杭州嘉里中心机电BIM技术的综合应用

杭州市设备安装有限公司

2018-10-24

一、项目简介

1.项目概况

本项目为嘉里置业（杭州）有限公司投资的建设项目，地块位于杭州下城区，为原浙江大学医学院旧址。场地东临延安路，南临庆春路，西临规划中的长寿路，北临孩儿巷。场地毗邻地铁I号线。地块土地使用性质为“商业、金融、办公、市政设施和公共广场”。地块内部已拆迁完毕，周边现状：西面靠长寿路多为商业；西北角以住宅为主；东面延安路 目前正处于地铁施工状态；东南角为历史保护建筑“红楼”。本项目分为南、北两地块，以横长寿路分隔，两地块设有地下人行通道及人行高架连廊连接。地块面积67,374平方米，其中南地块面积53,953平方米、北地块面积13,421平方米。本项目是一个综合发展项目，包括大型购物中心、五星级香格里拉 酒店、甲级办公楼及公寓式酒店。其中：南地块购物中心楼高24( 30)米，含5(6)层裙楼、I层地下商场；香格里拉酒店楼高48米，13层；办公楼楼高42米，10层。北地块公寓式酒店及商业裙房楼高48 米，15层；商场楼高25.5米，5层。

地下室为三层，地下室一层设置商场、机电房、上下车区、卸载区和酒店后勤区。局部地下室一层设有地下室一层夹层，布置高低配房和自行车库。地下室二层和地下室三层均设置停车库和机电用房。

该项目分为南北两区，其中综合机电工程（南区）分为两个标段，综合机电工程（南区）（标段一）包括南地块地下室、南地块酒店（1号楼）及南地块办公（2号楼）；综合机电工程（南区）（标段二）包括南地块商场（3号楼）。综合机电工程（北区）包括北地块地下室、北地块酒店（4号楼）及北地块商场（5号楼）。我司承接的是北区综合机电项目，工作范围为包括电气专业（照明动力系统、防雷接地系统）；给排水专业（给水排水系统、雨水系统、太阳能与低温地面辐射采暖及生活热水成套系统、室外管网系统）；暖通专业（空调风、水系统、送排风系统、防排烟系统、VRV系统、BMS楼宇自控系统）及消防专业（自动喷淋灭火系统、消火栓系统、气体灭火系统、漏点火灾报警系统）图纸的设计与深化出图，以及图纸内包含的相关工作内容。

2.采用BIM的原因

随着现代建筑空间日趋复杂,功能要求不断提升,如何协调设备管道之间以及管道与建筑、结构之间的排布,一直困扰着我们。传统叠放二维图纸检测碰撞的方法投入极大, 且往往不能全面反映个体、各专业各系统之间的碰撞可能，容易存在疏漏。

随着建筑信息化模型(Building Information Modeling,BIM)技术的发展,这一过程可以依靠计算机程序完成。这种方法可以在设计阶段高效地协调设备管线,极大地降低施工过程中因设计不当造成返工的可能性。本项目是一个综合体项目，本身各专业管线就比较众多，一些新技术的加入使得机电管线比国内一般项目要多很多；另外本项目地处杭州市寸土寸金的一级地段，本着利益最大化的原则，开发商杜绝空间的浪费，最大利用每一寸空间，结构的多样性以及净高底，使得机电的安装空间十分有限。本项目另一大特点是业主为境外开发商，项目管理模式与国内大相径庭，建筑和结构灵活性多变性比较大，随时都有修改的可能；再加上本次项目有一个难点，就是在施工前，需要我们施工团队对原设计顾问（PB柏城）所出的设计意向图纸进行深化设计，再经现设计院（杭州明捷普）审批通过后用于施工，但在这过程中，我们发现图纸存在大量的漏洞及错误，如管道与结构冲突，管线之间冲突，预留孔洞尺寸不对等情况。综合以上几点因素为了保证项目工期和质量，避免造成不必要的返工和损失，同时为了提高项目管理水平和公司形象，公司决定本项目将运用机电BIM技术。

