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浅谈BIM技术在住宅室内燃气管道设计阶段的应用
出处:365bet亚洲官方投注 时间:2020-9-27 15:50:10  浏览:578

365bet亚洲官方投注集团BIM中心 曾佑萍

摘要:一场新技术革命——BIM(建筑信息模型)正在席卷中国规模庞大的建设领域技术,它作为管理工程项目衍生的一种工具,可以应用在工程项目的各个阶段,在设计阶段引进BIM技术可以为之后的施工阶段打下良好的基础。本文以海滨湾梧桐栖人才公寓项目为例,先容了BIM技术在室内燃气管道设计阶段的具体应用,BIM技术给传统的设计流程提供了新技术的支撑;对于燃气管道设计阶段潜在的一些问题,BIM技术的应用提供了新的解决思路;通过BIM技术在燃气管道设计阶段发挥的作用,由小见大,映射出BIM技术在设计阶段应用的部分价值。
关键词:BIM技术 燃气管道设计 安全 成本 效果

引言
    设计阶段是保证工程项目安全、控制工程项目造价和决定工程项目效果的关键性阶段,可以说是工程建设的灵魂。在设计阶段制定的各专业设计方案是建筑使用功能的衡量标准,其中燃气管道设计方案较为特殊,燃气管道作为一项重要的城市基础性设施,有着自然垄断的特质,通常燃气设计师在制定设计方案的时候,更多的关注安全因素,往往忽略了设计方案的成本和效果。如果站在投资方和住户方的角度,这样制定的燃气管道设计方案很难令他们满意。BIM技术作为信息科技快速发展的产物,它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等五大优势,可以在燃气管道设计阶段对安全、成本、效果三方面因素进行全面考量,使燃气管道设计方案更加完善,达到调和燃气设计师、投资方和住户方三者之间矛盾的目的。燃气管道设计阶段作为整个设计阶段的重要组成部分,BIM技术在此阶段的应用也体现了其在整个设计阶段的部分价值。


1. 关于BIM的定义
    BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的缩写,其中:
    Building –建筑:从广义角度来说,应该涵盖所有工程构筑物(包括土木与建筑),它指的是生活中的实体空间,以技术层面来分,较偏工程技术。
    Information –信息:实体空间中工程构筑物的相关数据或行为,在虚空间做数字表达的信息技术。它是BIM的核心所在,尤其是几何与非几何两种信息的关联关系。
    Modeling –模型:Modeling是来自信息技术,面向对象技术的专有术语,简而言之,它是对象化的意思,就是将实体空间的实物(例如柱子)之属性(例如断面尺寸、材质)及行为(例如上下端相连的  梁或柱,侧面是否有墙的判断准则等),用面向对象技术将此关系,在虚空间组构起来,叫对象化。
    综合来说BIM就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,利用信息技术和数字模型对建设项目设计、施工、运营管理等全生命周期进行协同管理,具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等五大优势。

2. 项目案例背景
    本文举例的海滨湾梧桐栖人才公寓项目(以下简称海滨湾项目)是成都首批开发的高端人才公寓之一,也是政府重点投资项目,最后以精装房交付,各类人才可直接拎包入住。在建设过程中,海滨湾项目(图1)以创建示范工地为目标,狠抓日常管理,通过科学管理和技术创新,积极应用新技术、新设备、新材料与新工艺,在施工策划、材料采购、现场施工、工程验收等各个阶段推广应用,并于2019年荣获“成都市优质示范工程”。


图1项目效果图

该项目位于成华区青龙街道海滨湾社区,净用地面积约10万㎡,总建筑面积37万㎡,项目建成后将为成华人才就业、创业提供一个安居之所,为优化区域营商环境、为高质量建设“天府成都·文旅成华”和美丽宜居公园城市示范区提供坚实的人才支撑,具有积极的社会意义。
    365bet体育在线滚球的BIM团队(以下简称BIM团队)在海滨湾项目中提供全过程BIM咨询的服务,从设计阶段开始就利用BIM技术协助投资方优化项目管理。BIM团队为了提供更加全面的服务,驻扎在项目现场,方便随时给各方参建单位提供技术支撑和BIM培训。海滨湾项目于2020年荣获“四川省建筑业新技术应用示范工程”,这项荣誉是BIM技术在该项目中发挥了其价值的最好体现。

