,同年 Autodesk 公司发布了 BIM 白皮书,从此 BIM 才作为一个专有名词被广泛使用[7]。
2.1.2   BIM 系列软件
通常来说,BIM 技术的实现需要依赖软件作为载体,行业内一般讲 BIM的软件分类两类:BIM 核心建模软件和 BIM 模型的分析软件[8]。前者主要包括建筑与结构设计软件,后者则主要包含结构分析、施工管理类以及概预算软件等[9]。
对于建筑的各阶段所应用 BIM  软件,要根据工程项目复杂情况来进行选择。目前国内外行业中主流的  BIM  软件有九家公司,分别为  Autodesk, Bentley,Graphisoft/Nemetschek AG, Gery Technology,鲁班 BIM 系统软件,广联达软件,MiagiCAD,Tekla,CATIA  各公司研究开发了一系列软件。Autodesk 公司研发的  BIM  软件占据了全球最大的建筑市场比例,并且是  BIM  行业领跑者,例如:Autodesk Revit、Autodesk Navisworks Manage  等,Revit 主要用来创建模型,Autodesk Navisworks Manage  软件则用来检查管线冲突及管线之间的碰撞。
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2.2   BIM 技术的国家政策和标准
我国引入 BIM 技术的时间并不长,但目前国内行业已经为 BIM 技术在国内建筑业内顺利推展做出了许多工作。麦格劳希尔建筑信息公司在 2009 年发布了一本《BIM 技术在智能市场中的应用该报告》[11],这份市场调研报告采集了从 2009 年 5 月至 6 月期间中国市场智能化应用者的访谈记录以及 2008 年 6 月到 8 月在美国市场内对数百名建筑项目开发商,包括项目工程师、建筑师和业主的调研结果。此份报告作为具有前沿性的调研报告,从各个方面介绍了处于全球领先水平的美国市场中 BIM 技术的应用情况,为中国研究者和行业成员成仙了 BIM 技术对建筑行业以及项目建设全周期的影响,同时也深入中国现状,陈述了 BIM 技术在中国当时的应用现状。
中国房地产产业协会商业地产专业委员会也在国内对 BIM 技术的应用情况做出了调查研究,2010 年,协会在国内开展了以问卷调查为主要方式的调查,研究对象为国内房地产开发商,通过研究了解了目前中国地产开发商对BIM 技术的了解程度和应用范围。同时,何关培等人也通过问卷访谈的方式,对建筑行业内各利益相关方对 BIM 技术在项目全项目生命周期内的应用效益和认识情况做出了调查和统计,并对 BIM 技术在工程建设行业的应用前景做出了展望[12]。BIM 技术的全面实施需要有统一的标准规范来支持,而国内目前还没有这样的一套系统,西方国家的行业标准通常由行业协会来制定,而我国为适应 BIM 技术的蓬勃发展,通过产学研的方式,在高校内建立了专项课题研究小组来实现 BIM 技术的行业标准的制定。清华大学软件学院作为国内专题小组的领导力量,提出了一个 CBIMS 框架,即中国建筑信息模型标准,该框架包括三个组成部分,分别是:技术标准、解决方案和应用指导标准[13]。
除此之外,政府部门也出台了相关文件来配合完善 BIM 技术的行业规范系统。2012 年,住建部批准中国建筑科学研究院编著了《建筑工程信息模型应用统一标准》,并邀请了有关单位开展了更多的项目和课题来完善研究,公开发布了《中国 BIM 标准研究项目申请南》。2013 年,在北京成功召开了中国BIM 标准研究子课题会议,标志着中国的 BIM 技术的官方标准成型。2015 年,政府正式将 BIM 技术的应用数据和工程造价的大数据正式作为重点发展项目纳入项目库[14]。同时,《国家安全法》也出台了相关规定,规定在国内关键的基础设施建设中使用 BIM 技术且可能影响国家信息安全的,应通过国家网络信息部门及相关部门的安全审查方可使用,保障 BIM 技术在大型基础设施中的应用安全。
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第 3 章   BIM 在地下车库机电管线应用现状分析 ........... 11
3.1  基于 BIM 的机电管线设计 ................. 11
3.1.1  深化设计的概念界定 ..................... 11
3.1.2  机电管线深化设计的概念界定 ............................. 13
第 4 章   BIM 技术在某项目中的优化设计应用实例 .................... 20
4.1  工程概况及工程特点 ....................... 20
4.2  BIM 团队组织架构 .................... 20
4.3  BIM 应用标准 ......................... 21
第 5 章   BIM 技术应用的经济分析 ........................... 40
5.1  BIM 技术在物资管理过程中的应用 ........................... 40
5.1.1  BIM 技术在施工过程中材料控制的应用 ............................... 40
5.1.2  工程量统计在物资管理中的应用 ...................... 40