二．BIM实施体系

1.BIM团队介绍

本项目的BIM团队成员由机电各专业人员组成，他们专业知识扎实，有着丰富的现场管理经验并具备一定的BIM应用经验，个别成员在以往项目BIM应用中获得奖项；负责将本项目机电顾问设计意向变成机电专业施工图外，另一重要任务就是BIM模型的建立及现场的应用。

2.硬软件配置

2.1软件选用

目前市面上BIM软件琳琅满目主要有Autodesk Revit MEP、AutoCAD MEP、Solidworks、MagiCAD、鲁班、鸿业等，根据我公司以往项目BIM的应用，在软件的选用上，我公司主要考虑以下几个方面：

①软件的易用性。

目前我们主要的绘图软件而且用的最多是AutoCAD，它属于平面设计范畴，由于它的易操作性使得在行业内广泛应用。因此在选择BIM软件时，应避免操作过于复杂，能适用于不同运用层次的人员。

②功能的实用性。

软件的使用方向确定着软件功能的需求，我们主要用在民用机电专业的综合应用上，像Solidworks侧重于工业制造方面无法满足我们的需求；另外国内BIM应用虽然这几年发展迅速，但普及率还不够，我们做过的以往BIM项目，为了更直观的表达机电管线和结构、建筑的关系，往往建筑结构模型是需要我们机电专业来建立的。所以我们需要一款软件能解决建筑、结构、机电三个专业模型的建立，而不是需要多个软件解决，降低工作效率。

③可扩展性。由于软件开发商更多的是基于软件的功能模块上的考虑，上面所说的几个软件均无专门针对施工企业所需研发出来相应的软件版本，因此，要求软件至少需有可供施工单位进行符合本企业项目施工特点，解决相应的施工难点。

鉴于以上几点，我司选用Autodesk Revit MEP和PMHIBIM。

2.2硬件配置

由于本项目机电管线比较多，为了保证软件运行流畅性，我们对工作的部署作了以下的协作。由机电各专业根据各自的系统在公用的建筑模型内布置相应的管线，由于专业的单一管线相对不多，软件的运行速度回大大提高，此时的电脑配置是市面主流配置都可以流畅的运行软件。接下来我们进行的机电综合管线深化交给一台电脑来实现，由于综合了所有专业的管线，在初步碰撞时碰撞点比较多往往耗时较长，我们是通过图形处理工作站来进行的，其配置主要采用服务器CPU+专业图形显卡+固态硬盘的组合，通过我们长期的实践总结出的这套配置协作方式，极大地提高了工作效率也降低了设备的投入成本。

3.BIM架构

3.1BIM建模流程

在BIM建模之前我们需要收集齐全的项目各专业电子版施工图，检查原有图纸疏漏地方。对信息不全，图纸不清的地方需要整合清楚，如有必须进行图纸会审和现场实地测量。首先进行建筑和结构模型的建立，这需要建模人员具有一定的土建专业基础。建筑模型绘制完成后通过工作集各专业按照建模统一标准进行CAD翻模，再进行机电管线综合得出碰撞报告，根据区域标高、检修空间、功能需求、现场施工难易程度、材料人工节省以及观感质量等情况进行管线深化，通过方案论证确定最终的布局方案。然后布置最终综合支架图及留洞图，必要时协调建筑及结构专业为满足机电必要空间而作出结构和建筑调整。