 


3. 燃气设计阶段潜在问题
    3.1.  燃气设计行业潜在问题
    3.1.1. 燃气设计师容易忽略成本和效果
    燃气设计师与投资方、住户方对燃气管道设计方案的侧重点不同。燃气设计师在设计室内燃气管道方案的过程中,更多考虑方案的安全性,方案的成本和效果不是他们关注的重点,忽略了投资方不想投入过多的成本和住户方对美观性有着较高的要求,因此燃气设计师设计出来的方案还需要多次优化,直到各方满意。
    3.1.2. 厨房没有预留合适的安装位置
    根据CJJ94-2009 《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》中规定燃气管道的敷设要与电气设备、相邻管道、燃气设备之间保证一定的安全距离,通常情况下,室内燃气方案是由各地燃气企业的燃气设计师单独设计的,相对于其他专业设计的时间较晚,燃气管道开始设计时,厨房内的建筑结构和机电点位(开关、插座)都已完成。在厨房内部构造已经完成的情况下进行燃气管道敷设,会发现厨房内没有预留燃气管道合适的安装位置(开关、插座需调整位置),或者预留的孔洞不符合安装标准(梁、楼板、剪力墙需重新开洞)等问题。
    3.2. BIM团队潜在问题
    3.2.1. BIM团队人员容易专注于模型本身
    在以往的一些实际案例中,发现BIM团队人员在项目现场只会埋头钻研模型,专注于如何将模型建立的更加精细,而忽略了项目现场实际情况,不了解施工工艺和施工流程;跟设计单位沟通甚少,也很少主动熟悉相关的设计规范。基于BIM的设计方案优化流程(图2),对BIM团队人员的设计专业常识要求较高,在不了解设计意图的情况下绘制的模型就很难发现有意义的问题,不能提供有效的建议,还会导致其他单位认为BIM技术只能作为简单的翻模工具应用在设计阶段。


图 2基于BIM的设计方案优化流程

    3.2.2. 缺乏完善的构件模型库
    建立企业族库可以提高BIM模型的使用率和减少重复建模的工作。在燃气管道设计阶段利用BIM技术建立3D信息化模型的过程中,需要用到许多模型构件(例如:燃气灶、冰箱、橱柜、灶台、水池、抽油烟机、燃气表以及热水器等)来立体呈现燃气管道与其他设备之间的空间关系。市面上能搜索到并使用的构件族大多都通用性较强,精度不高,不适用于有着高精度要求的模型,而绘制这些设备构件族会花费BIM团队大量时间和精力,导致BIM团队人员没有足够的时间去验证设计方案的合理性和美观性。


4. BIM团队在实际工程燃气管道设计阶段的重点关注因素
    安全、成本、效果是住宅室内燃气管道设计需要重点关注的三方面因素。安全是燃气设计师关注的重点因素,燃气设计师首先要确保燃气管道设计方案满足燃气设计规范,这是一切的前提。而燃气设计师出于燃气安全和方便后期维修的考虑,一般要求燃气管道入户后在室内进行明管敷设,禁止燃气管道埋地敷设,这会在一定程度上影响厨房室内的精装修效果。对于住户方而言,室内整体的精装修效果是他们衡量住宅品质的重要因素;对于投资方而言,需要投入的成本是他们确定设计方案的重要因素。由于燃气设计师、投资方和住户方身份的不同,导致他们对设计方案有着不同的衡量因素,燃气管道设计方案的最终敲定,需要将这三方面因素综合考虑,找到三者之间的平衡点。

