BIM技术在某商业改造项目中的应用

2020-12-01王家红

建筑施工 2020年8期

王家红

舜元建设（集团）有限公司上海 200335

使用年限已经超过15 a的建筑，往往存在设计资料时间跨度大，信息分散，现场实际情况与竣工图纸不一致等问题，导致在改造施工过程中的信息整合难度大。现场勘测能提供完整准确的建筑实际情况，但是现有人工测量技术费时费力且成本高，现场测量数据共享传递不方便等，导致很多问题在施工前都没有被发现和解决，均留到了施工过程中去解决，不仅增加了施工难度，也影响施工质量。BIM技术结合三维激光扫描技术的应用很好地解决了前期勘测阶段人力及时间成本的问题，施工阶段BIM管线综合及净高优化保证了施工可行性，有利于优化施工工序，指导现场施工，从而提高施工的安全性和可靠性，保证施工质量及建筑品质[1-4]。

1 项目概况

背景项目位于上海市南京西路商圈，作为本次项目改造范围的地下1层至地下2层为商铺处于正常营业状态，面积与产证面积一致，为9 250.10 m2。改造部分属于商业裙房建筑，其中2层以上商场南面为4幢已售高层住宅单体。

2 项目特点

本项目位于CBD核心区域，人流量大，对钢结构施工吊装作业不利，增加了设备及材料运输难度。地下室一半区域为2层商铺且正常开放，项目施工过程中不能影响其正常营业。项目下方是上海轨交2号线及地铁车站，1层商铺正下方有地铁电缆沟，开挖施工困难，安全隐患多。小市政管线部分需改污废合流制为污废分流制，总安装宽度为1.5 m，空间狭小，敷设困难。按照商业规划，本次改造增加了餐饮铺位的面积及配套用厨房补风管道，并扩大了排油烟管尺寸。新版设计图仅表示此次变更区域的情况，原有竣工资料为2007版档案馆扫描文件，信息整合难度大。

3 项目BIM技术应用目标

随着城市化进程的加速发展及人们对建筑功能要求的提高，越来越多的建筑有更新改造需求。改造项目与新建项目的最大区别就是不是从零开始，而是需要在现有建筑、结构基础上作进一步的优化和完善。现场情况与竣工图纸不一致、竣工图表达的信息不完整是公认的问题。保证模型的准确性和完整性是BIM能够顺利落地的前提。按照《上海市建筑信息模型技术应用指南（2017）》要求，本项目中BIM技术主要运用在以下几方面：

1）做好前期勘测，运用三维激光扫描技术更准确、高效地获取现场的建筑、结构信息。

2）三维点云模型与现有竣工资料及新版设计图纸三者相互印证，完成土建、机电模型搭建。

3）利用BIM模型做管线综合及优化，满足安装及净高要求。

4）利用BIM模型解决小市政管线及窨井排布方案。

5）预留预埋配合。

6）现场配合及三维模型技术交底。

4 BIM应用技术路径及成果展示

4.1 三维激光扫描技术运用

本项目位于CBD核心区域，人流量大，对钢结构施工吊装作业不利，增加了设备及材料搬运转输难度，运用三维激光扫描技术，可高效、准确地还原现场可视建筑、结构情况。因本项目竣工已经超过10 a，机电管线及设备有老化的现象，项目部指示原有机电管线及相关设备均全部拆除并替换新产品。原有建筑二次墙体全部拆除，部分钢结构拆除或加固。因受现场拆改进度限制，本项目2个楼面共分2次扫描完成。技术路径如下。

4.1.1 现场勘察

三维激光扫描技术是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。扫描前技术人员需要根据项目要求获取的建筑结构或机电管线信息到现场进行勘察，或通过电话沟通的形式了解现场实际情况，判断是否具备激光扫描作业的条件。激光扫描作业条件一般需要满足以下几点：扫描标的无遮挡，若原有建筑是有精装吊顶的，需要等吊顶面拆除、地面完成清运后方能实施；自然光线或灯光条件需要满足能见度要求；现场平整情况需要满足架设扫描仪器的条件。

4.1.2 扫描规划

规划时应考虑现场实际情况，提前确认好具备扫描条件的区域。结合现有的设计竣工图资料，核对需要扫描的区域，提前规划好扫描实施的路线路径，确定大致需要布置的站点数量，准备好所需材料及设备。

4.1.3 站点布置

站点布设采用统一专用标志，方便现场工作人员辨识，要求标记醒目容易查找。相邻站点间要求保证65%的重叠度且相互距离控制在10～15 m。

4.1.4 三维扫描

现场实施三维扫描作业时，应尽量避免无关人员走动。设置扫描仪的精度为2 mm，在扫描作业的同时利用设备一体化集成的高分辨率相机同步采集现场目标的全息影像（图1）。

图1 现场仪器设置

4.1.5 点云数据处理

点云数据内业作业包括点云数据的配准、滤波、去噪、模型生成等几个关键环节。实现点云拼接的方法主要有3种：基于靶标的拼接、基于点云的拼接、基于控制点的拼接。运用专业的软件进行转化处理，形成点云模型。