三．机电BIM的综合应用

1. BIM应用在本项目中的重要性

本项目为嘉里置业在杭州的大型综合体项目，其建设的嘉里中心在落成的城市都成为了当地的地标性建筑，如北京嘉里中心、上海浦东嘉里中心、上海静安嘉里中心、天津嘉里中心、沈阳嘉里中心等等。其业主大部分均来自国外，项目管理模式跟国内大相径庭，有及其严格的管理要求。不但要求机电企业具有很高的安装质量外还应有一定的设计能力。项目进行了为期1年多的招投标过程，在招标图纸在招投标期限内就进行过2轮大范围的修改，业主对建筑的使用功能、空间运用以及材料的运用方面十分讲究，建筑智能化程度也非常高，许多新技术在这里得到了应用，其建设投资也是国内的2~3倍。常常建筑和结构方案在不停的修改，甚至在结构浇筑后仍然要求进行修改。标高的严格控制同时留给安装的净空间及其有限，以及建筑结构方案的多变性，给机电安装带来了极大的挑战，加之机电施工全套图纸均需要机电单位设计并交给顾问审批，基于以上种种因素，我司决定在本项目引入BIM技术。

2．BIM技术在嘉里中心项目中的应用实例

1）.模型建立及标高控制

由于本项目业主无法提供现成的建筑模型，我们只能根据现有的建筑及结构CAD图纸，一点一点的进行建筑建模。下图为地下室结构模型，红线标示的梁为标高重点控制区域，也是结构大梁位置。

图2.2地下室标高控制区域

图2.3地上部分建筑模型

图2.4地上部分公寓样板间三维图

2）.碰撞检查及方案优化

通过原设计图翻模后进行碰撞检查，发现原图纸专业碰撞点实在太多。我司进过多次方案谈论，逐点消除每一处碰撞。

经过最终的方案优化后，我BIM小组出了最终的机电综合平面、剖面、节点三维图、设备基础图、套管图以及留洞图，并一次通过业主和设计顾问的审批。给日后的施工指导打下了坚实的基础。

图2.5碰撞检查分析表

图2.7局部碰撞调整示意图

图2.8地下二层优化后综合机电平面图

图2.9地下三层综合机电平面图

图2.10地下二层综合机电三维图

图2.11地下一层综合机电平面图

图2.12地下一层综合机电三维图

图2.13地下室综合机电剖面出图

图2.14公寓样板间综合天花深化图

图2.15空调机房深化三维图

图2.16留洞图、设备基础图、穿梁套管图

图2.17风管加工预制图

图2.18综合支架预制图

3）.局部施工图片

图2.19深化图与实际施工比对

图2.20施工细部图片

3．BIM应用总结

3.1BIM三维管线与传统二维综合设计的不同

    大型复杂的建筑工程项目设计中，设备管线的布置由于系统繁多、布局复杂，常常出现管线之间或管线与结构构件之间发生碰撞的情况，给施工带来麻烦，影响建筑室内净高，造成返工或浪费，甚至存在安全隐患。为了避免上述情况的发生，传统的设计流程中通过二维管线综合设计来协调各专业的管线布置，但它只是将各专业的平面管线布置图进行简单的叠加，按照一定的原则确定各种系统管线的相对位置，进而确定各管线的原则性标高，再针对关键部位绘制局部的剖面图。总的来说存在以下缺陷：

    由于传统的二维管线综合设计存在以上不足，采用BIM技术进行三维管线综合设计方式就成为针对大型复杂建筑管线布置问题的优选解决方案
3.2BIM三维管线设计的优势分析
    对于大型复杂的工程项目，采用BIM技术进行三维管线综合设计有着明显的优势及意义。BIM模型是对整个建筑设计的一次“预演”，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些问题往往不涉及规范，但跟专业配合紧密相关，或者属于空间高度上的冲突，在传统的单专业校审过程中很难被发现。与传统2D管线综合对比，三维管线综合设计的优势具体体现在：
  （1）BIM模型将所有专业放在同一模型中，对专业协调的结果进行全面检验，专业之间的冲突、高度方向上的碰撞是考量的重点。模型均按真实尺度建模，传统表达予以省略的部分（如管道保温层等）均得以展现，从而将一些看上去没问题，而实际上却存在的深层次问题暴露出来。
  （2）土建及设备全专业建模并协调优化，全方位的三维模型可在任意位置剖切大样及轴测图大样，观察并调整该处管线的标高关系。
  （3）BIM软件可全面检测管线之间、管线与土建之间的所有碰撞问题，并反提给各专业设计人员进行调整，理论上可消除所有管线碰撞问题。
  （4）对管线标高进行全面精确的定位，同时以技术手段直观反映楼层净高的分布状态，轻松发现影响净高的瓶颈位置，从而优化设计，精确控制净高及吊顶高度。
  （5）除了传统的图纸表现，再辅以局部剖面及局部轴测图，管线关系一目了然。三维的BIM模型还可浏览、漫游，以多种手段进行直观的表现。
  （6）由于BIM模型已集成了各种设备管线的信息数据，因此还可以对设备管线进行精确的列表统计，部分替代设备算量的工作。
总之，BIM三维管线综合设计能更直观、明了、高效、充分、精确的帮助我们协调各专业的管线布置。