5. BIM技术在实际工程燃气管道设计阶段的具体实施流程
    海滨湾项目利用BIM技术优化整个燃气管道方案设计阶段的管理,包括初步设计阶段的设计优化和成本测算,深化设计阶段的方案深化和BIM出图。具体实施流程如下:
    5.1. 设计优化
    为了达到在模型中能真实还原燃气管道设计方案的目的,对模型精度要求较高。BIM团队根据图纸1:1还原厨房样貌,其中厨房内的设备设施(燃气灶、冰箱、橱柜、灶台、水池、抽油烟机、燃气表以及热水器等),在模型中如实反映了它们的空间形态、几何尺寸、材料样式和颜色等信息。对厨房内部及生活阳台的梁板结构高程和净空、柱体尺寸、平面墙体位置以及精装点位(插座、开关等)的高度和位置一一进行核对。
    在燃气扩初设计方案中对燃气管道有两种敷设方式;一种是燃气管道从生活阳台入户后走橱柜上方接立管穿灶台用软管与燃气灶相连(以下简称明装),另一种是燃气管道从生活阳台入户后直接走橱柜下方接立管用软管与燃气灶相连(以下简称暗装)。
    BIM团队根据燃气设计师初步拟定的明装(图3)和暗装(图4)两种方案建立了三维可视化模型。在这两种方案中,燃气设计师只是在图纸上大致反映了燃气走向,并未全面考虑方案的可行性。因此BIM团队根据CJJ94-2009 《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》在模型中对方案进行核查,检查燃气管道在厨房三维空间里是否安全合理,将有问题的地方实时记录,形成问题报告,达到设计优化的目的。


图 3某户型明装方案


图 4某户型暗装方案

5.2. 成本测算
    关于投资方重点关注的方案成本,BIM团队对两种方案进行了成本测算,为投资方提供了方案成本对比,便于他们做出决策。
    在燃气扩初设计阶段初步拟定的暗装方案中,针对不同的户型有2种不同的暗埋敷设方式。一是走地柜敷设(图5):地柜开百叶通气孔和地柜踢脚线开通气孔,涉及7个户型,共计936户。二是在吊顶内敷设(图6):墙上剔槽,吊顶和地柜都需开80cm²的百叶通气孔,涉及6个户型,共计1031户。采用此方案进行造价核算,得到现场预增加费用140万(其中新增地上开洞40万,橱柜重新开洞制作100万),暗装方案本身增加费用230万,共计370万。


图 5走地柜敷设


图 6吊顶内敷设

在燃气扩初设计阶段初步拟定的明装方案中,部分户型的现场预留燃气进户洞口不满足入户要求,需要重新开设(图7)。现场共计1967个户型,BIM团队通过核查模型得到需在入户墙上重新开设的洞口有1547个,根据《四川省建设工程工程量清单计价定额2015版》得到混凝土墙开孔的综合单价为100.18元/个,孔洞封堵综合单价12.19元/处,穿墙钢管套报废综合单价为98.05元/个,则增设1个洞口的费用为100.18+12.19+98.05=210.42元/个,预增加开洞费用为210.42*1547≈32万元。

 
图 7现场开洞情况

对燃气明暗装方案的成本测算进行对比,可得明装方案能节省成本约340万元;同时考虑到明装方案更便于后期管道维修,最终采用明装方案进行燃气管道的敷设。

5.3. 方案深化
    设计方案的深化是此次燃气管道设计过程中最重要的阶段,在该阶段中,BIM团队分别对燃气管道方案和橱柜方案进行了深化。
    5.3.1. 燃气管道方案深化
    在燃气管道设计方案的深化中,BIM团队主要做了如下工作:
    (1) 对于燃气灶与燃气立管之间连接的软管长度超过2米的户型,建议修改燃气灶位置,一是因为软管长度有规范要求,如果超过2米容易发生安全事故,必须保证住户方入住后的使用安全,二是修改燃气立管位置需要重新布置燃气管道走向,橱柜和燃气灶都需重新开孔,改动成本较大,若修改燃气灶位置只需要灶台重新开孔,改动成本较小,且易操作。
    (2) 燃气管道经过的地方存在燃气管道和插座点位水平安全距离不足的问题,BIM团队严格按照设计规范在模型中修改插座点位位置,通过修改后的模型导出机电点位图纸,经燃气设计师确认后供现场实施。
    (3) 根据敲定的燃气入户方案出具各户型的开洞图,经燃气设计师确认后供建筑结构专业预留孔洞。