第 5 章  BIM 技术应用的经济分析

5.1   BIM 技术在物资管理过程中的应用
在北辛安棚户改造项目中,通过 BIM 技术在物资方面的应用,节约材料10%,控制材料的进场计划,减少材料人员统计材料所需的时间,做到材料局部可查,整体可控的目标。
5.1.1   BIM 技术在施工过程中材料控制的应用
本项目主要材料的供应由业主、监理、设计和施工单位共同选定的合格供应商供应。在满足现场施工质量的情况下,应能同时满足现场生产需要。主要材料实行限额领料,由现场技术负责人对各作业施工队按预计工程量所需主材下发领用通知单,由经营部门下发限额数量,材料部门根据限额数量一次或多次发放,在分部工程施工结束时对各作业队核算。
本项目在材料管理阶段应用 BIM 技术进行材料管理,应用的平台为BIM5D 平台,其应用流程见下图 5-1。 

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第 6 章  结论与展望

6.1    结论
机电管线优化设计是工程建设的重要环节,其顺利完成关系着后续工程的顺利推进,从宏观来讲,设计环节的发展影响着我国建筑业总体的生产效率和国际竞争力。而地下车库的机电管线优化设计是地下车库设计中的重要环节,传统的设计优化技术在日益发展的设计技术下显得力不从心。将 BIM 技术引入在地下车库的设计和建设阶段,尤其是在机电管线的深化设计阶段以及施工阶段可以真正起到缩减周期、协调各专业工作。
本文旨在研究 BIM 技术相比于传统的设计技术存在的优势,以及基于 BIM的机电管线在不同设计方案的比选中的应用研究。探索了在大型地下车库设计过程中 BIM 技术的引入是否能够在其建设的关键阶段,即在机电管线深化阶段起到指导以及战略性的作用。
随着我国城市化进程的推进,城市地下空间的开发需求日趋增加,对于大型地下车库的兴建需求随之增大,在  BIM  技术发展迅速的前提背景下,众多设计师和学者均同意将 BIM 技术应用于工程建筑项目中的各阶段中可以产生较大的效益。本文通过对北辛安棚户改造项目的案例进行实地调研,提出在项目中引入 BIM 技术,建立了机电管线优化模型,并对模型的应用成果进行了阐述和检验,研究证明:
(1)在北辛安棚户改造项目中,在消防给水泵房等关键区域中应用 BIM 技术对其进行优化设计,减少变更以及返工成本费用累计 4 万余元。
(2)北辛安棚户改造项目机电安装中,风管和部分管道采用预制加工制作,通过风管的集中化加工,大大提高了风管施工的速度,缩短风管施工 10 天,提高了施工质量,减少返工,从而缩短机电安装工期,保证项目按期完工。
(3)在北辛安棚户改造项目地下车库的机电模型之间的碰撞检查中,通过将多专业 BIM 模型整合到 Navisworks 软件中,发现碰撞点 500 余处,如若按照原 CAD 图纸施工,将造成不必要翻弯累计耗费约 12 万余元。依照优化设计原则对碰撞点进行优化设计,极大限度地减少了设计图纸中的问题,避免了项目在后期施工中造成返工以及成本浪费,提高了设计施工效率和建筑质量。
(4)在北辛安棚户改造项目中,通过 BIM 技术在物资方面的应用,节约材料 10%,控制材料的进场计划,减少材料人员统计材料所需的时间,做到材料局部可查,整体可控的目标。
参考文献(略)

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