四．BIM应用的特点、亮点

1.应用特点

1）.精细化设计

运用BIM技术，提前排好综合管线，优化设计，确定最优方案，敲定穿梁套管摆放位置，防止因预埋错误，造成损失。综合排布各专业之间的管线，可以有效防止碰撞，让管线紧凑地放置在合理的位置。

2）.设计效果可视化

通过BIM软件的三维效果，可是直观体现出设计的整体情况，让业主可以很清楚明白施工完成之后的效果，防止因为沟通上的不充分，导致的意见分歧，责任推脱。同时，在施工过程中，可以对下面施工班组进行技术交底，防止因为交底不清楚，错误施工，造成返工，浪费人力，财力。

3）.提高预算的准确率

传统的二维量图纸预算，就不用说了，精准度太低，人力机械性劳动量太大，就算是利用算量软件，也难免因为优化设计造成的更改，没法算出更精准的量，但BIM软件就不同了，它可是随时随地同步体现工程量，一点点设计改动，都会让工程量发生相应的改动。

4.数据共享、协调管理

实时更新工程进度，让开发商，监理单位，总包管理单位，物业单位能够在同一个共享平台清楚地了解到工程情况，可以方便开发商监控工程的进度，让各施工单位能够更密切合理的配合施工，有效地提高施工效率。

2.应用亮点

1）.境外开发商，国际工程标准

    本项目为嘉里置业（杭州）有限公司投资的建设项目，该开发商为跨国集团，所执行标准多为国外标准。其招标文件技术规格说明书共有13册，共计1千多页。大到设备选型，小到镀锌钢板锌层厚度均有要求。所有所用材料均需要业主和设计顾问审批通过方可应用于工程上，送审条目多达321项。很多国内材料和设备满足不了业主要求，需多次协调厂商重新选型才能送审通过。这是以往国内项目都没有如此高的要求。

图4.1招标文件技术标准表

图4.2材料送审目录表

图4.3材料送审表

图4.4设备送审表（风冷热泵三次送审才通过）

2）.施工图需深化内容多

   本项目设计顾问提供的图纸均是设计意向图，原图纸漏洞大，格局变化复杂，竖向管井错位大，后期需要施工单位深化内容多。本项目机电涉及的系统众多包括电气专业（照明动力系统、防雷接地系统）；给排水专业（给水排水系统、雨水系统、太阳能与低温地面辐射采暖及生活热水成套系统、室外管网系统）；暖通专业（空调风、水系统、送排风系统、防排烟系统、VRV系统、BMS楼宇自控系统）及消防专业（自动喷淋灭火系统、消火栓系统、气体灭火系统、漏点火灾报警系统）。所以施工图和材料设备一样需要进行送审，审批通过方可施工。

图4.5图纸送审目录表

图4.6审批通过的留洞图

图4.7审批通过的BIM机电深化图

图4.8审批通过的电气施工图

图4.9审批通过的喷淋施工图

图4.10竖向管井多次变化

3）.结构复杂，空间净高要求高，机电空间局促

   本项目地处杭州黄金地段，在这寸土寸金的地段建筑总高度经过5年的方案修改最终定在48米。这使得开发商最大化利用空间，部分机电核心机房设置坡道下方，酒店式公寓我们通过BIM建模将大部分管线穿梁布置现场预埋了2400多个穿梁套管，就这样在实际安装工程工程中仍发现不够用，这大大增加了机电施工难度。