5.3.2. 橱柜方案深化
    在橱柜方案深化的过程中,有三点需要注意的问题。
    第一,该项目的橱柜都为整体橱柜,是指由橱柜、电器、燃气具、厨房功能用具四位一体组成的橱柜组合(以下简称橱柜),它们的施工工艺较一般橱柜更为复杂,施工成本较高;
    第二,在以往的橱柜设计方案过程中,橱柜厂家与燃气设计师、投资方和其他参建单位只能基于二维图纸讨论方案,而二维的平面和剖面图不够立体直观,设计可视性较差。通过这种方式制定的橱柜方案在橱柜制作好进场后,难免会出现为了躲避多而复杂的管线,打掉背板、底板,甚至橱柜需要返工的情况;
    第三,根据厨房的布局格式可将其分为一字形厨房、L形厨房、走廊式厨房等类型,每种类型的厨房由于面积不同需要制定不同的橱柜方案,橱柜设计方案较多,如果橱柜进场后出现修改和返工的情况改动成本较高。
    为了避免上述问题的发生,减少后期橱柜改动的可能性,BIM团队在橱柜进场前对橱柜方案进行了深化。方案的深化主要是根据《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》(CJJ12-2013)中的规定,其中规定要求燃气立管经过的橱柜柜体处,上下柜板不应封闭,所有管线经过处,都应开设不小于80cm²的孔洞。针对这一要求,BIM团队直接在模型中将燃气横管经过的地方,于吊柜顶线上方增加一块顶板(与吊柜门板同种材质),吊柜顶线和增加的顶板用横向顶封板(与吊柜门板同种材质,可拆除)连接,将燃气横管进行隐藏;燃气立管竖向穿过橱柜处做立板封板(与吊柜门柜同种材质,可拆除);横向顶封板和立板封板的通风样式(百叶窗或开圆孔或开矩形孔)根据精装修风格确定。

5.4.  BIM出图
    RevitApp是BIM技术应用中的一款基础App,它虽然功能强大,可以绘制各专业模型、出图以及出量,但是在建筑行业普及程度不如CAD且对电脑配置要求较高,非BIM从业人员很少会安装和使用此款App,因此由revit绘制的BIM模型大多是作为过程资料的支撑文件存在,根据BIM模型出具的图纸才是与其他单位沟通往来的重要文件。
在该项目中,BIM团队在深化燃气管道和橱柜方案的同时更新BIM模型,利用BIM模型导出了厨房及生活阳台的平面图、剖面图和三维轴测图。其中三维轴测图是BIM出图的一大亮点,它在CADApp中打开是3D图纸,可以三维旋转,打破了以往CAD只能二维出图的壁垒。
    最后,由BIM团队牵头各方参建单位展开了关于确定燃气管道和橱柜方案的专题会议。在会上根据BIM团队出具的图纸和提出的深化建议,结合各方参建单位意见,形成最终的燃气管道及橱柜方案,引导现场施工,体现了BIM技术应用下的设计施工一体化的价值。

6. 项目案例结果分析
    6.1.  BIM技术在燃气管道设计阶段发挥的作用
    6.1.1 解决了安全、成本、效果三者之间的矛盾冲突
    在海滨湾项目的燃气管道设计阶段过程中,BIM团队利用BIM技术协助燃气设计师和橱柜设计师制定了更加安全可靠的设计方案,为投资方节省了不必要的成本,站在住户方角度提出了深化设计方案,尽可能的调和了三者之间因立场不同而产生的矛盾,具体方案如下:
    (1) 在安全方面,根据燃气设计师提供的明暗装两种扩初方案设计图进行三维建模工作,建立3D信息化模型。利用BIM技术可视化特点,在模型中提前模拟燃气管道设计方案,将设计与施工可能存在的冲突,提前预演,最大程度消除安全隐患。
    (2) 在成本方面,根据3D信息化模型出具的图纸进行明暗装两种方案的成本测算。测算的依据主要是两种方案管道敷设的方式和走向不同,对厨房吊顶、墙面、楼面、橱柜等部位的开洞位置和开洞数量有着不同的影响,导致两种方案之间的成本有较大差异。
    (3) 在效果方面,对燃气管道和橱柜方案进行深化。以安全性和美观性为前提,在保证燃气管道经过的地方能达到通风要求的情况下,对裸露在外的燃气管道进行隐藏处理(如橱柜开洞,加顶板、封板等方式),达到让住户方满意的精装修效果。

