摘要：伴随着现代钢结构建筑的与日俱增，同时机电管线布置复杂、交叉繁多，两者的结合使得建筑施工难点系数变大，管综优化成为了项目不可缺少的一项技术管控，如果还只是局限于传统的二维图纸对机电管线来进行综合设计排布，将导致施工现场机电安装各专业碰撞，安装效率低下，以及出现由于排管不合理、净高不满足导致的返工，不但影响钢结构建筑本身具备的优势不能发挥，还降低了整个管线的整体美观度。BIM技术的出现正好将两者融合在一起，通过虚拟建造把各专业集成在一个模型载体，直观的展现其该有的三维可视化属性，有效合理的发挥其优势。
关键词：BIM技术、三维可视化、钢结构建筑、管综优化、净高分析
1、研究背景
钢结构是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故适用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物；对于建筑行业的大、中型施工项目，钢结构越来越多，在民用领域应用比重越来越大。对于大中型项目，钢结构深化设计工作也面临越来越多的困难，钢结构施工需要有效的技术力量作为支撑去满足实际需要，实践证明，BIM是解决问题的有效手段。
2、工程概况
广西国际锰业电子商务市场项目位于广西南宁市五象新区，总占地面积12002.03平方米，总建筑面积72687.25㎡，地下三层和一层夹层，地上25层，为全钢框支撑结构。该项目是广西唯一一个100米全钢框支撑结构的高端办公楼项目，预制装配率达到70%，早在2017年就被列为南宁市4个“装配式示范项目”之一。由于层高限制，考虑到钢结构本身的特殊性，本项目所有机电综合管网在设计初期都是考虑穿钢梁进行排布的，所以前期进行BIM技术三维模拟可视化分析，进行碰撞检查，净高分析，精确定位钢梁开洞位置和开动尺寸，后期施工才能最大化的提高工程质量，缩短工期，减少损失。
3、BIM软件选择
复杂的钢结构建筑，是由成千上万个零件在工厂加工制作拼装完成的，如果只是单纯的靠人脑去想象是不可能完成的；复杂的机电综合管网也是同样的道理。所以在施工前期，我们要确保模型与相关的施工图纸、图纸设计变更、签证单、工程联系单、施工方案保持一致；后期能进行管线综合，净高检查，出预留孔洞报告等应用；故BIM软件的选择很重要。
本项目中钢结构部分用Tekla公司出品的Tekla Structures软件进行建模，该软件可以进行钢结构的实体建模，结构分析和细部设计；机电综合管网用Autodesk公司的Revit软件进行建模，该软件可以将Tekla Structures所做的模型通过IFC格式进行进行读取整合，然后通过Autodesk公司的Navisworks manage软件进行浏览模型、碰撞检测、净空检测等应用。
4、管综优化分析
在模型建立完成以后，利用机电设计“四让”原则对模型进行分析，着重把控隔离各个管线，使之不产生碰撞，达到消除随机安排，高效利用空间，尽量消除误差的目的。
以本工程为例，全钢框支撑结构，典型的高端商务办公楼，建筑层高要求较高，线路布置要求极为精准和苛刻。在将暖通工程、给排水工程、电气工程、消防工程等专业结合到一起之后，接下来需要做的就是以楼层为单位，仔细核验图纸的同时寻找碰撞点再进行优化，然后再进行核验，如此反复。
本工程管综优化原则的目的是：
①做到综合管线初步定位及各专业之间无明显不合理的交叉
②保证各类阀门及附件的安装空间
③综合管线整体布局，协调合理
④保证合理的操作与检修空间
⑤满足净空高度的需求
经过仔细核验检测，本工程共发现碰撞点1325处，层高要求不达标共467处。针对管综的碰撞点根据现场实际情况及设计需求对实施方案进行优化提前解决问题并具有指导施工的意义从而缩短工期。
如果没有管综优化分析这一环节，这些不合理的碰撞点都会随着现场施工一点点的暴露出来，给整个工程的进度和质量造成不可估量的损失。通过管综优化分析这一环节，可以对综合管网的排布和设计有一个总体的把控，从源头对整个管综排布进行优化和升级，无论从经济性、实用性和建筑美观上，都可以为整个工程提供较大的保障。
5、钢结构优化
在本工程中，由于工程上部结构的限制，机电管线有很多要穿钢梁而过，这对验算钢结构的受力提出了更高的要求。要保证钢梁的开孔位置正确就要用BIM对钢结构的深化设计。首先，将含有钢结构模型在内的各专业无碰撞点的模型通过Revit软件整合到一起，然后通过Navisworks manage软件对整个模型进行模型浏览、碰撞检测、净高检测，以楼层为单位逐层分析、反复调整和优化之后，才可以出具完整的、精准的各专业施工图，以及钢结构的预留孔洞施工图；钢结构工程师再根据这份精准留洞图，在Tekla Structures模型里面将所有预留孔洞深化好出图，此时下发到钢结构加工厂进行构件的制作 ，加工好的钢构件将和模型一比一相对应。
图一：调整后的管综模型 图二：钢梁预留孔洞深化
6、综合模拟与现场施工
本工程对钢梁和机电管线有严格的标高位置要求，否则机电管线就有可能不能通过钢梁的预留孔洞，故在整个现场的施工阶段，我们利用BIM放样机器人根据优化后的模型一比一的精准放样，以保证施工完成的部分标高位置和模型上面的完全一致，真正实现利用BIM模型指导现场施工。
7、结论
BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和出图性的特点，所以，它被广泛应用于工程施工中。所谓协调性强调的是合作与共享，在一个项目中，不论是项目管理的各方譬如业主、设计方、施工方和监理方等都在进行着协调和配合工作。不难想象，如果我们坐在会议室中将各方面不同的意见直接展示在投影上，那我们对方案的理解和想法一起讨论那么在施工现场的把握将有一个质的提升，大大减少以书面文件展示的不足，提高了时间效率和生产力。
而模拟性在BIM中模拟的并不仅仅是一个或多个建筑物模型，还能模拟出不能够在实际场景中进行操作的事物。例如在设计阶段，BIM利用其模拟性的特点，对紫外线强度，室内采光，风雨雷电等环境对建筑物的腐蚀等进行模拟；在施工阶段，BIM可以模拟各类施工方案的实施，比如我们在地基开挖的时候考虑前面设计因素时选择不同的开挖方式就有不同的效果和成本，那么我们可以很好的通过模拟实验解决在会议室中，从而确定一个最佳的方案。
这项技术对房屋建筑施工管理有非常大的指导作用。在钢结构建筑管综优化中发挥了极大的优势，因而BIM技术也会成为后续钢结构施工领域的核心竞争力。使用先进的BIM技术软件，将钢结构专业和管线布置两个完全不相关的领域有机的结合到一起，充分发挥各自的优势，在一个软件里面就可以看到整个工程的全部生命周期。本工程采用BIM技术，工程的重难点在设计深化阶段就已经予以着手解决和标记，使后期施工的流畅性和经济性都得到了有效的保障。
论文作者:吴继祖,胡志远,汤希,张家深
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
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