   另外酒店式公寓部位业主为了增加户内可销售面积，对我司提出缩小管井面积以及合并部分管井。要知道121套户型平面每户有3个卫生间，有的甚至达到了6个，且卫生间位置上下层都不是同一位置，户内喷淋管、桥架、消防报警、漏电火灾报警、智能家居、VRV、排水管、给水管、强弱电等众多管线错综复杂，所谓牵一发而动全身。我司通过BIM技术对管井进行优化，合并了部分管井给业主带来了相当可观的盈利。

图4.11布置在坡道下方的消防水泵房

图4.11功能区域空间净高表

图4.12卸货区域机电满足净高现场施工照片

图4.13地上部分管井优化模型图

图4.14地上部分管井优化协调图

4.分包单位多，工期短，功能变化多

  本项目分包单位多达40多家，除了常规的总包、监理、机电、弱电、装修公司外还有洗衣房、垃圾房、发电机房、停车诱导、标识标牌、啤酒屋、调光、幕墙、电梯、隔油池房、厨具、橱柜、擦窗机、智能家居等等，每个工种都有各自交叉面和要求，施工界面大，甚至不同于以往国内做法，例如所以混凝土内套管由机电单位提供总包预埋，机电单位负责复核尺寸和位置，如果总包预埋错误而造成的返工由机电单位负责。众多分包单位对机电的提资以及机电对他们的要求，协调的内容十分庞大。我司运用BIM模型实时模拟现场管线，将需要协调的内容反映在图纸上及时优化需要变动的管线，不至于现在做到哪里改到哪里，极大的减少的返工现象，提高的施工效率。部分位置为了满足必要的机电安装空间，我们通过模型模拟向业主提出了建筑修改和结构梁上翻以及截面的改变，从而极大的提高了公司的技术水平 。

五.BIM应用的可持续性发展

1.人才的培养

基于BIM技术的设备管线协调方案，可以有效地提高建筑不同专业间的协作水平，减少设计过程中的失误。与传统方法相比大大提高了工作效率，但仍旧存在很大一块工作需要人工参与，即核对碰撞报告和后期管线的深化。这需要不同专业人员共同协作完成，为了提高图纸的实际施工的可靠性，参与BIM的工作者必须具备一定现场管理经验。随着BIM技术近几年的迅猛发展，再其运用之路的绊脚石之一就是模型的实际可操作性。不少项目在建造之初，工程建设方投入了很多的人力和物力来通过BIM来进行项目管理，因为BIM参与者的实际施工经验的不足，而增大了其运用的可实现程度，有的BIM项目甚至沦为“花瓶”。由此可见具有一定专业基础的BIM成员显得尤为重要，我司已将BIM技术推广到每个项目部，力争在施工的每一个项目进行一定的BIM应用，从而推动这项新技术的运用，培养出跟多的人才。同时公司技术部也成立了BIM工作室，对一些重大项目BIM的运用进行技术指导。

2.BIM应用的展望

随着全球信息化进程的加快，我国的工程建筑行业正处于重要的技术革命期。而建筑业的信息化很大程度上取决于建筑施工企业的信息化水平。基于BIM技术还属于新兴的学科，从技术层面讲，BIM所带来的虚拟实用技术能够实现对传统的建筑施工方式等的全面革命，促进建筑施工企业组织、管理以及生产方式等各方面发生变化。但是由于现阶段各种主观客观原因的存在还未能大力发展不、普及，仍需要各方面力量的积极推动和支持，不断完善理论和技术体系，以促进施工技术的进步和发展。

总之，BIM技术在建筑；领域的应用将是一个必然趋势，在未来的建筑设计及施工中的应用前景广阔。相信随着BIM技术的发展和完善，必将推动我国工程建筑行业迈向一个崭新的时代。

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