    6.1.2 解决了燃气管道设计阶段的潜在问题
    对以往的燃气管道设计阶段中发现的潜在问题,BIM团队都一一提供了解决方案,例如:
    (1) 对于燃气设计师容易忽略成本和效果的问题。BIM团队在设计优化、成本测算和方案深化阶段,站在燃气设计师、投资方和住户方的角度分别对安全、成本、效果等因素都进行了考量,使燃气管道设计方案制定的更加全面。
    (2) 对于厨房没有预留合适的安装位置的问题。BIM团队根据燃气管道深化方案出具了燃气设计师认可的机电点位图纸和开洞图纸(含位置、标高),分别提供给机电、建筑、结构专业,让机电专业可以预留足够的安全距离进行燃气管道的安装,让建筑、结构专业预留合适的孔洞,使燃气管道在入户和安装前与其他专业紧密配合,减少施工时的二次开洞和返工。
    (3) 对于BIM团队人员容易专注于模型本身的问题。在设计优化前,BIM团队就开始熟悉各类燃气设计规范,再对燃气管道方案进行验证,并去施工现场察看安装条件是否满足要求,主动参与到燃气管道设计阶段的流程中,让BIM技术能够真正达到优化设计,辅助深化设计,减少设计变更的目的。
    (4) 对于缺乏完善的构件模型库的问题。BIM团队在该项目中建立了自己的企业族库,将绘制好的精装构件族(例如橱柜、灶台、冰箱、水池、燃气灶、抽油烟机、燃气表以及热水器等)上传到企业族库中,下一个房建类精装修住宅项目只需要根据构件的具体数据修改相关尺寸和材质就可以运用到模型中,极大地提高了BIM团队的工作效率。
6.2.  BIM技术在燃气管道设计阶段的应用特点
    在该项目的燃气管道设计阶段中,BIM技术的应用主要体现了参数化设计、可视化交底和模型联动性等三方面特点。
    (1) 参数化设计:BIM团队建立3D信息化模型的时候需要录入各种参数信息(包括几何信息和模拟几何形状以外的非几何信息),这些信息可以根据需要随时调整。例如BIM团队在绘制精装构件族的过程中,将拥有共同特征参数的构件中的特征参数设置为可调,就能按照不同的特征参数信息进行修改,变化成相似却不相同的构件。
    (2) 可视化交底:BIM团队在设计优化和方案深化的实施流程中,利用3D信息化模型,将燃气管道的敷设方案提前预演,把未来施工过程中,各专业之间可能产生的矛盾冲突提前发现并解决,为参建各方提供可视化的解决方案进行技术交底。
    (3) 模型联动性:对于有设计变更的地方,BIM团队只需要在3D信息化模型中修改其中一处的参数信息,其他参数信息相同的地方都会跟着变动,随之由模型出具的平面图、立面图、三位轴测图都能及时的关联更新,省去了以往设计师需要一张张修改图纸的麻烦。

7. 结语
    虽然燃气管道设计阶段只是整个工程设计阶段中很小的一部分,但是由小见大,可以从BIM技术在实际工程燃气管道设计阶段的应用中看到,BIM技术在设计阶段的主要价值体现为:参数化设计可以实现项目全生命周期的数据集成管理,完成数据的集成和传递;在验证方案合理性的同时,向各方参建单位进行可视化交底,能让非设计人员“看懂”设计方案,降低各方单位的沟通成本;模型联动性可以提高出图的效率和准确性,从而加速项目推进。
    总之,将BIM技术融入项目设计阶段的管理工作中,能够实现提前消除安全隐患、实现空间预感、辅助方案决策、数据信息共享、加快项目进程的价值。当然,BIM技术在整个设计阶段的价值不止于此,还有更多的价值可以被挖掘。
参考文献
[1]曾海静. 浅谈住宅楼室内外燃气管道的设计与施工[J]. 中国科技信息, 2005(12):205-205.
[2]李岩. 浅析住宅室内的燃气管道工程设计与施工的问题与对策[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2017, 37(006):66-67.
[3]陈建林, 张文洁. 燃气建设项目设计阶段的造价控制探讨[J]. 城市燃气, 2011, 000(007):41-44.
[4]俞英娜. 试论BIM技术在住宅建筑设计中的应用[J]. 建筑设计管理, 2016, 000(008):58-61.
[5]曾朝斌. BIM技术在房建工程施工中的应用[J]. 西北水电, 2018, No.170(03):99-102.
[6]CJJ94-2009《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》
[7]CJJ12-2013《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》

   
 
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