4.1.6 模型比对及生成

Revit模型导出Navisworks格式BIM模型文件，在Navisworks中设置点云模型与BIM模型的间隙为3 mm，软件自动比较识别出点云模型与BIM模型之间的差异，手动调整相应Revit模型中有差异区域的模型构件信息，从而生成与现场一致的BIM模型。

4.1.7 整理问题报告

对模型比对过程中发现的问题进行梳理，提交业主方及设计院。经各方协调后设计院出具相应的变更、整改文件，作为施工方实施和结算的依据。本项目中通过比对发现建筑相关问题2处，结构相关问题22处，机电相关问题20处，经与业主及设计师沟通后，设计院追加了变更单及具体的施工方案，提前解决了施工问题，避免了后续返工。

4.2 三版资料相互比对、验证

根据档案馆资料，本项目1层下方有地铁线路通过且敷设供给地铁线路的电缆沟，地下的结构本次不改造，但是项目中1层商铺增加了排水管路由，需要敷设在地板下，因此必须利用档案馆资料复核地下结构情况建模。新版结构设计图为CAD图纸，均为地上部分的结构，且设计图中仅标注了本次改造过程中涉及的拆改、加固的结构尺寸，不改造的结构未加以标注及说明。不明确的结构信息在建模过程中需要比对点云模型，本次不改造且保留的结构参照档案馆提供的PDF文件，改造的结构参照新版结构设计图文件，从而建立一整套准确、完整的结构模型。

4.3 利用BIM模型进行管线优化及净高分析

本次改造工程将原有商铺面积进行了重新分割，另外增加了餐饮区域的面积，从而导致新增了厨房补风管道，厨房排油烟管道尺寸加大，风管数量及尺寸的变化增加了管线排布的压力。

根据管线设置情况确定管线排布的大致原则：

1）尽量考虑采用综合支吊架，同一区域布置的管线采用垂直方向分层布置时，一般遵循电缆桥架、线槽在上，水管在下（防止水管漏水），风管在上，水管在下（风管一般不需要检修）的原则，风管分支管避开主管线布置。

2）服务同一商铺的厨房补风、厨房排油烟管道尽量水平平铺，设置在同一层空间内。

3）各商铺基本上都设置了排烟管道，为了减少与其他专业管线的交叉，排烟管道利用平面空间与其他管线分开布置。

4）通过调整风管路由减少管线交叉，变更风管横截面比例来降低管线高度的方法达到净空控制要求。

解决方案一：本项目中1处位于公共走道内的管线密集，经综合排布后管线距离地面为2.5 m，净高达不到2.7 m要求。经综合考虑建筑、结构模型后发现，走道边有公共楼梯间，如果将部分管线移至楼梯间内高位布置，对楼梯间的使用不会产生影响，管线距离地面为2.9 m，满足了净高的要求（图2、图3）。

图2 楼梯间区域管线优化前

图3 楼梯间区域管线优化后

根据《防排烟规范》相关要求：排烟管道不应穿越前室或者楼梯间，如确有困难必须穿越时，其耐火极限不应小于2 h。穿越楼梯间隔墙处设置排烟防火阀，楼梯间处风管耐火极限不小于2 h。防火阀两侧2 m范围内的风管采用防火风管或防火封包，且耐火极限不低于防火分隔体的耐火极限。经各方讨论后确认将走廊内的空调水管及排烟管移至楼梯间内布置，风管进出楼梯间处增加控制阀门，风管材料做防火处理，满足耐火要求。

解决方案二：本项目中1层各商铺均设置了排水点位，原设计中排水管采用埋地敷设。综合土建模型及机电模型后发现，地面下设置了混凝土结构基础梁，且下方就是地铁电缆沟，排水管线需要穿越地铁电缆沟上方且在原有基础梁上开洞。地面开挖风险大，不确定因素多，且排水管没有放坡的空间。最后建议用变更排水点位位置的方法，使排水点位避开电缆沟及基础梁设置，直接贴外墙立下排至室外。

解决方案三：本项目按照市政部门要求，排水出户管改合流制为分流制，需要在1.5 m水平范围内增加1套污水管道及窨井。其中雨水井直径630 mm，污水井和废水井直径均为315 mm。除去井本身所占用的空间，井与墙壁及井间距离仅有240 mm。建议管线及窨井水平方向遵循严格平行布置；垂直方向布置2层，雨水管布置在中间下层，污、废水布置在左右两侧上层；雨水支管水平接入窨井，污、废水支管在最高位水平接入窨井，首井的深度需要低于支管高度；采用成品塑料井，其井盖尺寸与井身基本相同，对安装不会产生影响。